Опыт 1. Изготовление гальванического элемента и расчет его ЭДС

Гальванические элементы – это химические источники тока. Они состоят из двух электродов первого рода (металлов, опущенных в растворы собственных солей), соединенных во внешней и внутренней цепях. Рассмотрим элемент, состоящий из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца. Схема рассматриваемого гальванического элемента:

(–) Zn|Zn(NO₃)₂(0,1M)||Pb(NO₃)₂(0,02M)|Pb (+)

анод катод

Поскольку цинк стоит левее в ряду напряжений и является более активным металлом, он окисляется

Zn – 2e = Zn²⁺, т.е. этот электрод он является анодом.

На свинцовом электроде (j _Pb > j _Zn) происходит восстановление ионов Pb²⁺ + 2e = Pb, т.е. он служит катодом. За счет протекания окислительно-восстановительной реакции возникает электрический ток. Если во внешнюю цепь включить вольтметр, то он покажет определенную разность потенциалов.

ЭДС гальванического элемента рассчитывается как разность электродных потенциалов катода и анода:

Ε_г.э. = j _катода – j _анода

Чтобы определить ЭДС гальванического элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы катода и анода. Для этого в табл. П3.7 находим значения стандартных электродных потенциалов систем: φ⁰_Zn2+/Zn = – 0,76 B и φ⁰_Pb2+/Pb = –0,13 В, затем рассчитываем значения j по уравнению Нернста:

Находим ЭДС элемента:

Выполнение опыта. Собрать гальванический элемент в соответствии со схемой

Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu

Для этого налить в два стаканчика (рис.) 1М растворы солей: в один сульфата цинка, в другой – сульфата меди, опустить пластинки Zn в ZnSO₄ и Cu в CuSO₄.

Растворы соединить электролитическим мостиком, наполненным раствором NaCl в агар-агаре. Обе пластины соединить тонким проводником с гальванометром. Наблюдать отклонение стрелки гальванометра.

Записать схемы протекающих процессов, данные гальванометра и нарисовать гальванический элемент. Что произойдет, если убрать электролитический мостик? Объяснить происходящие явления.

Рассчитать ЭДС гальванических элементов:

1) Zn | 1M ZnSO₄ || 0,01M АgNO₃ | Ag;

2) Zn | 0,1M ZnSO₄ || 1M CuSO₄ | Cu;

3) Zn | 1M ZnSO₄ || 0,01M ZnSO₄ | Zn.

Рис 8. Гальванический элемент:

1 – стаканчики с растворами ZnSO₄ и CuSO₄;

2 – подставка под прибор;

3 – гальванический (электролитический) мостик;

4 – гальванометр.