WYZNACZANIE FUNKCJI TERMODYNAMICZNYCH REAKCJI Z POMIARÓW SEM OGNIWA, sprawozdanie SEM


POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ CHEMICZNY

TEMAT ĆWICZENIA:

„WYZNACZANIE FUNKCJI TERMODYNAMICZNYCH REAKCJI Z POMIARÓW SEM OGNIWA”

LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

Kufelin Sandra

grupa 1

sekcja 8

  1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest złożenie ogniwa podanego w ćwiczeniu i wyznaczenie SEM dla tego ogniwa w kilku temperaturach zakresu 293- 333 [K]. Po wykonaniu pomiarów otrzymane dane zastosować do obliczenia wartości współczynnika temperaturowego, Δr G, ΔrS, ΔrH.

  1. WSTĘP TEORETYCZNY

Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM), jest to różnica potencjałów między elektrodami ( katoda i anodą), wtedy gdy ogniwo jest w równowadze, a więc, gdy nie płynie przez nie prąd wypadkowy. Dzieje się tak w chwili gdy ogniwo jest otwarte.

0x01 graphic

Otrzymane wartości mogą posłużyć do obliczenia wartości funkcji termodynamicznych reakcji elektrodowych, które przebiegają w ogniwie. Jednak jest to możliwe tylko w przypadku, gdy SEM tego ogniwa mierzone jest w warunkach odwracalnych.

Pomiary SEM pozwalają na obliczenie:

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie, b będzie współczynnikiem temperaturowym ogniwa.

0x01 graphic

gdzie, n- jest liczbą elektronów biorących udział w reakcji ogniwa,

F- jest stałą Faraday'a o wartości 96485,39 [C·mol-1]

E- siłą elektromotoryczną ogniwa

Zachodzi tu również związek ze współczynnikiem temperaturowym ogniwa:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Siłę elektromotoryczną ogniwa możemy zmierzyć woltomierzem. Nie jest on jednak tutaj wskazany, ponieważ woltomierz pobiera część prądu płynącego między katodą a anodą. Pomiar możemy również wykonać potencjanometrem, który poprzez zrównoważenie napięcia ogniwa pozwala na wyznaczenie SEM. Do pomiarów wykorzystywane są także kompensatory z ogniwem wzorcowym takie jak np. ogniwo Westona, które mają znaną i stałą siłę SEM.

Ogniwo Westona, jest ogniwem wzorcowym o schemacie:

0x01 graphic

Prawym półogniwem jest w tym przypadku półogniwo drugiego rodzaju SO4-2,prawym natomiast półogniwo kadmowe z elektrodą z amalgamatu kadmu. Jego zaletą jest bardzo mała zmienność SEM, gdy pobór prądu nie jest duży.

0x01 graphic

Ogniwo Westona

Ogniwo galwaniczne, składa się z dwóch elektrod, które muszą być w dwóch osobnych elektrolitach. Występuje tu dlatego klucz elektrolityczny, który ma za zadanie umożliwić przepływ jonów z jednego elektrolitu do drugiego. Elektrony są oddawane jednej elektrodzie w wyniku połówkowej reakcji utlenienia, a pobierane są z drugiej elektrody w toku połówkowej reakcji redukcji.

Przykładem ogniwa galwanicznego może być ogniwo Daniella:

0x01 graphic

Ogniwo Daniella

  1. WYKONANIE ĆWICZENIA

Aparatura:

Odczynniki:

Pomiary:

Pełni to rolę klucza elektrolitycznego

Obliczenia potrzebne do wykonania roztworów soli podanych w temacie ćwiczenia, czyli chlorku miedzi CuCl2 i azotanu(V) srebra AgNO3.

Masa związków:

0x01 graphic

0x01 graphic

Masa substratów:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. OPRACOWANIE WYNIKÓW

T [Co]

T [Ko]

SEM [V]

20

293

0,438

30

303

0,435

40

313

0,426

50

323

0,417

60

333

0,409

Z wykresu wynika, że zależność SEM ogniwa od temperatury maleje w przybliżeniu liniowo, wraz ze wzrostem temperatury, Można to przedstawić równaniem:

0x01 graphic

gdzie stałe a i b wyznacza się metodą najmniejszych kwadratów. Wszystkie wartości potrzebne do obliczeń ta metodą zostały zestawione w tabeli:

0x01 graphic

0x01 graphic
2

0x01 graphic

0x01 graphic
· 0x01 graphic

293

85849

0,438

128,334

303

91809

0,435

131,805

313

97969

0,426

133,338

323

104329

0,417

134,691

333

110889

0,409

136,197

1565

490845

2,125

664,355

Obliczamy współczynniki według wzorów:

0x01 graphic

0x01 graphic

Otrzymujemy równanie zależności SEM od temp, postaci:

0x01 graphic

Wartości funkcji termodynamicznych obliczamy:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

-0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

We wzorze uwzględniamy najwyższą temperaturę, czyli 333 [K]

0x01 graphic

Tabela wartości funkcji termodynamicznych w poszczególnych temperaturach:

T [K]

ΔG

ΔS

ΔH

293

-84983,6

-148,59

-128520,47

303

-83497,7

-148,59

-128520,47

313

-82011,8

-148,59

-128520,47

323

-80525,9

-148,59

-128520,47

333

-79040,0

-148,59

-128520,47

  1. WNIOSKI

Obliczenia wykonane na podstawie wartości otrzymanych z trakcie ćwiczenia wykazują, że reakcja na elektrodach przebiega samorzutnie. Wynika to z minusowych wartości entalpii swobodnej w każdej temperaturze.

W czasie wykonywania ćwiczenia mogliśmy się spotkać z trzema rodzajami błędów.

Pierwszym z nich był błąd aparatury, a dokładnie wagi. Jest to błąd w granicach 1 · 10-3 grama. Dość ciężko jest odmierzyć idealną wagę składników potrzebną do wykonania ćwiczenia i zgodną z obliczeniami wykonanymi na początku zajęć.

Następnym, drugim błędem jest błąd temperatury i mieści się on w granicach 1 [K]. Spowodowany jest niedokładnością ustawienia odpowiedniej wartości na termostacie.

Ostatnim błędem jest również błąd aparatury. Tym razem chodzi jednak o wskazania kompensatora. Różnica w wartościach skazanych może mieścić się w okolicach 0,001 [mV], według danych spisanych z kompensatora. W czasie pomiaru w określonej temperaturze po ustabilizowaniu się wskazań, zazwyczaj nadal pokazywały się dwie wartości różne od siebie właśnie o ok. 0,001 [mV], czyli zgodne z danymi na aparaturze.

Wszystkie te błędy są jednak błędami na tyle małymi, że można je pominąć w obliczeniach, a całe ćwiczenie przebiegało dość szybko i bez zakłóceń.



Wyszukiwarka