Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 2: Potencjał standardowy elektrody.

1. Wstęp teoretyczny:

Standardowy potencjał elektrody jest to SEM ogniwa zbudowanego ze standardowej elektrody wodorowej oraz standardowej elektrody badanej. Standardową elektrodę wodorową stanowi blaszka platynowa pokryta czernią platynową zanurzona w roztworze o stężeniu [H⁺]= 1 mol/dm³, i omywana gazowym wodorem pod ciśnieniem 1013 hPa. Standardowa elektroda badana- reagenty znajdują się w swoich stanach standardowych, czyli roztwór o stężeniu 1 mol/dm³ (dla gazów ciśnienie 1013 hPa), w dowolnej lecz określonej temperaturze (np. 25^oC).

Standardowa elektroda wodorowa stanowi elektrodę lewą- jest elektrodą odniesienia. Umownie przyjęto potencjał standardowej elektrody wodorowej równy 0. W stosunku do potencjału normalnej elektrody wodorowej można określić potencjały badanych elektrod. Potencjał badanego półogniwa przyjmuje się:

-za dodatni jeżeli półogniwo SPW stanowi biegun ujemny (zachodzi proces utleniania: H₂ 2 H⁺ + 2 e)

-za ujemny gdy SPW jest biegunem dodatnim ( zachodzi proces redukcji: 2 H⁺ + 2 e H₂ ) .

Wartość potencjału standardowego jest miarą aktywności chemicznej metali; metal jest tym aktywniejszy im wyższą ujemną wartość ma jego potencjał standardowy. Metale szlachetne mają dodatni potencjał standardowy. Przez uporządkowanie metali w kolejności wzrastających potencjałów otrzymuje się szereg elektrochemiczny metali.

W celu wyznaczenia standardowych potencjałów elektrodowych można wykorzystać SEM dowolnego ogniwa zawierającego reagenty w stanach standardowych. W takim przypadku jedno z półogniw takiego ogniwa traktuje się jako

wzorcowe (o znanej wartości potencjału standardowego).

2. Opracowanie wyników:

Wyznaczenie potencjału standardowego elektrody żelazowo - żelazawej dokonałem poprzez pomiar siły elektromotorycznej ogniwa zbudowanego z półogniwa oksydacyjno - redukcyjnego - platyna zanurzona do roztworu jonów Fe²⁺ i Fe³⁺ - i elektrody odniesienia. Elektrodę odniesienia stanowiła elektroda chlorosrebrowa.

Reakcję przebiegającą w półogniwie oksydacyjno - redukcyjnym można przedstawić schematycznie: utleniacz + ne = reduktor. Potencjał elektrody oksydacyjno - redukcyjnej wyrazi się za pomocą równania:

Badane ogniwo można przedstawić schematem:

- Ag,AgCl(s)|Cl^- || Fe ⁺³, Fe ⁺² |Pt +

Lewa elektroda: Ag + Cl ^-  AgCl + e E _chlor = 0,222

Prawa elektroda: Fe ⁺³ + e  Fe ⁺² E_Fe+2/Fe+3

Wyznaczam potencjał E:

E_chlor = 0.222 V (elektroda chlorosrebrowa ); T = 22⁰ C = 295,15 [K]

Fe^2+ : Fe^3+	(wyznacz.)
1 : 9	-0,503	E = 0,222+0,503 = 0,725
3 : 7	-0,484	E = 0,222+0,484 = 0,706
5 : 5	-0,477	E = 0,222+0,477 = 0,699
7 : 3	-0,472	E = 0,222+0,472 = 0,694
9 : 1	-0,469	E = 0,222+0,469 = 0,691

Obliczenie stężenia Fe ²⁺ i Fe ³⁺ w roztworach wyjściowych:

-stężenie Fe ²⁺:

gdzie:
= 5 ml;
= 0,1n;
= 0,4ml

= 0,04mol/l

-stężenie Fe ³⁺ :

gdzie:
= 5 ml;
= 0,1n;
= 4,45ml

=0,089mol/l

Obliczenia na podstawie uzyskanych wyników pomiarów:

gdzie: E^o - potencjał standardowy [V]; E - SEM mierzona [V]; R - stała gazowa 8,314 [J*mol ^-1 * K ^-1]; T - temperatura bezwzględna [K]; n - liczba elektronów biorących udział w reakcji; F - stała Faradaya 96490 [C*mol^-1]; (…) - stężenie formy zredukowanej lub utlenionej;

Po podstawieniu tych wartości powyższy wzór przyjmuje postać :

Fe^2+ :Fe^3+	[V]	[mol/dm^3]	[mol/ dm^3]		[V]
1 : 9	0,725	0,002	0,04005	20,025	0,733
3 : 7	0,706	0,006	0,03115	5,192	0,710
5 : 5	0,699	0,01	0,02225	2,225	0,701
7 : 3	0,694	0,014	0,01335	0,954	0,694
9 : 1	0,691	0,018	0,00445	0,247	0,687

Wartość średnia:
= 0,705 [V]

Porównanie z wartością tablicową:

E⁰_tabli = 0,771 [V] dla T = 25⁰C

E⁰_dośw = 0,705 [V] dla T = 22⁰C

_wzg. = 8,56 %

3. Wnioski.

Porównując wyniki, tablicowe i doświadczalne, widać znaczną różnicę w wartościach
. Wyznaczony potencjał standardowy elektrody jest prawidłowy, ale ma zbyt niską wartość, co może wynikać z niedokładności podczas sporządzania roztworów o podanych stosunkach objętościowych. Na wynik ćwiczenia mogła mieć także wpływ niezbyt dobrze wyregulowana aparatura pomiarowa, uniemożliwiająca dokładne odczytanie wartości SEM układu, jak również nieszczelna biureta, z powodu której wystąpiły błędy podczas miareczkowania. Jednak najważniejsze znaczenie ma fakt, że temperatura, w której potencjał był wyznaczany, była niższa od temperatury w warunkach standardowych (o 3⁰C).

2

---