Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Електрохімічні ряди (ланцюги), в яких електроди відрізняються тільки активністю (концентрацією) учасників електродної реакції, називаються концентраційними ланцюгами. У таких рядах напруга тим вища, чим більше відрізняються концентрації розчинів у напівелементах один від одного. На концентраційному ряду, що складається з двох абсолютно однакових напівелементів, наприклад, мідних електродів у 0,1 М розчині сульфату міді, не можна виміряти напругу. Однак, якщо до розчину одного з напівелементів додати іони, які утворюють малорозчинну сполуку з ефективним іоном металу розчину (наприклад, або йодид-іони, які іноді реагують з утворенням малорозчинного купрум(І) йодиду), деякі з іонів металу випадають в осад. У результаті утворюється велика різниця в концентрації між двома розчинами напівелементів, що збільшує напругу концентраційного ряду.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні вже повинні вміти визначати стандартні потенціали та виготовляти необхідні електроди. Вони також мають знати термін "концентраційний ряд (ланцюг)".
Принцип
У концентраційних рядах напруга тим вища, чим більше відхиляються одна від одної концентрації розчинів у напівелементах.
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
Учні мають дізнатися, до яких наслідків призводить зміна напруги концентраційного ряду (ланцюга), наприклад, випадання осаду.
Завдання
Необхідно побудувати гальванічний елемент з однакових мідних напівелементів. Після підключення вольтметра необхідно капати концентрований розчин аміаку в мідний розчин одного з напівелементів доти, доки вимірювана напруга не досягне певного максимального значення.
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Додаткова інформація (1/3)
У концентраційних рядах напруга тим вища, чим більше відрізняються одна від одної концентрації розчинів у напівелементах. Не можна виміряти напругу на концентраційному ланцюзі, що складається з двох абсолютно однакових напівоелементів, наприклад, мідних електродів у 0,1 М розчині сульфату міді. Однак, якщо до розчину одного з напівелементів додати іони, які утворюють малорозчинну сполуку з ефективним іоном металу розчину (наприклад, або йодид-іони, які іноді реагують з утворенням малорозчинного купрум(І) йодиду), деякі з іонів металу випадають в осад.
У результаті утворюється більш-менш велика різниця концентрацій між двома розчинами напівелементів, що збільшує напругу концентраційного ряду. Навіть якщо в один із розчинів концентраційного ряду додається комплексоутворювач (наприклад, до ), ефективна концентрація іонів знижується внаслідок утворення комплексу. Це також призводить до збільшення напруги.
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Додаткова інформація (2/2)
При додаванні аміаку до розчину сульфату міді утворюється темно-синій тетрамінний комплекс міді згідно з рівнянням,
+
в якому зв'язаний активний іон міді. Це призводить до того, що іони міді випадають, утворюючи потенціал, який еквівалентний зменшенню концентрації. Зі зменшенням кількості іонів міді напруга зростає. При напрузі трохи більше 400 мВ досягається стан рівноваги комплексоутворення, так що концентрація іонів міді більше не може бути зменшена, незважаючи на подальше додавання аміаку. Відомо, що зміна напруги в концентраційних рядах у десять разів має значення (0,058/n) В (при 20 °C).
0,420 : 0,029 = 14048, виходить, що під час експерименту концентрація іонів міді зменшилася приблизно в 14 разів.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Концентрований розчин аміаку має корозійну дію, з розчину піднімаються пари з різким запахом.
- 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 знаєте, що відбувається, коли складаються концентраційні ряди (ланцюжки) з металами, в яких концентрації розчинів відрізняються. Але як бути, коли концентрації розчинів відрізняються ще більше?
У концентраційних рядах напруга тим вища, чим більше відрізняються одна від одної концентрації розчинів у напівелементах. Не можна виміряти напругу на концентраційному ряді, що складається з двох абсолютно однакових напівелементів, наприклад, мідних електродів у 0,1 молярному розчині сульфату міді.
Завдання
Побудуйте гальванічний елемент з однакових мідних напівелементів.
Після підключення вольтметра необхідно капати концентрований розчин аміаку на мідний розчин одного з напівелементів доти, доки вимірювана напруга не досягне певного максимального значення.
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 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 7 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 8 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
| 9 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 2 |
| 10 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
Підготовка
Розчин сульфату міді (0,1 моль/л):Додайте 7,95 г сульфату міді до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть об'єм дистильованою водою до 500 мл.
Заповніть вимірювальні комірки 1 і 2 0,1 молярним розчином сульфату міді (рис. праворуч).
Потім з'єднайте обидві вимірювальні комірки струмопровідним ключем зі смужки фільтрувального паперу, також змоченого 0,1 молярним розчином мідного купоросу (просто дайте розчинам підніматися з кінців паперу, поки вони не зустрінуться в середині смужки).
Накрийте вимірювальну комірку 1 кришкою. Вимірювальна комірка 2, з іншого боку, залишається відкритою.
Заповніть вимірювальні комірки
Виконання роботи
Тепер підключіть два мідні електроди до вимірювального приладу (діапазон вимірювання на 2 В-) і вставте електрод, підключений до до роз'єму живлення (= підключення з позитивним полюсом), у вимірювальну комірку 1, а інший електрод - у вимірювальну комірку 2.
Виміряйте напругу.
Тепер повільно додайте концентрований розчин аміаку (25%) до розчину мідного купоросу в комірці 2 за допомогою піпетки і злегка перемішайте електродом.
Продовжуйте додавати аміак до тих пір, поки напруга не перестане змінюватися. У розчині сульфату міді одразу ж утворюється темно-синій комплекс тетраміну міді.
Напруга продовжує зростати після кожної краплі аміаку. Нарешті, вона досягає свого найвищого значення трохи більше 400 мВ, яке практично не змінюється при подальшому додаванні аміаку.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання