Электродные потенциалы и гальванические элементы

Федеральное агентство по образованию.

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет

Кафедра Химии

 Лабораторная работа № 6

Электродные потенциалы и гальванические элементы

Выполнил: студент гр. РФ – 108

Проверила:

Владимир 2009 г.

Цель работы:

Расчет потенциалов электродов и ЭДС гальванических элементов с: никелевыми и медными электродами, медными и цинковыми электродами,  водородным электродом и определение зависимости потенциала электрода от концентрации ионов металла в растворе (с элементами исследования).

Теоретическое введение:

При погружении металла в раствор электролита, содержащий ион этого металла, на границе раздела металл – раствор устанавливается подвижное равновесие: Ме↔ Меⁿ⁺ + ne, или сучетом гидратации ионов Ме + mH2O↔

Меⁿ⁺mH2O + ne. Этому равновесию соответствует определенный скачек потенциала, называемый равновесным электродным потенциалом. Электродный потенциал можно вычислить по формуле Нернста:

φ _Меⁿ⁺_/Ме = φ⁰ _Меⁿ⁺_/Ме + (0,059/n)Lg(C Меⁿ⁺), где φ⁰ _Меⁿ⁺_/Ме  – стандартный потенциал электрода в вольтах; n – количество электронов в электродной реакции, C Меⁿ⁺ - концентрация ионов металла в моль/л. В растворах слабых электролитов концентрация ионов металла может быть найдена по уравнению: C Меⁿ⁺ = С_мαb, где С_м – молярная концентрация электролита; α – степень диссоциации; b – число ионов металла, образующих при диссоциации одной молекулы вещества электролита. Для расчетов применительно к растворам сильных электролитов необходимо использовать формулу: φ _Меⁿ⁺_/Ме = φ⁰ _Меⁿ⁺_/Ме + (0,059/n)Lg(a_Меn+), где a_Меn+ - активная концентрация ионов металла, a_Меn+ = С_мfb, (f – коэффициент активности ). Стандартные потенциалы металлических электродов определяют по отношению к стандартному водородному электроду, потенциал которого условно принят равным нулю. Если концентрация ионов водорода отличается от стандартных условий, потенциал водородного электрода может быть вычислен также по уравнению Нернста. Для слабых и разбавленных сильных электролитов: φ_H⁺_/H = 0,059Lg[H⁺]. Для сильных электролитов: φ_H⁺_/H =0,059Lg (a_H⁺). Если известен pH раствора; то потенциал водородного электрода расчитывается по формуле: φ_H⁺_/H = 0,059pH. Из двух любых электродов, имеющих различные потенциалы, можно составить гальваническю цепь или собрать гальванический элемент. Конструктивно гальванический элемент можно представить как систему, состоящую из двух электродов, опущенных в растворы электролитов. Для замыкания внутренней электрической цепи растворы соединяются электролитическими мостиками. Внешняя цепь замыкается металлическим проводником. Изиерительные приборы включаются во внешнюю цепь. В качестве примера можно рассмотреть цинк – медный гальванический элемент, схема которого приводится на рисунке. Цинкковая и медная пластинки пробретают в растворах различные потенциалы. Цинк как более активный металл переходит в раствор в виде ионов, оставляя электроны в кристаллической рещетке металла. Роэтому цинковая пластинка пробретает отрицательный заояд. Медная пластинка имеет более положитпельный потенциал. Избыточные электроны с цинковой пластинки переходят по металлическомупроводнику на медную пластинку. Ионы меди, присоединяя эти электроны, восстанавливаются до металлической меди, котороя осаждается на пластинке. Врезультате на электродах протекают следующие процессы: на аноде Zn – 2e = Zn²⁺ (окисление); на катоде Cu + 2e = Cu (восстановление). Суммарная реакция, протекающая в  элементе,

Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu. Условно схему цинк – медного гальапнического элемента можно записать следующим образом: Zn|ZnSO₄,C₁,f₁||CuSO₄,C₂,f₂|Cu. В обозначении обычно слева пишут отрицательный электрод (анод), справа – положительный (катод). Вертикальная черта обозначает границу раздела поверхностей металического электрода и раствора, две черты – электролитический мостик, соединяющий