ogniwa chemiczne, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Ogniwa


Numer ćwiczenia :

2

Temat ćwiczenia :

Ogniwa chemiczne

Data wykonania :

3.03.2003

Grupa : 4

Zespół : B

Wykonawcy ćwiczenia :

Szymon Kowalski

Tomasz Pierzyński

Ocena :

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zmierzenie siły elektromotorycznej (SEM) ogniw Daniella o różnych stężeniach roztworów oraz wyznaczenie iloczynu rozpuszczalności trudnorozpuszczalnej soli srebra (np. AgCl, AgI, AgSCN) na podstawie pomiarów SEM ogniwa miedziowo-srebrowego podczas miareczkowania roztworu AgNO3 roztworem odpowiedniej soli (np. KCl, KI, KSCN).

Wprowadzenie

Metal M zanurzony do roztworu swoich jonów Mn+ tworzy układ zwany łogniwem lub elektrodą Mn+/M. Na powierzchni metalu zachodzą równocześnie dwa procesy: proces przechodzenia atomów (w postaci jonów) z metalu do roztworu oraz proces przeciwny, wydzielanie jonów z roztworu na powierzchni metalu (w postaci atomów). W procesach tych biorą udział elektrony metalu, które są przenoszone pomiędzy fazą metaliczną a jonami w roztworze. Jeżeli reakcja elektrodowa przebiega według równania:

Mn+ + ne- = M (1)

to elektroda metaliczna ładuje się do pewnego potencjału. Elektroda, na której powierzchni przebiega proces przedstawiany reakcją (1), stanowi przykład elektrody reagującej chemicznie z roztworem. Istnieją jednakże elektrody, w których metal (zwykle obojętny chemicznie, np. platyna) stanowi jedynie źródło elektronów dla procesu elektrodowego biegnącego z udziałem substancji rozpuszczonych w roztworze. Jeżeli postać utlenioną substancji oznaczymy skrótowo przez Ox, zaś postać zredukowaną przez Red, to reakcję elektrodową zachodzącą na powierzchni obojętnego metalu można przedstawić w postaci:

Ox + ne- = Red (2)

Podobnie jak potencjału wewnętrznego fazy, tak i potencjału pojedynczego półogniwa (elektrody) nie można zmierzyć. Zmierzyć można jedynie różnicę potencjałów między dwiema elektrodami. Układ złożony z dwóch elektrod nazywamy ogniwem galwanicznym lub krótko ogniwem. W elektrochemii budowę ogniwa przedstawia się za pomocą schematu, który dla ogniwa Daniella jest następujący:

(-) Zn | Zn SO 4 || CuSO4 | Cu (+)

Znaki (-) i ( + ) oznaczają odpowiednio elektrodę ujemną i dodatnią ogniwa. Kreska pionowa | oznacza granicę faz, zaś znak || oznacza obecność tzw. klucza elektrolitycznego, wstawianego do ogniwa celem eliminacji potencjału dyfuzyjnego, występującego na granicy dwóch roztworów. Według konwencji sztokholmskiej siła elektromotoryczna ogniwa jest równa, co do wielkości i co do znaku, potencjałowi elektrycznemu prawego przewodnika metalicznego, gdy - przy otwartym ogniwie - potencjał elektryczny takiego samego przewodnika po stronie lewej wynosi umowne zero.

Źródłem SEM ogniwa jest reakcja elektrochemiczna będąca sumą reakcji zachodzących na poszczególnych elektrodach. W ogniwie Daniella reakcje elektrodowe są następujące:

(+) : Cu 2+ + 2e- = Cu

(-): Zn = Zn 2+ + 2e-

Ich suma daje reakcję elektrochemiczną ogniwa:

Cu 2+ + Zn = Zn 2+ + Cu (3)

SEM ogniwa zależy od stężeń reagentów oraz parametrów zewnętrznych (ciśnienia i temperatury). Zależność SEM od stężeń (ściślej od aktywności) reagentów przedstawia równanie Nernsta. Rozważmy ogniwo, w którym przebiega reakcja:

aA + bB + ... = lL + mM + ....

Zmiana entalpii swobodnej reakcji wynosi:

0x01 graphic
(4)

gdzie np. μL oznacza potencjał chemiczny składnika L:

0x01 graphic
(5)

zaś μLo , aL oznaczają odpowiednio standardowy potencjał chemiczny składnika L i jego aktywność. Korzystając z wyrażenia (5) można równanie (4) przedstawić w postaci:

0x01 graphic
(6)

Ponieważ praca maksymalna ogniwa ΔG i praca elektryczna ogniwa są równoważne:

0x01 graphic
(7)

gdzie n- liczba elektronów biorących udział w reakcji ogniwa,

F- stała Faradaya,

E - SEM

z równań (6) i (7) otrzymujemy równanie Nernsta:

0x01 graphic
(8)

W równaniu Nernsta E0 oznacza tzw. standardową SEM ogniwa równą:

0x01 graphic
(9)

zaś symbole ai oznaczają aktywności reagentów.

Opracowanie wyników

1. OGNIWO DANIELLA

Lp.

Stężenie roztworów [ M ]

Rodzaj ogniwa

Eteor [ V ]

Edośw [ V ]

Edośwśrednie [ V ]

1.

0,1 ZnSO4

0,1 CuSO4

Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu

1,1003

1,077

1,079

1,079

1,080

1,083

1,0796

2.

0,5 ZnSO4

0,5 CuSO4

Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu

1,1003

1,084

1,085

1,087

1,089

1,089

1,0868

3.

1,0 ZnSO4

1,0 CuSO4

Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu

1,1003

1,094

1,096

1,097

1,099

1,100

1,0972

4.

0,1 ZnSO4

1,0 CuSO4

Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu

1,1144

1,107

1,107

1,106

1,105

1,105

1,106

5.

1,0 ZnSO4

0,1 CuSO4

Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu

1,0862

1,076

1,075

1,077

1,079

1,079

1,0772

WYZNACZAM TEORETYCZNE SEM OGNIWA DANIELLA :

0x01 graphic

gdzie :

E0 - standardowa SEM ogniwa

F - stała Faradaya równa 96493 C

R - stała gazowa równa 8,314 J/ mol*K

aZn2+ - aktywność jonów cynkowych

aCu2+ - aktywność jonów miedziowych

T = 298 K

1.E0 = E0Cu - E0Zn

E0Cu = 0,339 [ V ]

E0Zn = -0,7611 [ V ]

E0 = 0,339 - ( -0,7611 ) = 1,1001 V

aZn2+ = f * c

gdzie :

f - współczynnik aktywności jonów Zn2+ równy 0,206 dla stężenia 0,1 M

c - stężenie roztworu ZnSO4 równe 0,1 M

aZn2+ = 0,206 * 0,1 = 0,0206 mol/dm3

aCu2+ = f * c

gdzie :

f - współczynnik aktywności jonów Cu2+ równy 0,210 dla stężenia 0,1 M

c - stężenie roztworu CuSO4 równe 0,1 M

aCu2+ = 0,210 * 0,1 = 0,021 mol/dm3

Eteor = 1,1001 - [ ( 8,314 * 298 ) / ( 2 * 96493 ) ] * ln [ 0,0206 / 0,021 ] = 1,1003 V

Ed = Eteor - Edośwśrednie [ V ]

Ed - potencjał dyfuzyjny

Ed = 1,1003 - 1,0796 = 0,0207 V

  1. E0 = 1,1001 V

aZn2+ = 0,102 * 0,5 = 0,051 V

aCu2+ = 0,104 * 0,5 = 0,052 V

Eteor = 1,1003 V

Ed = 1,1003 - 1,0868 = 0,0135 V

  1. E0 = 1,1001 V

aZn2+ = 0,0620 * 1,0 = 0,062 mol/dm3

aCu2+ = 0,0630 * 1,0 = 0,063 mol/dm3

Eteor = 1,1003 V

Ed = 1,1003 - 1,0972 = 0,0031 V

  1. E0 = 1,1001 V

aZn2+ = 0,206 * 0,1 = 0,0206 V

aCu2+ = 0,063 * 1,0 = 0,063 V

Eteor = 1,1144 V

Ed = 1,1144 - 1,106 = 0,0084 V

5. E0 = 1,1001 V

aZn2+ = 0,0620 * 1,0 = 0,062 mol/dm3

aCu2+ = 0,210 *0,1 = 0,021 mol/dm3

Eteor = 1,0862 V

Ed = 1,0862 - 1,0772 = 0,009 V

2. OGNIWO MIEDZIOWO - SREBROWE

Edośw [ V ]

Edośwśrednie [ V ]

Eteor [ V ]

0,373

0,370

0,372

0,371

0,371

0,3714

0,3748

OBLICZAM TEORETYCZNE SEM OGNIWA MIEDZIOWO - SREBROWEGO :

0x01 graphic

gdzie :

aCu2+ - aktywność jonów miedzi

aAg+ - aktywność jonów srebra

aCu2+ = 0,0630 * 1,0 = 0,063 mol/dm3

aAg+ = 0,901 * 0,01 = 0,00901 mol/dm3

E0 = E0Ag - E0Cu

E0Ag = 0,799 V

E0Cu = 0,339 V

E0 = 0,46 V

E = 0,3748 V

WYZNACZAM OBJĘTOŚĆ VKCl W PUNKCIE RÓWNOWAŻNIKOWYM

Stężenie KCl [ M ]

Objętość VKCl [ ml ]

E [ V ]

dV

dE

dE/dV

dV2

dE2

d2E

d2E/dV2

0,1

1,5

0,36

0,5

0,003

0,006

0,25

0,000009

0,000007

0,000028

0,1

2

0,357

0,5

0,004

0,008

0,25

0,000016

0,000000

0,000000

0,1

2,5

0,353

0,5

0,004

0,008

0,25

0,000016

0,000009

0,000036

0,1

3

0,349

0,5

0,005

0,01

0,25

0,000025

0,000000

0,000000

0,1

3,5

0,344

0,5

0,005

0,01

0,25

0,000025

-0,000009

-0,000036

0,1

4

0,339

0,2

0,004

0,02

0,04

0,000016

-0,000012

-0,000300

0,1

4,2

0,335

0,2

0,002

0,01

0,04

0,000004

0,000012

0,000300

0,1

4,4

0,333

0,2

0,004

0,02

0,04

0,000016

0,000009

0,000225

0,1

4,6

0,329

0,3

0,005

0,0167

0,09

0,000025

-0,000021

-0,000233

0,1

4,9

0,324

0,1

0,002

0,02

0,01

0,000004

0,000021

0,002100

0,1

5

0,322

0,2

0,005

0,025

0,04

0,000025

0,000011

0,000275

0,1

5,2

0,317

0,2

0,006

0,03

0,04

0,000036

0,000028

0,000700

0,1

5,4

0,311

0,2

0,008

0,04

0,04

0,000064

0,000017

0,000425

0,1

5,6

0,303

0,2

0,009

0,045

0,04

0,000081

0,000280

0,007000

0,1

5,8

0,294

0,2

0,019

0,095

0,04

0,000361

0,001848

0,046200

0,1

6

0,275

0,1

0,047

0,47

0,01

0,002209

-0,001368

-0,136800

0,1

6,1

0,228

0,1

0,029

0,29

0,01

0,000841

0,003384

0,338400

0,1

6,2

0,199

0,1

0,065

0,65

0,01

0,004225

-0,004000

-0,400000

0,1

6,3

0,134

0,1

0,015

0,15

0,01

0,000225

-0,000029

-0,002900

0,1

6,4

0,119

0,1

0,014

0,14

0,01

0,000196

-0,000132

-0,013200

0,1

6,5

0,105

0,1

0,008

0,08

0,01

0,000064

-0,000028

-0,002800

0,1

6,6

0,097

0,1

0,006

0,06

0,01

0,000036

-0,000011

-0,001100

0,1

6,7

0,091

0,1

0,005

0,05

0,01

0,000025

-0,000009

-0,000900

0,1

6,8

0,086

0,1

0,004

0,04

0,01

0,000016

0,000000

0,000000

0,1

6,9

0,082

0,2

0,004

0,02

0,04

0,000016

0,000240

0,006000

0,1

7,1

0,078

0,9

0,016

0,0178

0,81

0,000256

-0,000135

-0,000167

0,1

8

0,062

1

0,011

0,011

1

0,000121

-0,000072

-0,000072

0,1

9

0,051

1

0,007

0,007

1

0,000049

-0,000040

-0,000040

0,1

10

0,044

0,5

0,003

0,006

0,25

0,000009

-0,000005

-0,000020

0,1

10,5

0,041

0,5

0,002

0,004

0,25

0,000004

0,000000

0,000000

0,1

11

0,039

0,5

0,002

0,004

0,25

0,000004

0,000000

0,000000

0,1

11,5

0,037

0,5

0,002

0,004

0,25

0,000004

0,000012

0,000048

0,1

12

0,035

1

0,004

0,004

1

0,000016

-0,000012

-0,000012

0,1

13

0,031

1

0,002

0,002

1

0,000004

0,1

14

0,029

dV = Vn+1 - Vn

dE = En - En+1

d2E = dEn+12 - dEn2

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Objętość VKCl w punkcie równoważnikowym odczytuję z wykresu pierwszej i drugiej pochodnej i wynosi ona VKCl = 6,2 ml .

Z wykresu E = f ( VKCl ) odczytuję wartość SEM ogniwa w punkcie równoważnikowym i wynosi ona ER = 0,199 V .

OBLICZAM AKTYWNOŚĆ JONÓW Ag+ PRZY KTÓREJ SEM BADANEGO OGNIWA PRZYJMUJE WARTOŚĆ ZERO :

0x01 graphic

E = 0 V

E0 = 0,46 V

R = 8,314 J / mol * K

T = 298 K

F = 96493 C

aCu2+ = 0,0630 * 1,0 = 0,063 mol/dm3

aAg+ = exp {[ ( E - E0 ) * F /( R * T) ] + [( ln aCu2+ ) / 2 ]}

aAg+ = 4,16 * 10 -9 mol / dm3

WYZNACZAM ILOCZYN ROZPUSZCZALNOŚCI AgCl :

LAgCl = aAg+ * aCl-

gdzie LAgCl to iloczyn rozpuszczalności AgCl

W punkcie równoważnikowym stężenia i aktywności jonów Ag+ i Cl- będą sobie równe . Dlatego iloczyn rozpuszczalności AgCl można przedstawić w następującej postaci :

LAgCl = ( aAg+ )2

Wyznaczam aktywność jonów Ag+ w punkcie równoważnikowym :

aAg+ = exp {[ ( ER - E0 ) * F /( R * T) ] + [( ln aCu2+ )/ 2 ]}

ER = 0,199 V

aAg+ = 9,66 * 10 -6 mol / dm3

LAgCl = ( aAg+ )2

LAgCl = 9,33 * 10-11

WNIOSKI :

  1. Wartości doświadczalne SEM obydwu ogniw różnią się nieznacznie od wartości teoretycznych . Częściowo może to być spowodowane niedokładnością przyrządów , niezbyt dokładnym przeprowadzaniem ćwiczenia . Jednak w głównej mierze jest to spowodowane nie uwzględnieniem potencjału dyfuzyjnego .

  2. Wartość iloczynu rozpuszczalności AgCl wyznaczona w ćwiczeniu wynosi LAgCl = 9,33 * 10-11 i różni się od wartości tablicowej o jeden rząd wielkości (LAgCl = 9,3 * 10-10 - dane tablicowe ) . Jest to spowodowane prawdopodobnie wystąpieniem błędów podczas wykonywania ćwiczenia .



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ogniwagal.wzor, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Ogniwa
kasi ogniwa, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Ogniwa
Pojęcia na egzamin z metali, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Chemia a ochrona środowiska - referat, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Katalizatory - referat, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
wielkości molowe-odp na pytania, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Ściąga z chemii (Na, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Ściąga na zaliczenie laboratorium u mgr. Pacławskiego, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki roz
Grupy główne i podgrupy układu okresowego pierwiastków, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki ro
Ściąga do metali z hutnictwa i nie tylko, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Wodorotlenosole, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Napięcie powierzchniowe1, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE
elektrolity, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Ściąga z chemii (C, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Liczby przenoszenia, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Liczby przenoszenia
okładka-sb lab 15, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
oddana, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, pH
!!!!!!!!destylacja, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, destylacja

więcej podobnych podstron