2. Вимірювання е.Р.С. Елемента Якобі-Даніеля і розрахунок електродних потенціалів цинкового та мідного електродів

Мета роботи: уміти складати гальванічні ланцюги та вимірювати їх електрорушійну силу компенсаційним методом, визначати зі значення електрорушійної сили потенціал електрода і деяких термодинамічних функцій.

2.1. Експериментальна частина

1. Одержати у викладача завдання. Залити в стакани невелику кількість електролітів.

2. Зачистити наждачним папером мідний та цинковий електроди, промити їх дистильованою водою, висушити фільтрувальним папером і занурити у відповідні розчини електролітів.

Рис. 10. Схема елемента Якобі-Даніеля

3. Промити дистильованою водою і вставити агар-агарові містки, які приготовлені на KCl, згідно зі схемою (рис. 10).

4. Підключити до клем "X" потенціометра ППТВ мідний та цинковий електроди. Виміряти е.р.с. гальванічного елемента Якобі-Даніеля

(+) CuCu²⁺ Zn²⁺Zn (-)

(мідний електрод) (цинковий електрод),

записати його значення (Е_Zn/Cu = …В) і відключити від потенціометра.

4. Підключити до потенціометра цинковий та хлоросрібний електроди. Після вимірювання та записування е.р.с. цього гальванічного елемента (Е_Zn/х.с.е.= …В) відключити його від потенціометра:

(-) ZnZn²⁺KCl(нас)AgCl, Ag (+)

(цинковий електрод) (хлоросрібний електрод)

4. Підключити до потенціометра гальванічний елемент

(+) CuCu²⁺KCl(нас)AgCl, Ag (-)

(мідний електрод) (хлоросрібний електрод)

та, виміривши його е.р.с. (Е_Cu/х.с.е. = …В), відключити від потенціометра.

2.2. Обробка результатів

1.Розрахувати Е_Zn/Cu з рівняння Нернста

Е _Zn/Cu = Е⁰ _Zn/Cu + (2,3RT/nF)lg(a_Cu2+ /a_Zn2+) (6.1)

з урахуванням того, що Е⁰_Zn/Cu залежить від температури згідно з рівнянням

Е⁰ _Zn/Cu = 1,103 - 2,0^.10^-4(t - 25), (6.2)

у якому t - кімнатна температура, виміряна в градусах Цельсія, а

2,3RT/F = 0,05817 + 1,98^.10^-4(t - 20). (6.3)

Щоб визначити n -число електронів, які беруть участь в електрохімічній реакції, необхідно записати рівняння електродних реакцій: 1) Zn⁰ - 2e  Zn²⁺ і 2) Сu²⁺ + 2e  Cu⁰, звідки n = 2. Значення коефіцієнтів активності  взяти із табл. 11 . Активність розрахувати з рівняння

а = С^.  . (6.4)

Таблиця 11

C, моль/кг речовина	0,05	0,10	0,20	0,50	1,00
CuSO4	0,217	0,154	0,104	0,062	0,043
ZnSO4	0,202	0,150	0,104	0,063	0,043

2. Розраховане значення е.р.с. елемента Якобі-Даніеля порівняти з експериментальним та розрахувати відносну помилку експерименту.

3. Розрахувати потенціал цинкового електрода (_Zn2+/Zn) зі значень

Е _Zn²⁺_/х.с.е = _х.с.е. - _Zn²⁺_/Zn , звідки _Zn²⁺_/Zn = _х.с.е. - Е _Zn²⁺_/х.с.е . (6.5)

Потенціал хлоросрібного електрода (_х.с.е) залежить від температури згідно з рівнянням

_х.с.е = 0,2223 - 6,4^.10^-4(t - 25). (6.6)

4.Розрахувати потенціал цинкового електрода за рівнянням Нернста

_Zn²⁺_/Zn = ⁰_Zn²⁺_/Zn +(2,3RT/nF)lga _Zn²⁺ . (6.7)

Значення ⁰_Zn²⁺_/Zn узяти з табл. 12.

Таблиця 12

Електрод	Рівняння електродної реакції	Стандартний електродний потенціал, В (0)
Zn2+/Zn	Zn2+ + 2e  Zn0	-0,763
Сu2+/Cu	Cu2+ + 2e  Cu0	+ 0,337

5. Зіставити розраховане значення потенціалу цинкового електрода з експериментальним та визначити абсолютну та відносну помилки експерименту.

6. Розрахувати потенціал мідного електрода з експериментального значення Е_Cu/х.с.е..

Е_Cu/х.с.е. = _Cu²⁺_/Cu - _х.с.е., звідкіля _Cu²⁺_/Cu = Е_Cu/х.с.е.+ _х.с.е. . (6.8)

7. Розрахувати потенціал мідного електрода з рівняння Нернста

_Cu²⁺_/Cu = ⁰_Cu²⁺_/Cu+ (2,3RT/nF)lga _Cu²⁺ . (6.9)

7. Зіставити теоретичне значення (розраховане з рівняння Нернста) _Cu²⁺_/Cu з експериментальним та визначити абсолютну і відносну помилки експерименту.

8. З експериментальних значень потенціалів цинкового та мідного електродів розрахувати е.р.с. елемента Якобі-Даніеля

Е _Zn/Cu = _Cu²⁺_/Cu -_Zn²⁺_/Zn (6.10)

і порівняти її з експериментальним та теоретичним значеннями.