Інформація для вчителів
Застосування
Перший гальванічний елемент описав 1799 року італійський фізик граф Алессандро Вольта. Цей так званий елемент Вольта, тобто комірка Вольта, теж є мідно-цинковим елементом. На відміну від розробленого пізніше елемента Даніеля, у комірці Вольта обидва металеві електроди перебувають разом в одному розчині електроліту з розведеної сірчаної кислоти.
Завдяки порівняно простій будові багато таких елементів можна було компактно з'єднувати послідовно. Ці батареї з кількох елементів Вольта, відомі як вольтові стовпи, застосовували для створення високих напруг.
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають уже мати досвід роботи з гальванічними елементами (елемент Даніеля) в теорії та на практиці. Крім того, вони мають уже знати, що таке послідовне з'єднання.
Принцип
«Елемент Вольта», тобто «комірка Вольта», - це також мідно-цинковий елемент, але на відміну від розробленого пізніше елемента Даніеля тут обидва металеві електроди перебувають разом в одному розчині електроліту з розведеної сірчаної кислоти.
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
Цим дослідом учні розширюють свої знання з електрохімії й знайомляться ще з одним гальванічним елементом - елементом Вольта.
Завдання
Учні мають зібрати два елементи Вольта. На них вимірюють напругу окремої комірки й напругу після послідовного з'єднання. За короткого замикання електродів вони спостерігають особливості виділення водню.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Цинк реагує з розведеною сірчаною кислотою за таким рівнянням реакції:
\(
\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} + 2 \text{e}^- + 2 \text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} + \text{H}_2 \uparrow
\)
Цинк при цьому переходить у йонний стан (окиснення). 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) по дроту до мідного електрода й відновлюють там йони Гідрогену до молекулярного водню.
Мідь натомість за цих умов із розведеною сірчаною кислотою не реагує.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Якщо ж натомість між обидва метали ввімкнути високоомний вольтметр, то тектиме лише дуже мало електронів. Відновлення йонів Гідрогену 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 тонким шаром на мідному електроді й екранує його від подальших йонів Гідрогену, напруга падає нижче за теоретичну різницю потенціалів . При цьому напруга може впасти приблизно до .
Точніше пояснення дає дослід «Виготовлення спрощеного водневого електрода» (P7400869).
Інша інформація для вчителя (5/5)
Розчин можна приготувати спільно на всіх, щоб заощадити хімічні реактиви!
Опційно сірчана кислота : налий у мензурку дистильованої води. Піпеткою додай 96-відсоткової сірчаної кислоти й доведи дистильованою водою до .
За такого розміру наважки можна використати мензурку на . Її ви знайдете в інтернет-крамниці 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
Комірка Вольта була першим працездатним гальванічним елементом; її розробив ще 1799 року Алессандро Вольта. Її проста будова дає змогу з'єднувати кілька комірок послідовно й так створювати вищу електричну напругу. Така конструкція стала відомою як «вольтів стовп» і була важливим кроком у розвитку джерел електричної енергії.
У сьогоднішньому досліді ви дослідите, як завдяки хімічним реакціям виникає електрична енергія. Ви зберете комірки Вольта, виміряєте напругу окремої комірки й поспостерігаєте, як змінюється напруга при послідовному з'єднанні. Так ви дослідите основний принцип сучасних батарей.
Завдання
Збери два елементи Вольта.
Виміряй напругу окремої комірки.
З'єднай обидві комірки послідовно й виміряй загальну напругу.
Створи коротке замикання електродів і поспостерігай за виділенням газу.
Обладнання
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 спільно на всіх, щоб заощадити хімічні реактиви!
Опційно сірчана кислота : налий у мензурку дистильованої води. Піпеткою додай сірчаної кислоти й доведи дистильованою водою до .
Постав 2 мензурки у блок вимірювальних комірок і налий у кожну приблизно сірчаної кислоти (рис. праворуч).
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: синє (цинк, мінус) завжди до синього (чорного), а червоне (мідь, плюс) - завжди до червоного!
З'єднай затискачі «крокодил» із металевими електродами (мідною й цинковою пластинами), а провідники через перехідний штекер - із давачем Cobra SMARTsense Voltage.
Виконання (1/4)
- 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 (2/4)
Занур обидва електроди одночасно в сірчану кислоту (див. рисунок). Електроди при цьому неповинні торкатись одне одного!
Занотуй виміряну напругу!
Виконання (3/4)
Тепер занур і в другу мензурку цинковий та мідний електроди, а потім з'єднай обидві комірки Вольта послідовно (див. рисунок).
Виміряй напругу цієї комбінації.
Виконання (4/4)
Створи коротке замикання в одній комірці, для чого:
a) з'єднай мідний і цинковий електроди безпосередньо дротом (рис. угорі), або
b) дай обом електродам безпосередньо торкнутись одне одного (рис. унизу).
Поспостерігай за виділенням газу на електродах, особливо на мідному електроді. Який газ тут утворюється?
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання