ĆW I C Z E N I E Nr 51

POMIAR S E M OGNIWA ELEKTROCHEMICZNEGO

Cel ćwiczenia : Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa.

Siłą elektromotoryczną, SEM, E, ogniwa lub napięciem ogniwa w warunkach

bezprądowych, nazywamy różnicę potencjałów ogniwa otwartego, przez które nie płynie
prąd, mierzoną w warunkach zrównoważenia napięcia ogniwa zewnętrznym źródłem
napięcia (metoda kompensacyjna Poggendorfa).

E = lim U

(1)

I

→0

A - źródło prądu stałego o napięciu U

Z

E

w

- ogniwo wzorcowe (ogniwo Westona,

E

W

= 1,018 V)

E

x

- ogniwo badane o SEM = E

X

R - opornik suwakowy lub dekadowy
G - galwanometr
W

i

- przełącznik zamykający odpowiedni

obwód

Rys. 1. Schemat układu pomiarowego.

Pomiar polega na ustawieniu wartości oporu (odpowiednie pokrętła na oporniku
dekadowym) dla ogniwa badanego i wzorcowego (zmiana położenia przełącznika) przy
którym przez galwanometr nie płynie prąd (strzałka galwanometru w pozycji „zero”). Spadek
napięcia, U

X

, dla ogniwa badanego równy jest jego sile elektromotorycznej, E

x

, zgodnie z

równaniem:

E

X

= U

X

=

(2)

X

O

R

I

gdzie I

0

= U

z

/R

0

- natężenie prądu w obwodzie górnym (AR), R

0

– opór całego obwodu (AR),

a R

X

– odczytana z opornika dekadowego wartość oporu przy którym przez galwanometr nie

płynie prąd.
Wielkość I

0

= U

Z

/R

0

nie jest znana, należy więc wykonać pomiar porównawczy włączając do

obwodu ogniwo wzorcowe (przełącznik w pozycji „ogniwo wzorcowe”). Nastawiamy na
oporniku dekadowym wartość oporu przy którym przez galwanometr nie płynie prąd. Spadek
napięcia, U

W

, równy jest sile elektromotorycznej ogniwa wzorcowego, E

w

, zgodnie z

równaniem:

E

W

= U

W

=

(3)

W

O

R

I

Z porównania zależności (2) i (3) można obliczyć siłę elektromotoryczną ogniwa badanego
zgodnie ze wzorem (4).

E

X

= E

W

W

X

R

R

(4)

Wykonanie ćwiczenia

1. Pobrać sprzęt i przygotować roztwory chlorku cynku o stężeniach podanych przez

prowadzącego.

2. Napełnić zlewkę pomiarową najbardziej rozcieńczonym roztworem ZnCl

2

. Wstawić do

zlewki elektrody, cynkową i chlorosrebrową (Rys. 2).

Schemat ogniwa badanego:

Zn | ZnCl

2

(m) | AgCl | (Ag)

Zn Ag(AgCl)

Rys. 2. Schemat ogniwa badanego

3. Zmierzyć SEM ogniwa Westona. W tym celu:

a. ustawić przełącznik K w pozycji „ogniwo Westona”,

b. zamknąć obwód naciskając przycisk i na oporniku dekadowym ustawić taki opór

R

W

, aby przez galwanometr nie płynął prąd (strzałka w pozycji „zero”). Wartość

tego oporu zapisać w tabeli 1. Pomiar powtórzyć trzykrotnie.

4. Zmierzyć SEM ogniwa badanego:

a. ustawić przełącznik K w pozycji „ogniwo badane”,
b. zamknąć obwód naciskając przycisk i ustawić na oporniku dekadowym taki opór

R

X

, aby przez galwanometr nie płynął prąd (strzałka w pozycji „zero”). Wyniki

zapisać w tabeli 1. Pomiar powtórzyć trzykrotnie.

5. Obliczyć wartości średnie dla oporów R

W

i R

X

.

Tabela 1.

Ogniwo Stężenie elektrolitu

mol/dm

3

Opór, Ω SEM

V

R

1

R

2

R

3

R

śr

6. Obliczyć SEM badanych ogniw w oparciu o równanie (4).

8. Elektrody opłukać wodą destylowaną i zostawić je zanurzone w wodzie, uprzątnąć

stanowisko pracy, oddać pobrany sprzęt.

Opracowanie wyników

1. Napisać schemat reakcji zachodzącej w ogniwie.

2. Obliczyć, dla każdego zbadanego ogniwa :

a. średnie stężenie molarne m

±

wg. wzoru (5)

m

±

=

)

(

1

)

(

−

+

−

+

+

−

+

ν

ν

ν

ν

m

m

gdzie

ν

+

i

ν

-

są współczynnikami stechiometrycznymi.

b. średnią aktywność elektrolitu, a

±

:

a

±

= (

γ

±

)(m

±

)

Wartości średnich jonowych współczynników aktywności elektrolitu podano w tabeli B.

3. Korzystając z równania Nernsta obliczyć teoretyczną wartość SEM badanych ogniw,

E

teor

:

±

−

=

a

F

RT

E

E

ln

2

3

0

gdzie: E

0

jest standardową siłą elektromotoryczną ogniwa, równą różnicy potencjałów

standardowych obu elektrod; R – stała gazowa; T – temperatura; F – stała Faraday’a,
równa 96500 C.

Potencjały standardowe elektrod podano w tabeli A.

4. Obliczyć błąd względny pomiaru SEM ( w procentach). Wyniki zapisać w tabeli 2.

Tabela 2.

Ogniwo

E

dośw

m

±

γ

±

a

±

ln a

±

E

teor

|E

dosw

-E

teor

|*100%

E

teor

Tabela A. Potencjały standardowe elektrod

Elektroda

Zn, Zn

2+

(Ag)AgCl , Cl

-

E

0

, V

- 0,763

+ 0,222

Tabela B. Średnie jonowe współczynniki aktywności,

γ

±

, roztworów elektrolitów w 25

o

C.

Molarność, mol kg

-1

Elektrolit

0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 0,5 1,0 2,0

ZnCl

2

0,88 0,79 0,73 0,58

0,518 0,396 0,341 0,291

CdCl

2

0,819 0,623 0,524 0,304 0,228 0,101 0,0696 0,0441