Файл: Сборник лабораторных работ по Учебной дисциплине Физическая Химия Часть 1, часть 2.doc

6. В химический стакан объемом 500 мл с серной кислотой опустить две бюретки с краном и графитовые электроды так, как показано на рис. 8. При помощи груши заполнить бюретки 1 н. раствором серной кислоты до середины бюретки и отметить уровень жидкости в каждой бюретке. Краны бюреток закрыть.

7. Оформить установку в соответствии с рис. 8.

8. Включить ток при максимальном сопротивлении реостата.

9. Установить значение силы тока 7 - 10 А.

10. Вести электролиз в течение часа.

11. Выключить ток.

12. Открыть кран электролитического мостика.

13. При помощи мерного цилиндра измерить объем жидкости в катодном и анодном пространстве (стакан объемом 50 мл № 1).

14. Из катодного пространства мерной пипеткой объемом 20 мл в две конические колбы объемом 250 мл отобрать 2 пробы.

15. К пробам добавить по 4 капли фенолфталеина.

16. Оттитровать пробы 0,02 н. раствором гидроксида натрия.

17. Из анодного пространства мерной пипеткой объемом 20 мл в две конические колбы объемом 250 мл отобрать 2 пробы.

18. К пробам добавить по 4 капли фенолфталеина.

19. Оттитровать пробы 0,02 н. раствором гидроксида натрия.

Содержание протокола лабораторной работы

Электролит _______________.

Исходная концентрация электролита C₀ = ______ н.

Температура Т = ________°С.

Атмосферное давление Р_атм = _________ мм рт. ст.

Объем 1 н. раствора серной кислоты в бюретках до начала электролиза

V₁ = ________ мл; V₂ = ________ мл;

Сила тока __________ А

Продолжительность электролиза _____ мин.

Уровень 1 н. раствора серной кислоты в бюретках по окончании электролиза

V^*₁ = ________ мл; V^*₂ = ________ мл;

h₁ = ________ мм; h₂ = ________ мм

Концентрация титранта (гидроксида натрия)

C_T = ________ н.

Объем раствора в катодном пространстве

V_K = __________ мл

Объем пробы, взятой для анализа V_a_,_K = ______ мл

Объем титранта

= ________ мл

= ________ мл.

Средний объем титранта

= ______ мл

Объем раствора в анодном пространстве V_А = __________ мл

Объем пробы, взятой для анализа

V_a_,_A = ______ мл

Объем титранта

= ________ мл

= ________ мл.

Средний объем титранта

= ______ мл

Обработка результатов эксперимента

Вычислить равновесную концентрацию электролита в катодном пространстве:

.

Вычислить равновесную концентрацию электролита в анодном пространстве:

.

Вычислить убыль вещества в катодном пространстве:

, моль.

Вычислить прибыль вещества в анодном пространстве:

, моль.

Вычислить объем выделившегося кислорода:

.

Рассчитать давление газа в бюретке:

,

где

– давление насыщенного пара воды при данной температуре, мм рт. ст.; h₂/13,6 – гидростатическое давление столба жидкости в бюретке, мм рт. ст.

Вычислить количество эквивалентов газа, которое соответствует количеству электричества, прошедшего через раствор, т.к. 1 фарадей электричества переносит 1 эквивалент вещества:

,

где n – согласно закону эквивалентов – количество вещества, разложившееся под действием заданного количества электричества

Давление газа следует перевести в Па (760 мм рт.ст. = 1,013·10⁵Па), объем газа – в м³ (1 мл = 10⁻⁶ м³).

Рассчитать число переноса сульфат-иона:

и катиона водорода:

.

Проверить правильность определения чисел переноса:

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Ход эксперимента.

4. Экспериментальные данные (см. протокол к лабораторной работе).

5. Обработка экспериментальных данных.

6. Вывод.

Термодинамика электрохимических систем

Краткие теоретические сведения

К электрохимическим будем относить процессы, сопровождающиеся переносом заряда, образованием двойного электрического слоя (ДЭС) и идущие на поверхности раздела фаз. Такой комплекс процессов, как правило, сопровождается взаимным превращением электрической энергии в химическую в результате протекания окислительно-восстановительных реакций.

Электрохимический потенциал возникает на поверхности раздела фаз электрод – раствор. Причиной образования электродного потенциала является появление на поверхности электрода двойного электрического слоя, который можно сравнить с плоским конденсатором, одной обкладкой которого служит заряженная поверхность металла, а другой – внешняя граница ДЭС. В простейшем случае двойной электрический слой состоит из слоя потенциалопределяющих ионов, расположенных непосредственно на поверхности электрода и слоя противоионов, которые соединены с потенциалопределяющими ионами за счет сил электростатического взаимодействия.

Непосредственно измерить потенциал какой-либо системы пока не представляется возможным. Мы можем измерить только разность потенциалов или электродвижущую силу (ЭДС) гальванической системы, состоящей из пары электродов – электрохимической цепи. С другой стороны, потенциал электрода зависит от температуры и концентрации раствора. В связи с этим было введено понятие стандартного водородного электрода и шкалы стандартных электродных потенциалов. Потенциал стандартного водородного электрода условно принят равным нулю и относительно него считаются потенциалы всех возможных электродных систем, приведенные к единым условиям, получивших название стандартных: температура 298 K и концентрация раствора 1 моль/кг (если речь идет о газовых электродных системах, то давление газа – 1 атм).

Зависимость потенциала электрода от температуры и состава раствора относительно значения стандартного электродного потенциала была выведена Нернстом для окислительно-восстановительного процесса, протекающего на поверхности электрода

,

где

– электродный потенциал, В;

– стандартный электродный потенциал, В; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, K; z – число электронов, принимающих участие в электродном процессе; F – постоянная Фарадея;

– активность окисленной формы элемента в растворе;

– активность восстановленной формы.

При схематической записи электрохимических систем, а также уравнений протекающих в них реакций необходимо соблюдать следующие основные правила. Для электродов (полуэлементов) вещества, находящиеся в растворе, указываются слева от вертикальной черты, справа указываются вещества, образующие другую фазу, или электродный материал. Если одна фаза содержит несколько веществ, то их символы разделяются запятыми:

.

Уравнение электродной реакции записывается так, чтобы слева располагались вещества в окисленной форме и электроны, а справа вещества в восстановленной форме, например: Cu²⁺ + 2e = Cu⁰; 2H⁺ + 2e = H₂; Fe³⁺ + e = Fe²⁺.

Принять различать 4 типа электродных систем.

Электроды 1 рода образованы простым веществом (металлом или неметаллом), погруженным в раствор своей соли. Металлическому электроду Ме^z⁺|Ме соответствует реакция Ме^z⁺ + ze = Me и потенциал электрода описывается уравнением:

.

Примерами электрода первого рода могут быть медный электрод Cu²⁺|Cu (CuSO₄|Cu), цинковый электрод Zn²⁺|Zn (ZnSO₄|Zn) и др.

Неметаллическому электроду A^z^|A соответствует электродная реакция A + ze = A^z^ и потенциал электрода описывается уравнением: