Вхід в УЧАН Анонімний форум з обміну зображеннями і жартами.



Додати книгу на сайт:

Скачати одним файлом. Книга: ПЕРЕДМОВА

VIII. ГАЛЬВАНІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЕЛЕКТРОДНІ ПОТЕНЦІАЛИ

1. ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОРУШІЙНИХ СИЛ ГАЛЬВАНІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Для роботи необхідно: акумулятор на 1,2 V – А_к; гальванометр – Г; нормальний елемент Вестона Еп; елемент з невідомою ЕРС – Ех; реохорд АВ; ключ для вмикання К; перемикач на шість клем П; провідники струму; розчини CuSO₄,  ZnSO₄; насичений розчин KCl.

Прилад, в якому відбувається перетворення хімічної енергії в елек-
тричну, називається гальванічним елементом. Його можна  зобразити схе-
мою

ЕРС такого елемента в більшості випадків виміряють двома мето-
дами: ввімкненням у ланцюг чутливого вольтметра або компенсаційним методом. Перший з цих методів має деякі недоліки, зв’язані з проход-
женням через прилад електричного струму. Ці недоліки усуваються при визначенні ЕРС компенсаційним методом, коли через елемент струм не проходить.

Схема установки для вимірювання ЕРС

компенсаційним методом.

Принцип методу компенсації полягає в тому, що до елемента з невідо-
мою ЕРС приєднують інший елемент, ЕРС якого направлена назустріч (джерело струму). При цьому відбувається взаємна компенсація двох електрорушійних сил – досліджуваного елемента і джерела струму.

Схема установки для компенсаційного методу подана на рисунку. Акумулятор АК замкнутий через дротину АВ, що натягується вздовж шкали реохорду довжиною 1 м. Дротина на всій довжині реохорда однорідна і має однаковий переріз, тому спад напруги на одиницю довжини теж однаковий і рівний , а спад напруги на всій довжині реохорда рівний:

,

(1)

де І – сила струму;

r – опір одиниці довжини дротини (питомий опір).

Якщо в коло назустріч акумуляторові ввімкнули елемент з невідомою ЕРС, то, переміщуючи повзунок С по лінійці АВ, можна знайти таке положення, при якому стрілка гальванометра Г стає на нуль.

Це відбувається внаслідок того, що ЕРС гальванічного елемента Е_х точно компенсується різницею потенціалів у межах між точками А і В. Якщо ця різниця потенціалів більша від ЕРС елемента, то стрілка галь-
ванометра відхиляється в одну сторону. Якщо ЕРС гальванічного елемента більша за різницю потенціалів на лінійці, то спостерігається відхилення стрілки гальванометра в протилежну сторону.

Необхідно знати ці два положення, потім зменшувати інтервал між ними до того часу, поки стрілка гальванометра прийме нульове положення.

Якщо гальванометр знаходиться в нульовому положенні, а повзунок на віддалі а_х, тоді

, а .

Із співвідношення

,

знаходимо

.

(2)

Але ЕРС акумулятора невідома і тим більше в процесі роботи вона може змінюватись. Тому перш ніж компенсувати Е_х, в електричне коло замість досліджуваного елементу включають нормальний елемент Вестона Е_N, ЕРС якого відома.

При компенсації Е_N і ЕРС акумулятора одержуємо  певне положення контакта а_N, тоді

.

(3)

Із співвідношення

,

знаходимо

.

(4)

Підставивши рівняння (4) у рівняння (2), знаходимо Е_х ЕРС дослід-
жуваного елементу:

.

(5)

Експериментальна частина роботи виконується у наступному по-
рядку.

По наведеній схемі компенсують спочатку нормальний елемент Вес-
тона, потім мідно-цинковий елемент і тільки після цього каломельно-цинковий. З одержаних даних по формулі (5) розраховують ЕРС дослід-
жуваних елементів.

Із значення ЕРС каломельно-цинкового елементу розраховують по-
тенціал цинкового електроду. Потенціал каломельного електроду по від-
ношенню до цинкового буде позитивним. Значення його в залежності від температури подані  на с. 51.

Величину потенціалу цинкового електроду обраховують, виходячи із співвідношення:

, звідси .

(6)

Результати досліду і розрахункові дані записуються в таблицю:

Елемент	Покази на лінійці	ЕРС	Електродний потенціал
Норм. елемент Вестона
			-ПZn/Zn2+

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВОДНЕВОГО ПОКАЗНИКA ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ

Для роботи необхідно: потенціометр; акумулятор; нормальний еле-
мент Вестона; хінгідронно-каломельний елемент; гальванометр; провідни-
ки; хінгідрон; досліджувані розчини.

Для визначення рН за допомогою хінгідронного електроду користу-
ються хінгідронно-каломельним ланцюгом:

Вимірюють еРС цього ланцюга за допомогою потенціометра. рН розчину розраховують, виходячи з рівняння залежності потенціалу хін-
гідронного електроду від концентрації водневих іонів:

,

або

.

ЕРС хінгідронно-каломельного елементу набуває вигляду:

.

Підставляючи в це рівняння значення П_хін і П_кал, одержуємо:

.

Звідки дістаємо розрахункову формулу:

.

Значення нормального потенціалу хінгідронного електроду – П_Охін, потенціалу насиченого каломельного електроду – П_кал в залежності від температури, а також значення коефіцієнту  беруть з таблиць, які знаходяться у кінці опису.

Для визначення еРС хінгідронно-каломельного елементу до відпо-
відних клем на потенціометрі приєднують: хінгідронно-каломельний еле-
мент, нормальний елемент Вестона, гальванометр і джерело струму. Не-
обхідно пам’ятати, що джерело струму при збиранні електричної схеми підключається останнім. Хінгідронний електрод готують таким чином.

У скляний посуд заливають досліджуваний розчин; туди ж додають хінгідрон до насичення.

Розчин старанно перемішують і опускають платиновий електрод. Приготовлений хінгідронний електрод з’єднують за допомогою солевих містків з каломельним.

Компенсаційна схема потенціометра.

Готовий хінгідронно-каломельний елемент приєднують до приладу, зображеному на рисунку.

Якщо вимірювання проводяться з хінгідронним електродом, то кало-
мельний електрод приєднується до клеми “мінус”, а з водневим – до “плюс”. Перед вимірюванням ЕРС хінгідронно-каломельного ланцюга спо-
чатку проводять наладку потенціометра по нормальному елементу. Для цього ручка вмикача ставиться в положення “НЗ”, а реостатами, вмонто-
ваними в лівій частині приладу, підбирають опір, починаючи з грубої наводки і кінчаючи більш плавною до тих пір, поки стрілка гальванометра покаже відсутність струму. Потім починають визначення ЕРС дослід-
жуваного елементу. Для цього ручку вмикача ставлять в положення “Х” і реостатами, вмонтованими в правій частині приладу (починаючи з ручки 0,1 і закінчуючи 0,001 В), підбирають такий опір, при якому стрілка галь-
ванометра покаже відсутність струму, тобто стане на нуль.

Cумарне значення показів кожного реостату відповідає значенню ЕРС хінгідронно-каломельного елемента. Маючи значення ЕРС хінгідронно-каломельного електрода, по розрахунковій формулі вираховують величину водневого показника.

Результати досліду записують у табл. 1.

Таблиця 1

Дослід. р-н	Покази потенціо-метра, В	ПОхін, В	Пкал, В		рН

Значення потенціалу насиченого каломельного електроду при різних температурах наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Темпера- тура, К	Потен-ціал, В	Темпера- тура, К	Потен-ціал, В	Темпера-тура, К	Потен-ціал, В
286	0,32	289	0,2517	292	0,2425
287	0,2525	290	0,2509	293	0,2488
288	0,2517	291	0,2503	294	0,2458

Значення потенціалу нормального хінгідронного електроду при температурі від 281 до 301 К наведені в табл. 3.

Таблиця 3

Температура, К	ПОхін, В	Температура, К	ПОхін, В
281	0,6866	292	0,6948
282	0,6874	293	0,6955
284	0,6888	294	0,6970
285	0,6896	295	0,6977
286	0,6903	296	0,6985
287	0,5911	297	0,6992
288	0,6918	298	0,6999
289	0,6925	299	0,7007
290	0,6933	300	0,7011
291	0,6940	301	0,7022

Значення для різних температур наведені в табл. 4.

Таблиця 4

Т, К		Т, К
283	0,0561	294	0,0583
284	0,0563	295	0,0585
285	0,0565	296	0,0587
286	0,0567	297	0,0589
287	0,0569	298	0,0591
288	0,0571	299	0,0593
289	0,0573	300	0,0595
290	0,0575	301	0,0597
291	0,0577	302	0,0599
292	0,0579	303	0,0601
293	0,0581	–	–

3. ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ рН, РОЗРАХУНОК КОНСТАНТИ ДИСОЦІАЦІЇ СЛАБКОЇ КИСЛОТИ

Потенціометричний метод визначення рН розчину слабкої кислоти дає можливість розрахувати константу дисоціації. Якщо для досліду взяти слабку кислоту , то відомий математичний вираз закону розведення Оствальда:

можна замінити  рівністю: ,

де К – константа дисоціації кислоти;

a – ступінь дисоціації;

с(х) –  молярна концентрація кислоти.

Молярна концентрація йонів водню в розчині слабкої кислоти зв’я-
зана з ступінню дисоціації і константою дисоціації відношенням:

.

Логарифмуючи рівність , одержуємо

.

Звідси .

Виконання роботи полягає у визначенні рН розчину слабкої кислоти з відомою молярною концентрацією. Для вимірювань рекомендується брати розчини з молярною концентрацією від 0,01 моль/л до 0,5 моль/л.

У хімічний стаканчик об’ємом 50 мл наливають 20–30 мл дослід-
жуваного розчину слабкої кислоти. У розчин обережно занурюють елек-
троди, щоб кулька скляного електроду повністю знаходилася у розчині. Вимірюють рН розчину за допомогою рН-метра і розраховують рК за формулою .

Потім за допомогою таблиці антилогарифмів визначають константу дисоціації. Порівняти одержану величину з табличною. Визначити абсо-лютну і відносну похибку.

Книга: ПЕРЕДМОВА

ЗМІСТ

1.	ПЕРЕДМОВА
2.	І. ОБРОБКА ТА ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
3.	ІІ. ПРАВИЛА РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ з ФІЗИЧНОЇ ХІМІЇ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ
4.	ІІІ. АГРЕГАТНИЙ СТАН РЕЧОВИН
5.	I. ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА
6.	V. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА (ПОВЕРХНЕВА ЕНЕРГІЯ, ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ ТА АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ РОЗДІЛУ ФАЗ)
7.	VI. РОЗЧИНИ НЕЕЛЕКТРОЛІТІВ
8.	VII. РОЗЧИНИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ
9.	2. BИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИННОСТІ МАЛОРОЗЧИННИХ СПОЛУК
10.	VIII. ГАЛЬВАНІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЕЛЕКТРОДНІ ПОТЕНЦІАЛИ
11.	ІХ. ХІМІЧНА КІНЕТИКА І КАТАЛІЗ
12.	Х. ФІЗИКОХІМ ІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ.
13.	ХІ. БІОГЕННІ ЕЛЕМЕНТИ
14.	КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО КОЛОКВІУМІВ
15.	Додатки
16.	Cписок літератури

На попередню



Додати в закладки

  
Переклад Translate