МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова»

Кафедра "Химия и химическая технология"

Лабораторная работа №1

На тему: «Химические источники тока»

Выполнил:

Студент группы Б22-831-1зу Алабужев И.Ф.

Руководитель:

Кандидат технических наук, Доцент кафедры Семакина Н.В.

Ижевск 2023г

Цель работы:

- Познакомится с устройством и принципом работы гальванического элемента.

- Научиться определять направление протекания окислительно-восстановительных процессов по окислительно-восстановительным потенциалам реагирующих веществ.

I. Теоретическая часть.

1. Химические источники тока (абр. ХИТ) — это источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.

2. При контакте поверхности металлического электрода с электролитом вследствие второго закона термодинамики происходит переход ионов в раствор. В водных растворах электролитов за счет процесса гидратации с поверхности металла в раствор будут переходить катионы металла. Процесс превращения нейтральных атомов металла в заряженные катионы по химическим представлениям является процессом окисления с потерей определенного количества электронов Хе . Электроны металла в раствор не переходят, так как не гидратируются (сродство к электрону у молекулы воды отрицательно). Атом металла имеет па поверхности электрода нулевую степень окисления Ме°, а в растворе — вследствие потери 1е

 электронов — положительную Ме²⁺.

В результате поверхность металла приобретает избыток электронов и, соответственно, отрицательный электрический заряд. Отрицательное поле возникшего заряда притягивает из раствора уже гидратированные катионы вместе с молекулами воды. На межфазной границе «металл — электролит» устанавливается равновесие окислительно-восстановительной реакции:



Со стороны раствора возникает слой гидратированных катионов Ме⁺Н₂0, который взаимодействует с отрицательно заряженной поверхностью металла электрода. В ходе этого взаимодействия некоторые катионы возвращаются на поверхность металла и снова становятся нейтральными атомами:



Кроме явлений гидратации и электростатического взаимодействия ионов, на поверхности электрода происходит адсорбция как молекул воды, так и присутствующих в растворе ионов. Это создает весьма сложную конфигурацию заряженных частиц, которую называют обменный двойной электрический слой (рис.1). Скачок электрического потенциала на межфазной границе «электрод — электролит», соответствующий электрохимическому равновесию, называется равновесным электродным потенциалом. Важнейшими элементами электрохимической системы являются электроды, на поверхности которых и протекает окислительно-восстановительная реакция.



Рис. 1. Схема возникновения обменного двойного электрического слоя и электродного потенциала на границе «металл — раствор электролита»:

— катионы металла, расположенные в узлах кристаллической решетки;

— гидратированные катионы металла, перешедшие в раствор;

• — избыточные электроны, оставшиеся в металле после ухода катионов

3. Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар. Было выведено немецким физико-химиком Вальтером Нернстом.

{ \displaystyle E=E^{\circ }+{\frac {0,0591 {\rm {V}}}{n}}\lg \prod a_{i}^{\nu _{i}}}

---

где –   – активность окисленной формы.

– активность восстановленной формы.

- стандартный электродный потенциал

R – универсальная газовая постоянная, 8,31Дж/моль^.К;

 n – число электронов, принимающих участие в реакции (равно числу моль эквивалентов в моль вещества);

 F – число Фарадея, 96500 Кл/моль;

 T – температура, К.

Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант R и F и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при Т=298 К, получим:



где - молярная концентрация ионов металла в растворе электролита

4. Анод – это электрод с меньшим значением электродного потенциала.

Катод – электрод с большим значением электродного потенциала.

5. ЭДС – максимальная разность потенциалов на концах равновесной электрохимической цепи.



где – электродный потенциал пары, выступающий в роли окислителя.

- электродный потенциал пары, выступающий в роли востановителя.

II. Экспериментальная часть.

Опыт 1. Составление медно-цинкового гальванического элемента

Выполнение опыта: Собрали гальванический элемент, представленный на рисунке (рис.2). Для этого первый стакан заполнили 1М раствором CuSO₄, а второй – 1М раствором ZnSO4. Растворы соединили электролитическим мостиком из полоски фильтрованной бумаги, смоченной насыщенным раствором

---

KCl. Опустили в раствор ZnSO4 цинковую пластину, а в раствор CuSO4 – медную. Пластинки цинка и меди с помощью электрических проводов происоединили к гальвонометру.



Рис.2. Гальванический элемент медно-цинковый:

1-стаканчики; 2-подставка; 3-электролитный мостик;

4- рН-метр (иономер); 5-цинковый электрод; 6-медный электрод

Наблюдения: В процессе опыта наблюдали отклонение стрелки гальвонометра, указывающее на воникновение электрического тока.

Оформление результатов опыта. Фактический замер ЭДС – 0.9В

- По уравнению Нернста вычисляем равновесные электродные потенциалы цинка и меди





- Определяем Анод и Катод

Zn – Анод, Cu – Катод

- Расчет ЭДС

= 0,34 - (-0,76) = 1,1В

Фактически замеренное ЭДС отличается о расчетного. Различие значений обуславливается погрешностью измерительного прибора и отличием условий внешней среды от стандартных значений.

- Электродные процессы или окислительно-восстановительных реакций

A(-): - (окисление)

K(+): + (восстановление)

- Уравнение токообразующей реакции

Zn + + Cu

Zn +

---

+ Cu

- Схема медно-цинкового гальванического элемента

(-) Zn ǀ ZnS ǀǀ CuS ǀ Cu(+) , или

( -) Zn ǀ ǀǀ ǀ Cu (+)



(-)А Zn ǀ Zn ǀǀ ǀ CuK(+)

---

Смотрите также файлы

• Научнопрактический электронный журнал Аллея Науки 12(63) 2021 Alleyscience ru Удк 34 Бугровая А. А.pdf

• Реформы Петра i в государственном управлении и их значение.docx

• Новый Гарри Млять, какого эта Так удружила.docx

• Растворимость газов в нефти.docx

• аза тілі (оыту аза тілінде) пнінен тосанды жиынты баалауды спецификациясы 7сынып.docx