Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла

Преподаватель выдает студенту два металлических электрода. Студент составляет два гальванических элемента, состоящих из электрода сравнения и исследуемого металлического электрода. В один стакан следует налить раствор соли, катион которой соответствует металлическому электроду (если выдан цинковый электрод, то следует взять водорастворимую соль цинка, например, ZnSO4). В этот же стакан поместить металлический электрод, очищенный наждачной бумагой, промытый дистиллированной водой и просушенный фильтровальной бумагой.

В другой стакан налить насыщенный раствор хлорида калия и поместить в него электрод сравнения (каломельный электрод). Два стакана соединить агар-агаровой трубкой, которая замыкает внутреннюю цепь, являясь проводником ионов. Внешняя цепь замыкается при подключении электрода сравнения и рабочего электрода к цифровому вольтметру. Схема установки представлена на рис. 4.

Рис.4. Схема установки для измерения электродного потенциала: 1 – сосуд с электролитом; 2 – раствор электролита; 3 – исследуемый металл; 4 – электрод сравнения; 5 – сосуд с раствором KCl; 6 – агар-агаровый мостик; 7 – цифровой вольтметр
Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru

Каломельный электрод можно выразить схемой: Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru , где Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru - соль ртути, называемая каломелью.

Электродная реакция: Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ruОпыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru .

Общая схема гальванического элемента

Катод (+) Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru (–) Анод.

Слева, как правило, записывается металл, играющий в гальваническом элементе роль катода, а справа - роль анода.

Установка готова для измерения равновесного электродного потенциала металла. Через 3…5 минут следует измерить напряжение с помощью вольтметра (7) (рис. 4) и записать показание прибора в лабораторную тетрадь. Затем отключить прибор, вынуть из раствора металлический электрод (3), снять агар-агаровый мостик (6), и вылить использованный раствор соли (2) из стакана (1) в соответствующий сосуд, где хранится раствор. Электрод сравнения (4), не вынимая из раствора KCl (5) во избежание его порчи, после окончания работ необходимо сдать лаборанту или преподавателю.

Вольтметр показывает значение ЭДС цепи (e). Известно, что

e = jк - jа . (10)

Если потенциал исследуемого металла имеет более положительное значение (jк), чем величина электрода сравнения (jа), то

Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru . (11)

Из этого уравнения можно рассчитать равновесный потенциал рабочего электрода по формуле

Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru . (12)

Для этого необходимо знать равновесный потенциал электрода сравнения (в нашем случае – равновесный потенциал каломельного электрода - Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru ). Эти данные при различных температурах для насыщенного раствора приведены в табл. 1.

Таблица 1

Стандартные величины потенциала каломельного электрода

при температурах от 10 до 29 °С насыщенного раствора

Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru

Температура, 0С
Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru 0,2536 0,2529 0,2523 0,2516 0,2510
Температура, 0С
Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru 0,2503 0,2497 0,2490 0,2483 0,2477
Температура, 0С
Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru 0,2471 0,2464 0,2458 0,2451 0,2445
Температура, 0С
Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru 0,2438 0,2431 0,2425 0,2418 0,2412

По уравнению Нернста (1), приведенному в теоретической части лабораторной работы, рассчитывают теоретическое значение равновесного электродного потенциала исследуемого металла. Необходимые данные о стандартных величинах электродных потенциалов исследуемых металлов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Стандартные величины электродных потенциалов металлов

в водных растворах при 25°С

Электрод Электродная реакция Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru , В
Li+/Li Li+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Li -3,045
Rb+/Rb Rb+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Rb -2,925
K+/K K+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = K -2,925
Cs+/Cs Cs+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cs -2,923
Ba+2/Ba Ba+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Ba -2,906
Ca+2/Ca Ca+2 + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Ca -2,866
Na+/Na Na+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Na -2,714

Продолжение табл. 2

Mg+2/Mg Mg+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Mg -2,363
Al+3/Al Al+3 + 3 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Al -1,662
Ti+2/Ti Ti+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Ti -1,628
Mn+2/Mn Mn+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Mn -1,180
Cr+2/Cr Cr+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cr -0,913
Zn+2/Zn Zn+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Zn -0,763
Cr+3/Cr Cr+3 + 3 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cr -0,744
Fe+2/Fe Fe+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Fe -0,440
Cd+2/Cd Cd+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cd -0,403
Co+2/Co Co+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Co -0,277
Ni+2/Ni Ni+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Ni -0,250
Sn+2/Sn Sn+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Sn -0,136
Pb+2/Pb Pb+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Pb -0,126
Fe+3/Fe Fe+3 + 3 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Fe -0,036
2H+ /H2 2H+ + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = H2
Cu+2/Cu Cu+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cu +0,337
Cu+/Cu Cu+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Cu +0,521
Ag+/Ag Ag+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Ag +0,799
Hg+2/Hg Hg+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Hg +0,854
Pt+2/Pt Pt+2 + 2 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Pt +1,200
Au+3/Au Au+3 + 3 Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Au +1,498
Au+/Au Au+ + Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru = Au +1,691

Сравните теоретическое и экспериментальное значения потенциалов выданных Вам металлов. Сделайте вывод и объясните, почему измеренная величина потенциала не равна расчетной. Найдите относительную ошибку измерения (П, %) по формуле

Опыт 1. Измерение равновесного электродного потенциала металла - student2.ru . (13)

Полученные данные поместите в табл. 3 и покажите преподавателю.

Таблица 3

Сводная таблица определения электродных потенциалов металлов

Исследуемый металл Концентрация иона данного металла в растворе электролита, моль/л Показание вольтметра, В Практическое значение равновесного электродного потенциала металла jпр., В Теоретическое значение электродного потенциала металла jтеор., В Относительная ошибка измерения, П, %
           
           

Наши рекомендации