Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Відомо, що іони феруму (ІІІ) можуть бути відновлені до іонів феруму (ІІ) за допомогою відповідних відновників. Рушійну силу такої іонної трансформації можна також виміряти як стандартний потенціал відповідним чином сконструйованого гальванічного елемента.
На додаток до електрода порівняння (наприклад, стандартного водневого електрода або срібного/хлорсрібного електрода) потрібен електрод, який не бере участі в реакції між іонами феруму, а лише слугує для подачі електронів, так званий інертний електрод. Таким електродом може бути платиновий електрод або, як показано в цьому експерименті, вугільний електрод.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні вже мали виготовити водневий електрод та електрод зі срібла/хлориду срібла для визначення стандартного потенціалу.
Принцип
При використанні відповідних відновників іони феруму(III) можуть бути відновлені до іонів феруму(II).
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
Учні вчаться працювати зі стандартними потенціалами. Крім того, більш детально розглядається термін "окисно-відновна пара".
Завдання
Учні повинні сконструювати гальванічні елементи, кожен з яких складається з електрода порівняння та напівелемента, в якому вугільний електрод занурений у суміш розчину з іонами та . Водневий електрод (простий) та срібний/хлорсрібний електрод мають бути використані як електроди порівняння. Потенціали цих електродів необхідно виміряти.
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Додаткова інформація (1/2)
Відомо, що іони феруму(ІІІ) можуть бути відновлені до іонів феруму(ІІ) за допомогою відповідних відновників. Рушійну силу такої іонної трансформації можна також виміряти як стандартний потенціал відповідним чином сконструйованого гальванічного елемента. На додаток до електрода порівняння (наприклад, стандартного водневого електрода або срібного/хлорсрібного електрода) потрібен електрод, який не бере участі в реакції між іонами заліза, а лише слугує для подачі електронів, так званий інертний електрод. Таким електродом може бути платиновий електрод або, як показано в цьому експерименті, вугільний електрод.
На негативному полюсі (водневий електрод або електрод із срібла/хлориду срібла) водень у присутності води окислюється до іонів гідронію або срібло перетворюється на хлорид срібла.
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Додаткова інформація (2/2)
(Анод)
На позитивному полюсі (графітний електрод) іони відновлюються до іонів .
Табличне значення стандартного потенціалу цього іонного перезаряду становить +0,771 В по відношенню до водню і +0,535 В по відношенню до срібного/хлоридсрібного електрода.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Розчини хлориду калію та сульфату цинку 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
Окрім водневого електрода, існують й інші електроди, які виявилися корисними для відтворюваних вимірювань потенціалу.
Одним з них є електрод зі срібла/хлориду срібла, з яким Ви будете працювати в цьому експерименті. Ви також дізнаєтеся про термін "окисно-відновна пара".
Завдання
Побудуйте гальванічні елементи, кожен з яких складається з електрода порівняння та напівелемента, у якому графітний електрод занурено в суміш розчинів, що містять іони та .
Водневий електрод (простий) та срібний/хлорсрібний електрод мають бути використані як електроди порівняння. Потенціали цих електродів необхідно виміряти.
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 | 1 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 6 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 7 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
| 8 | Графітовий електрод, d=5, l=150, 6 шт. | 44510-00 | 1 |
| 9 | Платиновий електрод, короткий | 45207-00 | 1 |
| 10 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 3 |
| 11 | 33920-00 | 1 | |
| 12 | 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.
- Розчин сульфату феруму(II) (c = 0,2 моль/л): Додайте 15,2 г сульфату заліза(II) до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
- Розчин хлориду феруму(III) (c = 0,2 моль/л):Додайте 16,2 г хлориду заліза(III) до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
Підготовка
Заповніть вимірювальні комірки 1 і 3 блоку вимірювальних комірок сульфатною кислотою (c = 0,5 моль/л), вимірювальну комірку 2 - сумішшю рівних частин розчину заліза(II) сульфату (c = 0,2 моль/л) і заліза(III) хлориду (c = 0,2 моль/л), а вимірювальну комірку 4 - розчином калій хлориду (c = 1 моль/л) (мал. праворуч).
З'єднайте комірки струмовими ключами, виготовленими зі смужок фільтрувального паперу, змочених розчином калій нітрату, накрийте кришками і вставте платиновий електрод у комірку 1, вугільний електрод у кожну з комірок 2 і 3 та хлорсрібний електрод у комірку 4 (рис. праворуч).
Заповніть вимірювальні комірки
Виконання роботи
Тепер під'єднайте платиновий електрод до негативного полюса, а вугільний електрод напівелемента 3 до позитивного полюса джерела постійної напруги (плоска батарея 4,5 В або трансформатор з випрямлячем) і проведіть електроліз протягом 3-5 хвилин при напрузі близько 4-5 В. Цей електроліз використовується для виготовлення спрощеного водневого електрода в напівелементі 1.
Потім під'єднайте платиновий електрод до роз'єму заземлення вимірювального приладу, а вугільний електрод з напівелемента 2 до роз'єму для підключення напруги мультиметра і зчитайте напругу, що відображається на вимірювальному приладі. Потім відключіть з'єднання на платиновому електроді і замість нього підключіть хлорсрібний електрод у напівкомірці 4 (рис. праворуч).
Підключіть платиновий електрод до роз'єму заземлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Яке рівняння реакції анода?
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання