Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Відкриття і подальший розвиток так званих гальванічних елементів, більш відомих як батарейки, має особливо велике значення для людей. Серед іншого, це робить можливим мобільне живлення найрізноманітніших електричних пристроїв, що має значний вплив на наш рівень життя сьогодні. Поєднання різних напівелементів до гальванічних елементів призводить до різних напруг постійного струму. Спостерігаючи за цією різницею напруг, метали можна розташувати в певному порядку, щоб сформувати електрохімічний ряд напруг. Знання порядку розташування металів відповідно до їхніх потенціалів або результуючої різниці потенціалів також дозволяє опосередковано визначати різницю потенціалів між металами без прямого вимірювання.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні мати досвід роботи з гальванічними елементами (елемент Даніеля) в теорії та на практиці. Вони також повинні мати базові уявлення про ряди напруг в електрохімії.
Принцип
Поєднання різних напівелементів у гальванічні елементи призводить до виникнення різних напруг постійного струму. Спостерігаючи за цією різницею напруг, метали можна розташувати в певному порядку, щоб сформувати електрохімічний ряд напруг.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
В ході експерименту учні повинні дізнатися про "електрохімічний ряд напруг" металів.
Завдання
Учні мають сконструювати 4 різні напівелементи з розчинів цинку/сульфату цинку, міді/сульфату міді, свинцю/нітрату свинцю та срібла/нітрату срібла і з'єднати їх один з одним, щоб сформувати гальванічні елементи.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Інша інформація
Виміряні напруги дають певний порядок чотирьох металів за їхньою схильністю до розчинення або за їхнім потенціалом. Найбільшу схильність до переходу в іонний стан має цинк, найменшу - срібло. Тому цинк завжди утворює негативний полюс по відношенню до інших трьох металів, а срібло - завжди позитивний. Свинець і мідь, з іншого боку, змінюють свою полярність залежно від типу металу, з яким вони з'єднуються, утворюючи гальванічний елемент. Відповідно, свинець позитивний до цинку, але негативний до міді та срібла; а мідь позитивна до цинку і свинцю, але негативна до срібла. Знання порядку металів відповідно до їхніх потенціалів або результуючої різниці потенціалів також дозволяє опосередковано визначати різницю потенціалів між металами без прямого вимірювання; як показано на графіку. Наприклад, різниця потенціалів між цинком і сріблом також є результатом суми різниць потенціалів між сріблом і міддю, міддю і свинцем, свинцем і цинком (0,45 В + 0,47 В + 0,63 В = 1,55 В), між сріблом і свинцем, свинцем і цинком (0,92 В + 0,63 В = 1,55 В), і так далі.
Розташування всіх металів у порядку зростання їхніх потенціалів утворює електрохімічний ряд напруг.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягайте захисні окуляри та рукавички.
- Свинець і нітрат свинцю токсичні при вдиханні та прийомі всередину, з ризиком кумулятивного ефекту. Вони також можуть всмоктуватися через шкіру.
- Уникайте будь-якого контакту хімікатів з очима та шкірою.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Експериментальна установка
Важливою віхою для людства стало відкриття і подальший розвиток так званих гальванічних елементів, більш відомих як батарейки.
Поєднання різних напівелементів у гальванічні елементи призводить до виникнення різних напруг постійного струму. Спостерігаючи за цією різницею напруг, метали можна розташувати в певному порядку, щоб сформувати електрохімічний ряд напруг.
Знання порядку розташування металів відповідно до їхніх потенціалів або результуючої різниці потенціалів також дозволяє визначити різницю потенціалів між металами опосередковано, без прямого вимірювання.
Завдання
Зробіть 4 різні напівелементи з цинку/розчину сульфату цинку, міді/розчину сульфату міді, свинцю/розчину нітрату свинцю та срібла/розчину нітрату срібла і об'єднайте їх, щоб сформувати гальванічні елементи.
За допомогою виміряних напруг постійного струму можна визначити порядок розташування у певній послідовності 4-х металів.
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 1 |
| 4 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 6 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 7 | Наждачний папір, середньозернистий | 01605-00 | 1 |
| 8 | Лист срібла, 150 x 150 x 0,1 мм, 1 шт (приблизно 25 г) | 31839-04 | 1 |
| 9 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 4 |
| 10 | Пляшка-крапельниця, пластик, 50 мл | 33920-00 | 1 |
| 11 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 12 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
Підготовка необхідних розчинів
Підготовка необхідних розчинів
- Розчин сульфату міді (0,1 моль/л): Додайте 7,95 г сульфату міді до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до 500 мл.
- Розчин сульфату цинку (0,1 моль/л): Додайте 8,05 г сульфату цинку до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до 500 мл.
- Розчин нітрату калію (1 моль/л): Додайте 55,5 г нітрату калію до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до 500 мл.
- Розчин нітрату свинцю (0,1 моль/л): Додайте 16,6 г нітрату свинцю до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до 500 мл.
- Розчин нітрату срібла (0,1 моль/л): Додайте 8,49 г нітрату срібла до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до 500 мл.
Підготовка
Заповніть 0,1 молярними розчинами вимірювальні комірки з 1 по 4 (рис. праворуч).
З'єднайте 4 вимірювальні комірки струмовими ключами, виготовленими зі смужок фільтрувального паперу, змочених розчином нітрату калію і покладених навхрест одна на одну, як показано на рис. 1. Потім накрийте вимірювальні комірки кришками і вставте відповідні електроди.
Встановіть вимірювальний прилад (мультиметр) на діапазон вимірювання 2 В-. Тепер підключіть роз'єм заземлення вимірювального приладу (негативний полюс) до цинкового електрода, а роз'єм для підключення напруги (позитивний полюс) послідовно до свинцевого, мідного та срібного електродів.
Заповніть 0,1 молярними розчинами вимірювальні комірки з 1 по 4
Виконання роботи
Зверніть увагу на напруги, що відображаються. Вони будуть наступного порядку величини з невеликими відхиленнями:
Після цих вимірювань підключіть роз'єм заземлення вимірювального приладу до свинцевого електрода і виміряйте напругу на мідному і срібному електродах.
1
| З'єднання електродів | Напруга, В |
|---|---|
| Zn/Pb | 0,63 |
| Zn/Cu | 1,10 |
| Zn/Ag | 1,55 |
| З'єднання електродів | Напруга, В |
|---|---|
| Pb/Cu | 0,47 |
| Pb/Ag | 0,92 |
2
Нарешті, підключіть мідний електрод до роз'єм заземлення і виміряйте напругу на срібному електроді.
3
| З'єднання електродів | Напруга, В |
|---|---|
| Cu/Ag | 0,45 |
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання