Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
У цьому досліді виводять електрохімічний ряд напруг, тобто ряд активності металів. Для цього хлоридну кислоту приводять до реакції з різними металами. При цьому спостерігають, що одні метали реагують із хлоридною кислотою (утворення водню), а інші - ні. Виходячи з цього, будують (простий) ряд активності з воднем як елементом порівняння.
У другій частині досліду складають простий нормальний водневий електрод і виконують відповідні вимірювання напруг окисно-відновних потенціалів.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Учні та студенти мають уже бути обізнані з виготовленням нормального водневого електрода. Крім того, вони мають знати з теорії ряд активності.
Принцип
Ряд активності - один із найважливіших засобів в «електрохімії». Ряд активності впорядковує метали за їхньою здатністю віддавати електрони. Ряд активності зазвичай починається ліворуч неблагородними металами (наприклад, залізом, цинком) і йде до благородних металів (наприклад, золота, срібла).
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні та студенти спостерігають, що одні метали реагують із хлоридною кислотою (утворення водню), а інші - ні.
Завдання
Учні та студенти будують простий ряд активності з воднем як елементом порівняння. Крім того, вони складають простий нормальний водневий електрод і виконують вимірювання напруг окисно-відновних потенціалів.
Інша інформація (3/3)
Вказівка
З міркувань вартості в досліді застосовують лише розведений розчин аргентум нітрату. Електродний потенціал за рівнянням Нернста відповідно менший.
Утилізація
Розчини, що містять йони важких металів, збирати в посудину для розчинів солей важких металів. Відходи, що містять срібло, збирати окремо. Залишки кислот і лугів розвести водою, нейтралізувати (pH 6-8) і злити.
Дані
Таблиця 2: стандартні потенціали
Таблиця 1: молярні маси
| Речовина | Молярна маса (г/моль) |
|---|---|
| 287,54 | |
| 169,87 |
| Пара електродів | Стандартний потенціал |
|---|---|
| -0,763 | |
| +0,799 |
Правила безпеки
- Під час досліду всі присутні в приміщенні особи мають носити захисні окуляри!
- Концентровані кислоти й луги сильно роз'їдають. Вони руйнують шкіру й тканини. При розведенні: спершу вода, потім кислота (захисні окуляри, лабораторний халат, рукавички).
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, звертайтеся до відповідних паспортів безпеки.
- На цей дослід поширюються загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Ряд активності - один із найважливіших засобів в «електрохімії». Ряд активності впорядковує метали за їхньою здатністю віддавати електрони. Ряд активності зазвичай починається ліворуч неблагородними металами (наприклад, залізом, цинком) і йде до благородних металів (наприклад, золота, срібла).
Ряд активності допомагає передбачити окисно-відновну реакцію. Так, метал витісняє (тобто відновлює) зі сполуки (тобто з розчину солі) йони тих металів, що стоять у ряді активності праворуч від нього. Стосовно цих йонів метал діє як відновник. І навпаки, йони металу окиснюють усі метали, що стоять у ряді активності ліворуч від цього металу.
Ряд активності можна застосовувати й до реакцій із воднем чи з йонами водню. Усі метали, що стоять у ряді активності ліворуч від водню, витісняють водень зі сполук (наприклад, із розведених кислот) і діють стосовно йонів водню як відновники.
Обладнання
Складання та виконання
Складання та виконання (1/4)
Завдання 1
Три пробірки приблизно наполовину наповнюють розведеною хлоридною кислотою.
У пробірку 1 потім кладуть кінчик шпателя залізного порошку, у пробірку 2 - приблизно таку саму кількість мідного порошку, а в третю пробірку - гранульований свинець.
Пробірки наполовину наповнюють розведеною хлоридною кислотою.
Складання та виконання (2/4)
Завдання 2 (1/2)
Для платинування платинових електродів готують розведений розчин платину хлориду. Його можна просто дістати, розчинивши шматочок платинового дроту в царській горілці з наступним випарюванням нітратної кислоти у витяжній шафі. Розведений водний розчин має жовте забарвлення.
Хімічний стакан на 50 мл приблизно наполовину наповнюють розведеним розчином платину хлориду. У цей розчин занурюють два платинові електроди, до яких прикладають постійну напругу так, щоб протікав струм від 20 до 30 мА. Приблизно через 5–10 хвилин змінюють полярність. Коли обидва платинові електроди рівномірно забарвляться в чорний колір («платинова чернь»), електроліз припиняють і ретельно обполіскують електроди водою.
Обидві посудини для напівелементів із краном і бічним відвідним патрубком з'єднують між собою відрізком шланга (d = 7 мм), у якому міститься керамічний стрижень. Керамічний стрижень треба перед тим добре просочити розчином калій нітрату. Для цього його кип'ятять у холодному насиченому розчині калій нітрату. Після того як розчин кипів 2–3 хвилини, дають йому охолонути, причому керамічний стрижень просочується розчином калій нітрату. До виконання досліду підготовлений керамічний стрижень доцільно зберігати в цьому розчині.
Обидва напівелементи закріплюють затискачами й муфтами на стрижнях H-подібної основи.
Складання та виконання (3/4)
Завдання 2 (2/2)
Водневі електроди складають із гумових корків, платинованих платинових електродів і скляної трубки з гачком, крізь яку водень може надходити до платинової пластини. Після того як скляні трубки з гачком під'єднали до джерела водню (сталевого балона), дають легкому потоку водню пробулькувати над платиновими пластинами. Для цього потрібно так відрегулювати поділений V-подібним з'єднувачем потік газу, щоб з обох скляних трубок виходило приблизно однаково газу. Електроди з'єднують із pH-метром, який працює в режимі «мВ», і зчитують напругу. Одну з посудин наповнюють 1-молярною хлоридною кислотою, другу - 1-молярним розчином натрій гідроксиду, свіжо приготованими з готових ампул.
В обидва розчини занурюють водневий електрод.
Складання та виконання (4/4)
Завдання 3
В установці за рисунком 2 використаний у досліді 2 напівелемент із розчином натрій гідроксиду спорожнюють через кран і ретельно промивають водою. Потім напівелемент наповнюють 1-молярним розчином цинк сульфату з 57,51 г цинк сульфату гептагідрату в 200 мл води, цинковий електрод закріплюють у просвердленому корку й занурюють у розчин. Y-подібний розподільник виймають із підвідної лінії другого платинового електрода, і електрод у хлоридній кислоті знову обмивають воднем. Вимірюють потенціал між двома електродами (зважати на полярність!). Після цього розчин цинк сульфату замінюють на розчин аргентум нітрату, а цинковий електрод - на срібну пластину (розчин цинк сульфату злити через кран і посудину добре промити водою).
Зважаючи на правильну полярність, визначають потім різницю потенціалів між
водневим електродом і срібним електродом.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/7)
Спостереження
Завдання 1
Тоді як у першій пробірці газовиділення починається одразу, у другій воно не настає й через тривалий час. Газовиділення в третій пробірці слабке.
Завдання 2
Напруга між обома напівелементами становить приблизно 0,8–0,85 В. Проте при кількох вимірюваннях тут виникають сильні коливання.
Завдання 3
Різниця потенціалів між цинковим напівелементом і нормальним водневим електродом становить приблизно 0,7–0,76 В, причому цинк під'єднано до «плюс-полюса» вимірювального приладу. Значення коливаються при кількох вимірюваннях. Між воднем і сріблом дістають напругу бл. 0,8 В, де водень є додатним полюсом.
Опрацювання результатів (2/7)
Опрацювання (1/3)
Завдання 1
Залізо й свинець відновлюють йони водню до водню, самі при цьому окиснюючись і переходячи в розчин у вигляді йонів. Отже, обидва метали є неблагороднішими за водень. Слабке газовиділення при реакції між свинцем і хлоридною кислотою вказує на те, що рушійна сила реакції - різниця потенціалів між воднем і свинцем - мала. Мідь благородніша за водень. Хлоридна кислота на неї не діє (це видно з відсутності газовиділення, а також з відсутності забарвлення розчину йонами міді). У ряді активності водень тому слід розмістити між міддю й свинцем.
Опрацювання результатів (3/7)
Опрацювання (2/3)
Завдання 2
Нормальний водневий електрод визначено як платиновану платинову пластину (або дріт), яка занурена в розчин з активністю йонів водню 1 і яку обмиває водень за стандартного тиску (1013 гПа). Платинування платинового електрода збільшує поверхню електрода й таким чином поліпшує контакт із воднем. Потенціал довільного водневого електрода становить:
Якщо тепер зменшити активність йонів водню, дістанемо інший потенціал, тобто в розчині натрій гідроксиду потенціал через малу активність чи концентрацію йонів водню c ( ) = моль/л буде меншим за потенціал стандартного водневого електрода. Обчислена за наведеним рівнянням різниця потенціалів (= напруга) становить при 25°C: 0,836 В. Оскільки потенціали водневого електрода навіть після платинування через найрізноманітніші явища відтворюються добре лише дуже складно, виміряні значення коливаються доволі сильно.
Опрацювання результатів (4/7)
Опрацювання (3/3)
Завдання 3
Нормальний водневий електрод за визначенням має стандартний потенціал 0 В. Потенціал цинкового електрода як постачальника електронів (цинк переходить у розчин у вигляді йонів цинку) від'ємніший за потенціал водневого електрода й становить приблизно -0,76 В. Срібло електропозитивніше за водень, тобто водень переходить у розчин у вигляді протона з відщепленням електрона і утворює тим самим плюс-полюс (анод) цього гальванічного елемента.
Опрацювання результатів (5/7)
Перетягни слова у правильні поля! Залізо й свинець відновлюють йони водню до водню, самі при цьому ____ і переходячи в розчин у вигляді йонів. Отже, обидва метали є ____ за водень. Слабке газовиділення при реакції між свинцем і хлоридною кислотою вказує на те, що рушійна сила реакції - різниця потенціалів між воднем і свинцем - ____. Мідь благородніша за водень. У ____ водень тому слід розмістити між міддю й свинцем.
Опрацювання результатів (6/7)
Питання
Опрацювання результатів (7/7)
Питання