Виконання роботи

Задача 1. Визначення електродних потенціалів та ЕРС елементу.

Мета роботи: визначити ЕРС гальванічного елементу Даніеля – Якобі і електродних потенціалів цинкового та мідного електродів.

Збирають елемент Даніеля – Якобі. В одну із пробірок наливають кілька мл 1 - моляльного розчину (1m) ZnSO₄ і занурюють цинковий електрод, в другу – приблизно такий самий об’єм 1 - моляльного розчину (1m) CuSO₄ і занурюють мідний електрод. Електроди заздалегідь зачищають наждаковим папером, промивають дистильованою водою і осушують фільтрувальним папером.

Для визначення потенціалів окремих електродів (цинкового та мідного) їх з’єднують з каломельним за допомогою зігнутої трубки (сифона), яка заповнена концентрованим розчином KCl у желатині. ЕРС одержаних елементів вимірюють високоомним вольтметром.

1. Схема елементу для вимірювання потенціалу цинкового електрода:

(-) Zn| ZnSO₄ || KCl | Hg₂Cl₂, Hg (+). Е_пр.(1) = В.

1 m

Виходячи з рівняння (6.1), .

Теоретичне значення потенціалу цинкового електрода ( ) обчислюють за рівнянням Нернста (6.4), враховуючи, що при Т = 298 К = - 0,763 В.

Знаходять відносну похибку експерименту 1.

2. Схема елементу для вимірювання потенціалу мідного електрода:

(-) Hg, Hg₂Cl₂ | KCl || CuSO₄ | Cu (+). Е_пр.(2) = В.

1m

Виходячи з рівняння (6.1), .

Теоретичне значення потенціалу мідного електрода ( ) обчислюють за рівнянням Нернста (6.4), враховуючи, що при Т = 298 К = 0,337 В.

Знаходять відносну похибку експерименту 2.

3. Вимірюють ЕРС елементу Даніеля – Якобі.

Схема елементу Даніеля – Якобі для вимірювання ЕРС:

(-) Zn| ZnSO₄ || CuSO₄ | Сu (+). Е_пр.(3) = В.

1 m 1m

Розраховують теоретичне значення ЕРС елементу за формулою

Е_теор. = - ,

враховуючи раніше обчислені теоретичні значення електродних потенціалів.

Знаходять відносну похибку експерименту 3.

Задача 2. Визначення ЕРС концентраційного елементу.

Мета роботи: експериментально визначити та теоретично розрахувати ЕРС концентраційного елементу, який складається з двох металевих електродів.

Збирають гальванічний елемент з двох однакових електродів (мідних, цинкових, срібних тощо) у відповідних розчинах різних концентрацій (за вказівкою викладача). Вимірюють його ЕРС і порівнюють з теоретичною величиною, яка розраховується за рівнянням (6.5). Визначають відносну похибку.

ЛІТЕРАТУРА: 1, с. 203 – 213; 4, с. 276 – 294; 7, с. 130 -131, 143 – 147.

7. Потенціометричне визначення рН

Водневим показником рН називається від’ємний десятковий логарифм активності іонів водню:

,

(7.1)

де (див. рівняння (6.3)).

При 298 К в нейтральному середовищі рН = 7, в кислому - рН < 7, в лужному – рН > 7.

Для слабких електролітів:

.

(7.2)

може бути розрахована за відомою константою дисоціації (довідникові дані) і концентрацією розчину С:

,

(7.3)

де - ступінь дисоціації. Звідки

.

(7.4)

Потенціометричний метод визначення рН полягає у визначенні потенціалу зануреного в досліджуваний розчин електрода, який є оборотним відносно іонів Н⁺. Індикаторними електродами, потенціал яких залежить від концентрації іонів водню, можуть бути водневий електрод (Н⁺| Н₂,Pt), стибієвий та скляний. При 298 К потенціал водневого електрода пов’язаний з рН розчину рівнянням:

.

(7.5)

В рН – метрах як індикаторний використовується скляний електрод. Він являє собою кульку (мембрану) із спеціального скла, яка припаяна до звичайної скляної трубки. В середині скляної кульки розміщено хлорсрібний електрод в 0,1 М розчині НСl. Якщо скляний електрод занурити в досліджуваний водний розчин, то на внутрішній і зовнішній поверхнях мембрани перебігатимуть реакції обміну іонами Н⁺ між розчином та склом і виникнуть стрибки потенціалу, які залежать від рН розчинів в кульці та ззовні скляного електрода. Оскільки рН розчину в середині скляної кульки величина стала, потенціал електрода залежатиме тільки від рН зовнішнього розчину.

Потенціал скляного електрода при 298 К виражається рівнянням:

.

(7.6)

Електродом порівняння в рН- метрах зазвичай є каломельний електрод.

Розчини з певною концентрацією іонів водню, рН яких мало змінюється при розведенні та при додаванні незначних кількостей розчинів сильних кислот чи лугів, називають буферними. Буферні розчини готують із суміші слабкої кислоти та її солі або слабкої основи та її солі.