Інформація для вчителів
Застосування
Складання
Принцип дії стандартної батареї - це принцип дії гальванічного елемента. Гальванічний елемент складається з двох різних металів (електродів), з'єднаних електролітом. Між електродами створюється напруга завдяки тому, що позитивні іони металу з поверхні електродів переходять в електроліт, а вільні електрони залишаються на електродах.
У цьому досліді елемент Вольта розглядають як окремий випадок гальванічного елемента. В елементі Вольта обидва електроди перебувають в одній посудині.
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають знати, що таке відновлення й окиснення.
Принцип
В елементі Вольта цинк і мідь реагують у сірчаній кислоті, причому цинк віддає електрони (окиснення), а протони на мідному електроді приймають електрони й відновлюються до газоподібного водню (відновлення). Завдяки цьому електрони течуть зовнішнім провідником від цинку до міді - виникає електричний струм. Сірчана кислота уможливлює потік іонів усередині, завдяки чому підтримується вирівнювання зарядів.
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
Учні дізнаються, як за допомогою гальванічного елемента можна виробити електричний струм, і таким чином знайомляться з електрохімією.
Завдання
Учні мають скласти гальванічний елемент і виміряти напругу, що виникає. За короткого замикання електродів вони спостерігають особливості виділення водню.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Далі буде пояснено принцип дії елемента Вольта.
Цинк реагує з розведеною сірчаною кислотою за таким рівнянням реакції:
\(
\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} + \text{H}_2 \uparrow
\)
Цинк при цьому переходить в іонний стан (окиснення) і водночас відновлює іони водню до молекулярного водню. Мідь натомість за цих умов із розведеною сірчаною кислотою не реагує.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Якщо з'єднати цинковий електрод дротом із мідним електродом і поставити обидва в розведену сірчану кислоту, то цинк на поверхні цинкового електрода переходить у розчин за вже описаним рівнянням реакції. Електрони, що при цьому вивільняються, течуть (принаймні частково) дротом до мідного електрода й відновлюють там іони водню до молекулярного водню.
Якщо ж натомість між обидва метали ввімкнути високоомний вольтметр, то тече лише дуже мало електронів. Відновлення іонів водню відбувається тоді переважно на цинковому електроді, тоді як на мідному електроді воно відбувається лише в незначній, непомітній неозброєним оком мірі.
Оскільки водень, що утворюється, осідає тонкою плівкою на мідному електроді й екранує його від подальших іонів водню, напруга спадає нижче теоретичної різниці потенціалів 1,1 В. За ідеальних умов вона може впасти приблизно до 0,76 В.
Докладніше пояснення дає дослід „Виготовлення спрощеного водневого електрода“.
Інша інформація для вчителя (5/5)
Розчин можна приготувати для всіх, щоб заощадити хімікати!
Сірчана кислота (0,5 моль/л): Налий дистильованої води в хімічну склянку на . Додай 10-відсоткової сірчаної кислоти.
Хімічну склянку на ви знайдете в інтернет-магазині PHYWE.
Правила безпеки
- Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
- Під час досліду всі присутні в приміщенні особи мають носити захисні окуляри й захисні рукавички.
- Розчини сірчаної кислоти концентрації подразнюють.
- Уникати будь-якого контакту хімікатів з очима та шкірою.
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, звертайтеся до паспорта безпеки відповідного хімікату.
Інформація для учнів
Мотивація
Схема досліду
Принцип дії стандартної батареї - це принцип дії гальванічного елемента. У ньому завдяки хімічним реакціям виникає електрична енергія. Першим працездатним гальванічним елементом був елемент Вольта, розроблений 1799 року Алессандро Вольтою.
У сьогоднішньому досліді ти досліджуєш, як цей елемент працює і як завдяки хімічним реакціям виникає електрична енергія. Ви складаєте елементи Вольта й вимірюєте напругу, що виникає.
Завдання
Склади елемент Вольта.
Виміряй напругу на елементі.
Створи коротке замикання електродів і спостерігай за виділенням водню.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-02 | 1 |
| 2 | Ванночка, рифлена, без кришки, 90 x 74 x 43 мм | 34568-01 | 1 |
| 3 | Мідний електрод, 76x40 мм | 45212-00 | 2 |
| 4 | Цинковий електрод, 76x40 мм | 45214-00 | 1 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", без ізоляції, 10 шт. | 07274-03 | 1 |
| 6 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 8 | Наждачний папір, середньозернистий | 01605-00 | 1 |
| 9 | Вода дистильована, 5 л | 31246-00 | 1 |
| 10 | Сірчана кислота, 10%, техн.,1000 мл | 31828-70 | 1 |
| 11 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/3)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/3)
Розчин можна приготувати для всіх, щоб заощадити хімікати!
Сірчана кислота (0,5 моль/л): Налий дистильованої води в хімічну склянку. Додай 10-відсоткової сірчаної кислоти.
Додай розведеної сірчаної кислоти в рифлену ванночку.
Складання (3/3)
- Роздивись обидва електроди, мідний (Cu) і цинковий (Zn): якщо метал окиснився під час зберігання, скористайся шматком наждачного паперу, щоб зняти оксидний шар.
- Далі зважай на колір з'єднань: синій (цинк, мінус) завжди до синього, а червоний (мідь, плюс) завжди до червоного!
- З'єднай затискачі «крокодил» з металевими електродами (мідною та цинковою пластинами), а проводи - з датчиком Cobra SMARTsense Voltage.
Виконання (1/3)
- Запусти measureAPP на мобільному пристрої.
- Натисни на датчику кнопку «Пуск» приблизно на 3 секунди.
- Приєднай датчик, торкнувшись поряд з описом датчика в measureAPP.
- Налаштуй показ виміряних значень, торкнувшись над діаграмою.
Виконання (2/3)
- Занур обидва електроди одночасно в сірчану кислоту (див. рисунок). Електроди при цьому неповинні торкатися один одного!
- Запиши виміряну напругу!
Виконання (3/3)
- Створи коротке замикання в елементі, для цього ти:
- з'єднуєш мідний і цинковий електроди безпосередньо дротом (рис. угорі)
або - даєш обом електродам безпосередньо торкнутися один одного (рис. унизу).
- з'єднуєш мідний і цинковий електроди безпосередньо дротом (рис. угорі)
- Спостерігай за виділенням газу на електродах, особливо на мідному електроді.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання