Цел: на разположение на опита с зависимостта на редокс свойствата на металите на тяхната позиция в електрохимичните серия стрес.
Оборудване и материали: тръби, притежателите епруветка, алкохол лампа, филтърна хартия, пипети, 2N. разтвор на солна киселина и H 2SO 4. Концентриран H2 SO4. разрежда се и се концентрира HNO3. 0.5М разтвори на CuSO4. Pb (NO3) 2 или Pb (CH3 COO) 2; парчета метал алуминий, цинк, желязо, мед, калай, желязо кламери, дестилирана вода.
Химичната природа на всеки метал е до голяма степен се дължи на факта, тъй като е лесно да се окислява, т.е. колко лесно неговите атоми са в състояние да се движи в състояние на положителните йони.
Метали, които проявяват слаб способност да се окислят, се наричат не-ценно. Метали, които се окисляват с голяма трудност, се наричат благородни.
Всяка метал се характеризира със специфична стойност на стандартната потенциал електрод. За стандарт потенциал й 0 на металния електрод се взема EMF електрохимична клетка, съставена от стандартен водороден електрод се намира в ляво, и метална плоча се поставя в разтвор на метална сол и активността (в разредени разтвори може да се използва концентрация) на метални катиони в разтвора трябва прилеп е равно на 1 мол / л; Т = 298 К; р = 1 атм. (Standard състояние). Ако условията на реакцията са различни от стандарта, е необходимо да се вземе предвид зависимостта на потенциала на електрода от концентрацията (повече дейности) метални йони в разтвор и температурата.
Зависимостта на потенциала на електрода от уравнението Нернст изразява концентрацията, която се прилага към системата:
Може ли да се запише по следния начин:
,
където - стандартната потенциал електрод, V;
R - константа газ;
F - Фарадей константа ( "96 500 С / мол);
п - номер на електрони, участващи в процеса;
АМЕ п + - активност на метални йони в разтвора в мол / л.
Като стойността на Т = 298К получи
където активността в разредени разтвори могат да бъдат заменени с концентрация йон, изразено в мол / л.
С метали, за увеличаване на степента на стандартни електроди с техните потенциали от 0 й съответните възстановяване полу-реакция, получават редица метали напрежения (брой стандартни електродни потенциали). Същият брой се поставя стандартен електрод потенциал на водород е настроен на нула, за система, при която методът се провежда:
В този случай, стандартните електродни потенциали на благородни метали имат отрицателна стойност, и благородните - положително.
Електрохимично серия от метали напрежения
Тази серия описва способността на окисление-редукция "метал - метален йон" система във воден разтвор при стандартни условия. Лявата подреждане в електрохимичната серия метал (по-малките J 0), толкова повече е силен редуциращ агент, и по-лесно металните атоми дари електрони, се превръща в катиони, катиони на метала, но по-трудно да се прикрепят електрони, се превръща в неутрални атоми.
Redox реакции, включващи метали и метални катиони са в посоката, в която металът с нисък потенциал електрод е редуциращо средство (т.е., окислени) и метални катиони с голям потенциал електрод - оксиданти (т.е., възстановен). В тази връзка, за електрохимично серия от метали напрежения характеризират със следните модели:
1. Всяка от разтвора на метални соли измества всички други метали, правото обърната това в електрохимичната серия от метали напрежения.
2. всички метали, които в електрохимичните серия напрежения са оставени водород изместват водород от разредени киселини.
Методологията на тестовете
Експеримент 1: Свързване на метали с солна киселина.
Четирите тръби изсипва 2 - 3 мл солна киселина и се поставят върху лист от алуминий, цинк, желязо и мед отделно. Коя от комбинираните метали измества водород от киселина? Напиши реакция уравнения.
Експеримент 2: Свързване на метал със сярна киселина.
Долната желязо парче тръба и се добавя 1 мл от 2N. сярна киселина. Това, което се наблюдава? Повторете експеримента с парче мед. дали реакцията протича?
Проверка на действието на концентрирана сярна киселина на желязо и мед. Обяснете на наблюденията. Напиши всички реакционни уравнения.
Експеримент 3: Реакцията на мед с азотна киселина.
Въведена в две тръби от парче от мед. В един от тях да се излее 2 мл разредена азотна киселина, във втората - конц. Ако е необходимо, тръбите да се стоплят по дух. Какво газ се формира в първата тръба, и втори? За да запишете реакциите.
Експеримент 4: Взаимодействие със соли на метали.
Излива се в тръба 2 - 3 мл разтвор на меден сулфат (II) и долната част на желязо. Какво става? За да повторите опита си, заменяйки желязо проводник с парче цинк. Напиши реакция уравнения. Излива се в 2 ml флакон ацетат или олово разтвор нитрат (II) и долната част на цинк. Какво става? Напишете уравнението на реакцията. Посочете окислител и редуктор. Дали реакцията протича, ако цинк замени мед? За да се даде обяснение.
11.3 необходимото ниво на подготовка на учениците
1. За да се запознаят с концепцията за стандартен потенциал електрод, имат представа за размерите му.
2. За да може да се използва уравнението на Нернст за определяне на потенциала на електрода в условия, различни от стандарта.
3. Знайте брой метална подчертава, че това е характерно.
4. За да може да се използват редица метали напрежения да се определи посоката на редокси реакции, включващи метали и техните катиони, както и метали и киселини.
Задачи за самоконтрол
1. Какво маса технически желязо, съдържащ 18% от примеси се изисква за изместване на разтвора на никелов сулфат (II) 7,42 г никел?
2. разтвор на сребърен нитрат се пропуска медна плоча 28 гр. Тегло плака се отстранява, obmyta, изсушава се и се претегля в края на реакцията. масата му е 32.52 грама Какво маса на сребърен нитрат е разтвор?
3. Определяне на стойността на потенциала на електрод от мед потапя в 0.0005 М разтвор на меден нитрат (II).
4. потенциал електрод на цинк, потопени в 0.2 М разтвор на ZnSO4. е 0.8 V. определи видимата дисоциационна степен разтвор ZnSO4 в споменатата концентрация.
5. Изчислете потенциала на водороден електрод, когато концентрацията на водородните йони в разтвор (Н +) 3,8 • 10 -3 мол / л.
6. Изчислете потенциал желязо електрод спадна до разтвор, съдържащ 0.0699 гр FeCI2 0.5 л.
7. Какво се нарича стандартен електрод потенциала на метала? Какво уравнение изразява зависимостта на електрода потенциали на концентрацията?
Лаборатория № 12
Цел: Оценка на опита с принципите на електрохимичната клетка, овладяване EMF метод за изчисление на електрохимични клетки.
Оборудване и материали: медни и цинкови плочи, свързани с проводници, медни и цинкови плочи, свързани с проводници медни плочи, шкурка, волтметър 3 чаши 200-250 мл. мерителен цилиндър, статив с фиксиран в него U а - тръба форма, разтвор на сол мост на 0.1 М меден сулфат, цинков сулфат, натриев сулфат, 0.1% разтвор на фенолфталеин в 50% етанол.
Галванична клетка - източник на химически ток, т.е. устройството произвежда електрическа енергия чрез пряко преобразуване на химическата енергия на окислително-редукционна реакция.
Електрическият ток (насочено движение на заредени частици) се предава на настоящите проводници, проводниците са разделени на първия и втория вид.
Проводниците от първия тип на поведение ток електроните им (електрон проводник). Те включват всички метали и техните сплави, графит, въглен, както и някои твърди окиси. Електропроводимостта на проводниците е в обхвата от 10 2 до 10 6 ома -1 cm -1 • (например въглища - 200 ома -1 • cm -1 • сребро 6 10 ома -1 • cm -1 май.).
Вторият вид проводници провеждат електричество техните йони (йонни проводници). Те се характеризират с ниска проводимост (например, Н2 О - 4 • 10 -8 ома -1 • cm1).
С комбинацията от проводници от първия и втория тип електрод се образува. Това най-често е метал, потопени в собствената си физиологичен разтвор.
Когато метална плоча е потопен във вода, металните атоми са разположени в повърхностния слой под действието на полярни водните молекули хидратирани. В резултат на хидратация и термична връзка движение с кристална решетка им се намалява и брой атоми, се извършва по хидратни йони в течен слой в съседство към металната повърхност. Плакет е заредена с отрицателен:
Когато Ме - метален атом; Me п + • п Н2 О - хидратирана метален йон; д - - електрон, п - заряда на метален йон.
състояние равновесие зависи от метал активност и на концентрацията на йони в разтвор. В случая на реактивни метали (Zn, Fe, Cd, Ni) взаимодействие с полярни молекули на отделяне на водата от крайната повърхност на положителни йони и преходни метални йони в хидратирана разтвор (Фиг. 1А). Този процес на окисляване. Тъй като концентрацията на катиони на повърхността се увеличава скоростта на обратната процес - намаляване на металните йони. В крайна сметка, двата процеса изравнени скорост, е установено равновесие, в която в разтвор-метала електрически двоен слой метал с определена стойност на потенциала.
Фиг. 1. Схематично потенциал вид електрод
Когато металът не е потопен във водата, и в равновесие метална сол разтвор измества наляво, т.е. в посока на предаване на йони от разтвора към металната повърхност. Това установява ново равновесие вече е на различен потенциал на метала.
За много малък неактивен метал равновесие концентрация на метални йони в чиста вода. Ако такъв метал се потапя в разтвор на сол, металните катиони се отделят от разтвора на по-висока скорост от скоростта на преминаване метални йони от разтвора. В този случай металната повърхност ще получи положителен заряд и разтворът - отрицателен поради излишък аниони сол (Фигура 1 б.).
По този начин, когато металът е потопен във вода или в разтвор, съдържащ йони на метал, електрически двоен слой е оформен като определен потенциална разлика при фазова металната повърхност разтвор. Потенциалът на електрод зависи от естеството на метала, неговата концентрация на йони в разтвор и температурата.
Абсолютната стойност на електрод потенциал й индивидуален електрод не може да бъде определена експериментално. Въпреки това е възможно да се измери потенциална разлика между два химически различни електроди.
Условия вземат стандартната потенциал водороден електрод равна на нула. Стандартна водороден електрод е платина плоча, порести платина покритие потопен в разтвор на киселина с водороден йон активност на 1 мол / литър. Електродът се промива с водороден газ при налягане 1 атм. и температура от 298 К. Равновесието е установено:
За стандарт потенциал й 0 на металния електрод се приема електромагнитни полета на клетката, състоящ се от стандартен водороден електрод и метална плоча се поставя в разтвор на метална сол и активността (в разредени разтвори може да се използва концентрация) на метални катиони в разтвора трябва да бъде равно на 1 мол / л ; Т = 298 К; р = 1 атм. (Standard състояние). Стойността на стандартната потенциал електрод винаги е посочен като полу-реакция възстановяване:
Me п + + п е - → Me
С метали, за увеличаване на степента на стандартни електроди с техните потенциали от 0 й съответните възстановяване полу-реакция, получават редица метали напрежения (брой стандартни електродни потенциали). Същият брой поставя стандарт потенциал електрод на системата, е настроен на нула:
J зависимостта на потенциала на електрод на метала на температурата и концентрацията (активност) се определя от уравнението Нернст, който се прилага в системата:
Може ли да се запише по следния начин:
,
където - стандартната потенциал електрод, V;
R - константа газ;
F - Фарадей константа ( "96 500 С / мол);
п - номер на електрони, участващи в процеса;
АМЕ п + - активност на метални йони в разтвора в мол / л.
Като стойността на Т = 298К получи
където активността в разредени разтвори могат да бъдат заменени с концентрация йон, изразено в мол / л.
EMF всяка електрохимична клетка може да бъде определено като разлика на потенциалите на електрода на катода и анода:
отрицателен полюс елемент наречен анода, е процес на окисление:
Me - СИ - → Me п +
Положителния полюс се нарича катод, това е процесът на възстановяване:
Клетката може да се запише схематично, те спазват определени правила:
1. Електродът се оставя да се записва в метал последователност - йон. Електродът се записва в правилната последователност йон - метала. (-) Zn / Zn 2+ // Си2 + / Си (+)
2. реакции, проявяващи се в лявата електрод се отчитат като окислител и реакцията на полето електрод - като заместител.
3. Ако EMF елемент> 0, то клетката ще работи спонтанно. Ако ЕВФ <0, то самопроизвольно будет работать обратный гальванический элемент.
Методологията на опита
Експеримент 1. Получаване на мед-цинков галванична клетка
Вземи в лаборатория на необходимото оборудване и реактиви. Чашата се изсипва 200 мл 100 мл 0.1 М разтвор на меден сулфат (II), и по-ниски в медна плоча свързан към проводника. Вторият стъклото изсипва същия обем от 0.1 М разтвор на цинков сулфат и след това понижаване на цинк плоча свързан към проводника. Плаките трябва да бъде предварително почистват с шкурка. Получаване на лабораторна сол мост и свързването им към двата електролита. мост сол е напълнена с гел (агар-агар) стъклена епруветка двата края на който са затворени с памучен тампон. Ос инкубират в наситен воден разтвор на натриев сулфат, в резултат на подуване на гела, е показано йонна проводимост.
Използване учителят свържете волтметър към полюсите образувани на електрохимичната клетка и измерване на напрежение (ако измерване волтметър с малко съпротивление, разликата между стойността на едн и напрежението е ниско). С помощта на уравнението на Нернст, изчисли теоретичната стойност на електродвижещо клетката. EMF напрежение е по-малко от клетката поради електрод поляризация и омични загуби.
Експеримент 2. електролиза на натриев сулфат
В експеримента се дължи на електрическа енергия, генерирана от електрохимичната клетка, се предлага да се извърши електролиза на натриев сулфат. За тази цел, U - образна тръба изсипва натриев сулфат разтвор и на нейно място двете колена медни плочи, дестилира шкурка и свързани с медни и цинкови електроди на електрохимичната клетка, както е показано на фиг. 2. Във всяка племето U-тръба, се добавят 2-3 капки фенолфталеин. След известно време в катодното пространство на разтвора на електролитна клетка оцветяване се наблюдава в розов цвят се дължи на образуването на алкален в катодна редукция на вода. Това показва, че електрохимичната клетка работи като източник на ток.
Направи уравнение процеси, протичащи в катода и анода в електролиза на воден разтвор на натриев сулфат.
Свързани статии