Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Електричну напругу можна вимірювати не тільки між напівелементами з різних металів у їхніх сольових розчинах, а й між однотипними напівелементами, які відрізняються лише концентрацією сольових розчинів. Такі пари однакових напівелементів з різними концентраціями солей називаються "концентраційними рядів (ланцюгами)".
Вимірювана напруга таких рядів (ланцюгами) відповідає закону, який знайшов своє математичне вираження у так званому "рівнянні Нернста".
Додаткова інформація для вчителів (1/5)
Попередні знання
Учні вже повинні вміти визначати стандартні потенціали та виготовляти необхідні електроди.
Принцип
Електричні напруги можна виміряти не тільки між напівелементами з різних металів у їхніх сольових розчинах, а й між напівелементами одного типу, які відрізняються тільки концентрацією їхніх сольових розчинів.
Додаткова інформація для вчителя (2/5)
Інша інформація про вчителів (2/5)
Мета навчання
Учні дізнаються, що електричну напругу можна також виміряти між двома однаковими напівоелементами та як використовувати рівняння Нернста. Вводиться термін "концентраційний ряд (ланцюг)".
Завдання
Необхідно виготовити напівелементи срібло/нітрат срібла, концентрації іонів срібла в яких відрізняються одна від одної в десять разів. Вимірюються напруги між можливими комбінаціями цих напівелементів. Їх оцінка призводить до виведення рівняння Нернста.
Додаткова інформація для вчителя (3/5)
Інша інформація про вчителів (3/5)
Інша інформація (1/3)
Процеси на електродах:
Процес окислення (анод):
процес відновлення (катод):
Якщо елемент складається з двох однакових напівелементів, які відрізняються лише концентрацією, такий елемент також називають концентраційним (окремий випадок гальванічного елемента). Зазвичай у напівелементі з меншою концентрацією атоми металу окиснюються, тоді як у напівелементі з більшою концентрацією іони металу відновлюються.
Додаткова інформація для вчителя (4/5)
Інша інформація про вчителів (4/5)
Інша інформація (2/3)
З таблиці видно, що напруги або різниці потенціалів (5) цих концентраційних ланцюжків змінюються пропорційно логарифму добутку і (4), а не пропорційно концентрації. Тут (1) - концентрація розчину відновленої форми, (2) - концентрація окисленої форми, (3) - частка (1) і (2):
Додаткова інформація для вчителя (5/5)
Інша інформація про викладачів (5/5)
Інша інформація (3/3)
За допомогою цього можна розрахувати різницю потенціалів концентраційних рядів (ланцюгів) за формулою:
Це співвідношення можна застосувати до моновалентних іонів, наприклад, іонів срібла. Для багатовалентних іонів напруга зменшується зі зростанням валентності . Тоді застосовується:
За допомогою цього рівняння Нернста можна розрахувати потенціали концентраційних ланцюгів.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри.
- 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
Ви вже дізналися, що в сучасному світі ми вже не можемо обійтися без батарейок. Крім того, Ви вже вмієте виготовляти різні електроди.
Досі електричну напругу двох металів вимірювали при однаковій концентрації солі. Однак це працює і навпаки.
У цьому експерименті можна дізнатися, що електричну напругу можна виміряти між подібними напівелементами, які відрізняються лише концентрацією розчинів солей.
Завдання
Виготовте напівелементи срібло/нітрат срібла, концентрації іонів срібла в яких відрізняються одна від одної у десятому степені.
Виміряйте напруги між можливими комбінаціями цих напівелементів. Їх оцінка призводить до виведення рівняння Нернста.
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 | Лист срібла, 150 x 150 x 0,1 мм, 1 шт (приблизно 25 г) | 31839-04 | 1 |
| 9 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 5 |
Підготовка необхідних розчинів
Підготовка необхідних розчинів
- Розчин нітрату срібла (0,1 моль/л): Додайте 8,49 г нітрату срібла до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
- Розчин нітрату срібла (0,01 моль/л): Додайте 50 мл приготованого розчину нітрату срібла (0,1 моль/л) до 450 мл дистильованої води.
- Розчин нітрату срібла (0,001 моль/л): Додайте 50 мл приготованого розчину нітрату срібла (0,01 моль/л) до 450 мл дистильованої води.
- Розчин нітрату срібла (0,0001 моль/л): Додайте 50 мл приготованого розчину нітрату срібла (0,001 моль/л) до 450 мл дистильованої води.
Підготовка (1/2)
Підготовка (1\2)
Заповніть вимірювальні комірки з 1 по 4 зазначеними розчинами нітрату срібла (рис. праворуч).
Почніть з комірки 1 з концентрацією 0,0001 моль/л, у комірку 2 введіть 0,001 моль/л, у комірку 3 - 0,01 моль/I і в комірку 4 - 0,1 моль розчину.
Потім з'єднайте 4 вимірювальні комірки струмовими ключами, виготовленими зі смужок фільтрувального паперу, але цього разу не змоченими в розчині нітрату калію (рис. праворуч).
Замість розчину нітрату калію нехай розчини нітрату срібла з відповідних вимірювальних комірок, що з'єднуються, піднімаються з занурених кінців паперу в смужки, поки вони не зустрінуться посередині.
Заповніть вимірювальні комірки
Підготовка (2/2)
Структура (2/2)
Переконайтеся, що смужки паперу, які перетинаються, знаходяться близько одна до одної, щоб забезпечити добре протікання струму в усіх напрямках.
Не обов'язково накривати вимірювальні комірки кришками. Однак тримайте напоготові склянку з чистою водою для промивання срібних електродів після кожного вимірювання.
Потім підключіть синій з'єднувальний провід до роз'єму заземлення вимірювального приладу (негативний полюс) і червоний з'єднувальний провід до роз'єму для підключення напруги (позитивний полюс) вимірювального приладу. Закріпіть інші кінці з'єднувальних провідників за допомогою затискачів типу "крокодил", які, в свою чергу, утримують срібні електроди.
Експериментальна установка
Виконання роботи
Тепер спочатку виміряйте напругу між відповідними послідовними концентраціями розчину, зануривши електрод, підключений до роз'єму заземлення вимірювального приладу, в розчин з нижчою концентрацією, а інший електрод - у розчин з наступною вищою концентрацією (він завжди утворює позитивний полюс такого концентраційного ряду).
Таким чином, вимірюються і записуються напруги між напівелементами 1 + 2, 2 + 3, 3 + 4. Однак перед тим, як занурювати електроди в наступні більш концентровані розчини, коротко промийте їх у мензурці чистою (дистильованою) водою (струсіть краплі).
Експериментальна установка
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
