Piotr Bryjak 99.12.13

wydział chemiczny

kierunek chemia

semestr III

Laboratorium z chemii fizycznej

Ćwiczenie Nr 51

Temat:

„Pomiar SEM”

Data wykonania ćwiczenia: 99.12.13.	Ocena:	Podpis:
Data oddania sprawozdania:	Ocena:	Podpis:

I. Wstęp :

Ogniwo jest to układ dostarczający energię elektryczną w wyniku zachodzącego w nim procesu termodynamicznego. Ogniwo składa się z dwóch półogniw połączonych ze sobą tak , aby była możliwa wymiana ładunków pomiędzy nimi . Półogniwo jest złożone z elektrody ( przewodnika elektronów ) zanurzonej w roztworze zawierającym odpowiedni rodzaj jonów . W przypadku ogniwa chemicznego oba półogniwa są różne ( inne elektrody i rodzaje jonów ), a w ogniwie stężeniowym - elektrody i rodzaje jonów są takie same , lecz różne stężenia roztworów .

Pomiędzy elektrodami istnieje różnica potencjałów . Gdy ogniwo nie dostarcza prądu („ogniwo otwarte” ) różnica potencjałów elektrod nosi nazwę siły elektromotorycznej E .

Pomiaru SEM dokonuję metodą kompensacyjną , której istota polega na tym , że SEM badanego ogniwa kompensuje się ( równoważy ) różnicą potencjałów równą co do wielkości , lecz o przeciwnym znaku . Dzięki temu ogniwo nie pracuje podczas pomiaru . SEM (E_X) obliczam ze wzoru :

gdzie : Rx i Rw - opory oporników które trzeba wyznaczyć , na końcach których istnieją różnice potencjałów równe odpowiednio Ex i Ew .

Wykonując pomiary metodą kompensacyjną należy uwzględnić , że podczas poszukiwania punktu kompensacji ogniwo pracuje albo jest elektrolizowane . W obu przypadkach elektrody ulegają polaryzacji i ich potencjały się zmieniają. Odtworzenie właściwych wartości potencjałów wymaga pewnego czasu , tym dłuższego , im roztwór jest mniej stężony.

Zgodnie z definicją SEM ogniwa E wynosi :

E=Π₂(prawa) - Π₁(lewa)

gdzie Π₂ , Π₁ oznaczają potencjały elektrod zapisanych odpowiednio z prawej i lewej strony schematu .

Pomiędzy SEM a aktywnością elektrolitu istnieje zależność , co pozwala wyznaczyć średnie współczynniki aktywności jonowej na podstawie pomiarów potencjometrycznych.

( wzór na średnie stężenie molarne)

ν_{1 ,} ν_{2 ,}-współczynniki stechiometryczne

Średnia aktywność elektrolitu wynosi :

E wynosi więc ;

gdzie a₊, a_- ,z_1, z₂-odpowiednio aktywności i wartościowości jonów w półogniwach prawym i lewym .

II. Wyniki :

Ogniwo	1 ၗ	2 ၗ	3 ၗ	Średnie ၗ	Ex				ln	Emax			Emax
Westona 1molow.	656	649	655	653,3	0,8214	0,5238	0,341	0,1786	-1,7226	1,0514	21,8756			1,05136925	0,82135527
Badane 1molow.	526	529	526	527
Westona 0,5molow.	656	655	656	655,67									0,8324			0,6032	0,396	0,2389	-1,4317	1,0402	19,977		1,04017141	0,82719141
Badane 0,5molow.	535	537	536	536
Westona 0,1molow.	655	656	656	655,67									0,8614			0,7937	0,518	0,4111	-0,8889	1,0192	15,483		1,01924853	0,86135555
Badane 0,1molow.	557	554	553	554,67
Westona 0,05molow.	655	656	656	655,67									0,8893			0,8889	0,58	0,5156	-0,6624	1,0105	11,994		1,01052556	0,88930803
Badane 0,05molow.	568	574	576	572,67

• Ex obliczam ze wzoru
  

(wartość Ew dla ogniwa Westona w temp. 25°C wynosi 1,0182 V)

dla pierwszego pomiaru :

•
obliczam ze wzoru :

( z równania dysocjacji ZnCL₂ :
wynika

m₊ m_-

ν₁= 1 _, ν₂ =2

,z₁=2 _, z₂=1

m₊ =m , m_- =2m)

w rezultacie otrzymuję :

dla pierwszego pomiaru :
= 0,33∗1,5874=0,5238

•Wartość
biorę z tablic ( dla 25°C )

• Obliczam średnią aktywność elektrolitu
ze wzoru :

dla pierwszego pomiaru
=0,341∗0,5238=0,1786

•Siła elektromotoryczna ogniwa E wynosi : E=Π₂(prawa) - Π₁(lewa)

inaczej

R - 8,314
(stała gazowa)

T - temperatura w °K (25°C = 25+ 273,16= 298,16 K )

F = 96500 C ( stała Faradaya )

dla pierwszego pomiaru :

=1,0514 ( V ).

• Schemat reakcji zachodzącej w ogniwie :

dla ogniwa Zn  ZnCL₂ (m)  AgCL (Ag)

Zn→ Zn²⁺ + 2e

+ AgCL +e → Ag⁺ + CL^- / x2

Zn + 2AgCL → 2Ag⁺+ Zn²⁺ +2CL^-

dla ogniwa Westona : - (Hg) Cd  CdSO₄ ∗ 8/3 H₂O (nasyc.)  Hg₂SO₄ (Hg)+

+

III. Opis wykonania ćwiczenia :

Sporządzam roztwory na podstawie otrzymanych stężeń ( 1 ; 0,5 ; 0,1 ;0,05) i kolejno wykonuję pomiary dla ogniwa badanego ( złożonego z elektrody chlorosrebrowej i cynkowej ) oraz ogniwa Westona . Każdy pomiar wykonuję trzykrotnie w małych odstępach czasu .

IV. Wnioski :

Do przeprowadzenia dobrego pomiaru potrzebna jest duża precyzja i dokładność , co jest trudne ze względu na szybko rozładowującą się baterię podłączoną do układu

Wynik obarczony jest więc błędem systematycznym .

Wartość siły elektromotorycznej ogniwa maleje wraz ze zmniejszaniem się stężeń roztworów , co jest zgodne z rzeczywistością .

---