Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Виготовлення та використання правильно налаштованого стандартного водневого електрода завжди є дещо складним завданням. З цієї причини виникла потреба в більш простих електродах, за допомогою яких можна було б проводити досить якісні і завжди відтворювані вимірювання потенціалу.
На даний момент дуже корисними виявилися два електроди. Це електрод зі сріблом/хлориду срібла та електрод зі ртуттю/хлориду ртуті (також званий каломельним електродом). Якщо відома точна різниця потенціалів між цими двома електродами і водневим електродом, можна легко визначити стандартні потенціали.
Додаткова інформація для вчителів (1/5)
Попередні знання
Учні вже мають досвід роботи з гальванічними елементами в теорії та на практиці. Вони також повинні самостійно виготовляти водневий електрод (експеримент P7400900).
Принцип
Надійно функціонуючий стандартний водневий електрод завжди дещо незручний у виготовленні та використанні. Альтернативами є електрод зі срібла/хлориду срібла та електрод зі ртуті/хлориду ртуті.
Додаткова інформація для вчителів (2/5)
Мета навчання
У цьому експерименті учні вивчають ще один стандартний електрод (електрод порівняння) - електрод зі срібла/хлориду срібла.
Завдання
Учні повинні виготовити срібний/хлорсрібний електрод і визначити його потенціал у порівнянні зі стандартним водневим електродом.
Додаткова інформація для вчителів (3/5)
Додаткова інформація (1/3)
Виготовлення та використання правильно налаштованого стандартного водневого електрода завжди є дещо складним завданням. З цієї причини виникла потреба в більш простих електродах, за допомогою яких можна було б проводити досить якісні і завжди відтворювані вимірювання потенціалу. На даний момент дуже корисними виявилися два електроди. Це електрод зі срібла/хлориду срібла та електрод зі ртуттю/хлориду ртуті (також званий каломельним електродом).
Короткі назви цих електродів такі:
Якщо відома точна різниця потенціалів між цими двома електродами і водневим електродом, то можна легко визначити стандартні потенціали.
Додаткова інформація для вчителів (4/5)
Додаткова інформація (2/3)
Під час електролізу іони водню або гідронію відновлюються до водню на платиновому електроді:
Це створює простий водневий електрод. На срібному електроді срібло перетворюється на малорозчинний хлорид срібла в процесі окислення.
Хлорид срібла осідає у вигляді суцільного сірого шару на срібному листі, створюючи електрод зі срібла/хлориду срібла.
Додаткова інформація для вчителів (5/5)
Додаткова інформація (3/3)
Якщо під'єднати напівелементи до гальванічного елемента через вольтметр, можна виміряти постійну напругу близько 0,24 В, коли хімічні процеси відбуваються в зворотному напрямку. (Для щойно виготовленого електрода виміряні значення зазвичай дещо вищі. Вони покращуються після того, як електрод зберігається протягом декількох днів у 0,1 молярному розчині розчині .
Оскільки водневий електрод утворює негативний полюс, виміряному потенціалу надається знак "+".
За відповідних умов, тобто з використанням платинового водневого електрода, при температурі 25°C і молярній концентрації розчину хлориду калію 1, точне значення стандартного потенціалу срібного/хлорсрібного електрода становить +0,236 В. Виготовивши такий електрод, можна в будь-який час використовувати його для вимірювання потенціалу замість водневого електрода. Хоча виміряні значення завжди на деяку величину відхиляються від стандартного потенціалу, їх можна легко вирахувати, враховуючи значення власного потенціалу срібного/хлорсрібного електрода.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Розчини сірчаної кислоти концентрації c = 0,5 моль/л і хлориду калію концентрації c = 1,0 моль/л чинять подразнювальну дію.
- 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
Крім водневого електрода, існують інші електроди, які довели свою ефективність для відтворюваних вимірювань потенціалу:
Срібний/хлоридний електрод і ртутний/хлоридний електрод (також званий каломельним). Ці електроди легше виготовити.
У цьому експерименті необхідно перевірити, наскільки точно вони працюють і чи можна їх використовувати для визначення стандартних потенціалів.
Завдання
Виготовте електрод зі срібла/хлориду срібла і визначте його потенціал порівняно зі звичайним стандартним водневим електродом.
Матеріал
| 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 | 2 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 6 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 1 |
| 7 | Наждачний папір, середньозернистий | 01605-00 | 1 |
| 8 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 9 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
| 10 | Платиновий електрод, короткий | 45207-00 | 1 |
| 11 | Лист срібла, 150 x 150 x 0,1 мм, 1 шт (приблизно 25 г) | 31839-04 | 1 |
| 12 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 2 |
| 13 | Пляшка з широким горлом, поліетиленова, 50 мл | 33912-00 | 1 |
| 14 | Плоска батарея, 4,5 В, 3R 12 DIN 40869 | 07496-01 | 1 |
Підготовка необхідних розчинів
Підготовка необхідних розчинів
- Сірчана кислота (0,5 моль/л):Налийте 100 мл дистильованої води в мензурку. Додайте 13,8 мл 96 % сірчаної кислоти та доведіть до 500 мл дистильованою водою.
- Розчин хлориду калію (1 моль/л):Додайте 37,3 г хлориду калію до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
- Розчин нітрату калію (1 моль/л):Додайте 55,5 г нітрату калію до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
Підготовка
Наповніть вимірювальну комірку 1 сірчаною кислотою (c = 0,5 моль/л), а комірку 2 - розчином хлориду калію (c = 1 моль/л) і з'єднайте обидва розчини струмовим ключем, виготовленим зі смужки фільтрувального паперу, змоченої розчином калій нітрату (рис. праворуч).
Накрийте комірки кришками і вставте в комірку 1 платиновий електрод, а в комірку 2 - срібний електрод, виготовлений зі смужки срібного листа (близько 10 мм шириною, 40 мм довжиною).
Підключіть електроди до джерела постійного струму (платиновий електрод до негативного полюса, срібний - до позитивного!) (рис. праворуч).
Заповніть вимірювальні комірки
Виконання роботи
Проведіть електроліз цієї комбінації елементів протягом 3-5 хвилин при напрузі 4-5 В. Потім від'єднайте з'єднання на джерелі напруги і підключіть вимірювальний прилад (встановіть діапазон вимірювання 2 В-) (рис. праворуч).
Підключіть платиновий електрод або водневий електрод, який ним став, до роз'єма заземлення вимірювального приладу (негативний полюс), а срібний електрод - до роз'єму для підключення напруги (позитивний полюс) мультиметра.
Виміряйте напругу між цими двома електродами!
Виміряйте напругу між двома електродами
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання