Ćwiczenie 7	Pomiar siły elektromotorycznej ogniw i potencjałów półogniw	Data: 19.05.11
			Zespół 9 Grupa 21
Walat Agnieszka Wituła Elżbieta Zając Ludmiła

Wstęp

Ogniwo galwaniczne jest to urządzenie pozwalające badać reakcje chemiczne poprzez pomiar wielkości elektrycznych. Zbudowane jest ono z dwóch połączonych elektrod (przewodników elektryczności) zanurzonych w odpowiednim elektrolicie (przewodniku jonowym). Podczas pracy ogniwa na jego elektrodach zachodzą procesy redukcji i utleniania. Elektrony przkazywane przez przewodnik pomiędzy elektrodami są zdolne do wykonania pracy elektrycznej.

Ogólna reakcja zachodząca w jednym półogniwie:

Mⁿ⁺+ne^- = M

Wg. konwencji sztokholmskiej siłą elektromotoryczną nazywamy potencjał elektrostatyczny drutu przyłączonego do elektrody znajdującej się na schemacie ogniwa po stronie prawej, mierzony w stanie równowagi względem potencjału drutu z tego samego metalu przyłączonego do elektrody lewej.

E=(φ_pr - φ_l)_quasi-stat.

Do mierzenia potencjału półogniw wykorzystuje się jako lewe półogniwo elektrodę wodorową, której potencjał przyjęto za równy 0 pod ciśnieniem wodoru 1atm:

Pt,H₂(p=1atm) | H₃O⁺(a=1) || Mⁿ⁺ | M

Standardowa siła elektromotoryczna ogniwa związana jest ze standardową entalpią swobodną reakcji wg. zależności

∆_rG^o = -nFE^o

Równanie Nernsta wyraża związek między SEM ogniwa a składem układu reagującego

, gdzie Q - iloraz reakcji

Wykonanie ćwiczenia

Przyrządy

Miernik cyfrowy

Termostat

Elektrody: Cu, Zn

Elektroda chlorosrebrowa

Odczynniki

CuSO₄

ZnSO₄*7H₂O(s)

NaCl(s)

KNO₃(s)

Sporządzanie roztworów:

M _ZnSO4*7H2O = 287,54 g/mol

V_k = 50 ml

Przygotowanie 1M roztworów:

Roztwór ZnSO₄

m₂=14,377g
- obliczoną ilość soli odważono na wadze analitycznej

- do wcześniej przygotowanych kolbek miarowych nalano po około 5ml wody destylowanej i przeniesiona ilościowo odważona ilość soli

- dopełniono kolbki wodą destylowaną do kreski

Zestawiamy elektrody Mn+/M i mierzymy ich SEM wobec elektrody chlorosrebrowej oraz ogniwa Daniella. Pomiary prowadzimy dla temperatury pokojowej ~25C

Wyniki

T = 25C

Ogniwo	SEM
Ag, AgCl | KNO3l(nasyc.) ZnSO4 (1 M) | Zn	-998	mV
Ag, AgCl | KNO3(nasyc.) || Cu SO4 (1 M) | Cu	1075	mV
Cu SO4 (1 M) | Cu || Zn | ZnSO4 (1 M)	-1093	mV
Ag, AgCl | KNO3nasyc.) || ZnSO4 (0.4 M) | Zn	-389	mV
Ag, AgCl | KNO3(nasyc.) || CuSO4 (0.4 M) | Cu	421	mV
CuSO4 (0.4 M) | Cu || Zn | ZnSO4 (0.4 M)	-438	mV

Potencjał nasyconej elektrody chlorosrebrowej w temperaturze 25 wynosi : π = 22 mV

Dla badanych elektrod pierwszego rodzaju potencjały względem standardowej elektrody wodorowej będą wynosić:

E=π_pr.-π_l.

π_pr.= E+π_l

T = 25C

Elektroda	Potencjał
ZnSO4 (1 M) | Zn	-778	mV
Cu SO4 (1 M) | Cu	855	mV
ZnSO4 (0,4 M) | Zn	-169	mV
Cu SO4 (0,4 M) | Cu	641	mV

Aktywności jonów Zn²⁺ i Cu²⁺ dla roztworów 1M wynoszą odpowiednio :

π = π⁰ +

a _Cu = 1

a _Cu²⁺ = f± · c_Cu²⁺

ln f± =

I =

I =
= 3c = 3

Dla 25C A'=1,174 aB=0,99

=0,2236

a_Cu²⁺ = f±·c = 0,2236

π = π⁰ +

a _Zn = 1

a _Zn²⁺ = f± · c_Zn²⁺

ln f± =

I =

I =
= 3c = 3

Dla 25C A'=1,174 aB=0,99

=0,2236

a_Zn²⁺ = f±·c = 0,2236

a_Zn²⁺= a_Cu²⁺

Aktywność

Jony
Zn^2+ (1 M)	0,2236
Cu^2+(1M)	0,2236

Obliczanie standardowego potencjału półogniw :

π = π⁰ +

	T = 25C
Elektroda	Potencjał
ZnSO4 (1 M) | Zn	-807	mV
CuSO4 (1 M) | Cu	835	mV
ZnSO4 (0,4 M) | Zn	-188	mV
CuSO4 (0,4 M) | Cu	622	mV

Obliczenie SEM ogniwa Zn | ZnSO₄|| CuSO₄| Cu:

- na podstawie danych tablicowych:

- korzystając z pomiarów potencjałów półogniw:

	T = 25C
Ogniwo		SEM
Zn | ZnSO4(1 M) || CuSO4(1 M) | Cu		1633	mV
Zn | ZnSO4(0,4 M) || CuSO4(0,4 M) | Cu		810	mV

- SEM zmierzone:

	T = 25C
Ogniwo		SEM
Zn | ZnSO4(1 M) || CuSO4(1 M) | Cu		-1093	mV
Zn | ZnSO4(0,4 M) || CuSO4(0,4 M) | Cu		-438	mV

Wykres zależności SEM badanego ogniwa od stężenia dla temp 25^oC i 50^oC

Dla 25^oC dopasowano krzywą i dla c=0 obliczono E^o= 1,333V

Obliczenie ΔG reakcji zachodzącej na półogniwach wykorzystując SEM zmierzone:

dla 25^oC E^o= 1,333 V

Omówienie wyników

Elektrody odwracalne sporządzone z metali w stanie stałym tworzą ogniwa dla których powtarzalność wartości pomiarów SEM jest utrudniona. Wynika to głównie z własności tych metali. Na błąd pomiarów ma wpływ niedoskonałość metody kompensacyjnej, w której oznaką osiągnięcia stanu równowagi jest brak przepływu prądu w gałęzi, w której znajduje się ogniwo i czuły galwanometr (wskażnik zera). W zasadzie metoda ta nie zapewnia całkowitego braku przepływu prądu przez badane ogniwo w momencie kompensacji.

4

---