Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Якщо занурити два різні метали, наприклад, мідь і цинк, у відповідну рідину, можна виявити електричну напругу між цими металами. Це пояснюється різним тиском розчинів різних металів.
Тиск розчину - це зусилля металів, спрямоване на утворення йонів у водному розчині і, таким чином, перехід у стан інертних газів. Наприклад, якщо метал знаходиться у воді, іони металу переходять у розчин під дією тиску розчину, і метал стає негативно зарядженим.
В основному, чим менш благородним є метал, тим більший тиск його розчину. Це пояснює, серед іншого, різну реакційну здатність благородних і неблагородних металів з іонами металів.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні вже повинні були розглянути теоретично тиск розчину. Вони також повинні мати базове уявлення про електричну напругу.
Принцип
Метали цинк і мідь мають певну тенденцію розкладатися у воді, вивільняючи при цьому електрони. Цю властивість можна назвати "тиском розчину". Під час процесу розчинення атоми металів з поверхонь металевих листів переходять в іонний стан.
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
Учні повинні вивчити більше електрохімічних термінів, особливо термін "тиск розчину". За допомогою тиску розчину слід поглибити розуміння напруги (і того, як вона створюється).
Завдання
Учні повинні визначити електричну напругу між мідним і цинковим пластинами в дистильованій воді.
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Додаткова інформація
Новоутворені іони дифундують у воду, а електрони залишаються на пластинах і заряджають їх негативно. Для кожного металу характерний свій тиск розчину; емпіричне правило тут таке: чим благородніший метал, тим менше іонів переходить у розчин і тим нижчий тиск розчину. Виникнення електричної напруги між двома електродами вказує на те, що менш благородний метал, в даному випадку, цинк має більшу схильність до розчинення, ніж більш благородна мідь. Отже, більше іонів цинку розчиняється і більше електронів накопичується на цинковій пластинці.
Лише тоді виникає електрична напруга, де цинк представляє негативний полюс, а мідь - позитивний. За умовами експерименту потік електронів не може проходити через високий внутрішній опір вимірювального приладу, тому електрони залишаються на електродах. Чим більша концентрація електронів на пластинках, тим більше вона протидіє переходу атомів металу в іонний стан, після чого процес розчинення остаточно зупиняється і встановлюється рівновага.
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Додаткова інформація
Оскільки негативно заряджені пластини електродів притягують позитивно заряджені іони металу, вони не можуть безперешкодно дифундувати у воду. Натомість ці іони збираються навколо електродів і утворюють там позитивно заряджений шар іонів, який називається шаром Гельмгольца. Якщо дозволити електронам цинкового електрода переходити до мідного електрода, наприклад, за допомогою металевого провідника без значного опору, цинк поступово повністю розчиниться (ці процеси більш детально описані в експериментах про корозію).
Під час розчинення атоми металу з поверхонь металевих листів переходять в іонний стан.
Інструкції з техніки безпеки
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- Використовуйте захисні рукавички та окуляри.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук
Приготуйте необхідні розчини:
- Розчин сульфату міді (1 моль/л):Додайте 15,9 г сульфату міді до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою. Цей експеримент є лише якісним підтвердженням, тому точна концентрація не має значення для експерименту (=> доказ осадження міді на певних неблагородних металах).
Інформація для учнів
Мотивація
Експериментальна установка
Якщо занурити два різні метали, наприклад, мідь і цинк, у відповідну рідину, можна виявити електричну напругу між цими металами.
Тиск розчину - це зусилля металів, спрямоване на утворення іонів у водному розчині і, таким чином, встановлення стану інертних газів.
Якщо в розчині солі металу помістити різні метали (наприклад, залізо або цинк), то можна спостерігати різну реакційну поведінку неблагородних і благородних металів. Якщо метал менш благородний, ніж іони металу (з розчину), елементарний метал (з розчину) осаджується на менш благородному металі.
Завдання
Якщо занурити два електроди з різних металів, наприклад, міді та цинку, у чисту дистильовану воду, то між цими металами можна зафіксувати електричну напругу.
Виконайте такий експеримент і дайте відповіді на запитання в протоколі.
Дослідіть поведінку різних металів у розчині солі металу і дайте відповіді на запитання в протоколі.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Купрум (ІІ) сульфат-5-гідрат | 30126-25 | 1 |
| 2 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 4 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 1 |
| 5 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 6 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 7 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 8 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 1 |
| 9 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
Підготовка
Експериментальна установка
Візьміть блок з заглибленнями (вимірювальними комірками) і по одній цинковій та мідній пластинці. Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунку зліва.
Наповніть одну вимірювальну комірку блоку чистою дистильованою водою.
Підключіть цинковий електрод (лист цинку розміром 15 мм х 40 мм) до роз'єму заземлення, а мідний електрод (розміром 15 мм х 40 мм) - до роз'єму для вимірювання напруги на вимірювальному приладі (мультиметрі).
Виконання роботи (1/2)
Встановіть на вимірювальному приладі діапазон вимірювання 2 В постійного струму, а потім опустіть обидва електроди в дистильовану воду, як показано на рисунку.
Електроди не повинні торкатися один одного!
Під час вимірювання не торкайтеся електродів безпосередньо пальцями, оскільки контакт зі шкірою людини може призвести до виникнення похибок у вимірюванні. Тому слід утримувати електроди тільки за допомогою ізольованих затискачів типу "крокодил".
Експериментальна установка
Виконання роботи (2/2)
Тепер візьміть блок з заглибленнями (вимірювальними комірками) і розчин сульфату міді. Наповніть один ряд блоку з вимірювальними комірками розчином сульфату міді.
Помістіть срібний електрод в одну комірку, а мідний, цинковий або залізний електроди - в інші комірки.
Електроди не повинніторкайтеся один одного!
Спостерігайте за двома електродами і визначте, на якому електроді осаджується мідь.
Блок з вимірювальними комірками
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання