GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 18f
GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE
Üliõpilase nimi:
Õpperühm:
Töö teostamise
kuupäev:
05.03.2014
Kontrollitud:
Arvestatud:
Joon. 17. Elektromotoorjõu mõõtmise skeem
Töö eesmärk
Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi - kas kalomel- või hõbe-hõbekloriidelektroodi suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega.
Aparatuur
koostatakse vastavalt joonisel 17 näidatud skeemile. See koosneb järgmistest osadest:
1) uuritav galvaanielement,
2) võrdluselektrood (kas kalomel- või hõbe-hõbekloriidelektrood)
3) voltmeeter .
Emj. mõõtmiseks kasutatakse suure sisetakistusega (108 — 109Ω ) numbrilise näiduga voltmeetrit, kuna seda läbib üliväike vool.
Katse käik
Vastavalt praktikumi juhendaja korraldusele valmistatakse galvaanielement. Selleks valatakse elektroodinõudesse ~30 ml nõutava kontsentratsiooniga lahust, kuhu paigutatakse eelnevalt liivapaberiga hoolikalt puhastatud elektroodid .
Elektroodinõude vahele asetatakse difusioonipotentsiaali vähendamiseks kas KCl või KNO3 vahelahus ja ühendatakse lahused elektrolüütiliste sildadega, Ag/Ag+ elektroodi puhul tuleb kasutada KNO3 vahelahust ja vastavat soolasilda.
Edasi koostatakse mõõteskeem, mille abil määratakse elektromotoorjõud nii uuritavale galvaani-elemendile kui ka galvaanielementidele, mis koosnevad uuritavatest elektroodidest ja võrdluselektroodist.
Skeemi koostamisel võetakse käsiraamatust normaalpotentsiaalide väärtused, mille abil hinnatakse, milline elektrood on uuritavas galvaanielemendis positiivne, milline negatiivne. Polaarsust tuleb silmas pidada ka galvaaniahela koostamisel võrdluselektroodi abil.
Seega mõõdetakse antud töös elektromotoorjõudu:
1) uuritavale galvaanielemendile;
2) ja 3) galvaanielementidele, mis koosnevad ühest uuritavast elektroodist (poolelemendist) ja võrdluselektroodist (kalomel- või hõbe­hõbekloriidelektroodist).
Kahe viimase galvaanielemendi elektromotoorjõudu ja võrdluselektroodi potentsiaali kasutatakse uuritavate elektroodide potentsiaalide arvutamiseks. Arvutamisel tuleb tähele panna, kas uuritav elektrood on elemendis positiivne või negatiive.
Näiteks elemendis
Ag/AgCl/KCl//KCl// CuSO4 /Cu on vaskelektrood positiivne.
Elemendi emj.
E = φCu – φAg/AgCl/KCl ,
millest φCu = E + φAg/AgCl/KCl.
Elemendis
Zn/ZnS04//KCl//KCl/AgCl/Ag on kalomelelektrood positiivne, seega
E = φAg/AgCl/KCl – φZn
millest φZn = φAg/AgCl/KCl – E
sellest tingituna on tabelis B elektroodi potentsiaali avaldis φmõõdet = φAg/AgCl/KCl ± Emõõdet
Pärast mõõtmist arvutatakse teoreetilised suurused, mida võrreldakse katselistega. Potentsiaali ja emj. teoreetilised väärtused arvutatakse Nernsti valemi põhjal, kusjuures normaalpotentsiaalid ja aktiivsustegurid võetakse vastavatest tabelitest.
Katseandmed esitatakse järgmiselt.
A. Elektromotoorjõu mõõtmine
Element
Emõõdet
E´arv =φ(+)mõõdet – φ(-)mõõdet
E´´arv = φ(+)teor – φ(-)teor
Cd/CdSO4//KCl//CuCl2/Cu
0,1m 0,05m
0,716
0,714
0,750
φ(+)mõõdet ja φ(-)mõõdet võetakse tabelist B
φ(+)teor ja φ(-)teor võetakse tabelist C
B. Elektroodide potentsiaalide mõõtmine
Jrk. nr.
Element
E´mõõdet
φmõõdet=φAg/AgCl/KCl±E´mõõdet
φmõõdet – φteor
1
Cd/CdSO4//KCl//KCl/AgCl/Ag
0,1m
0,646
-0,44801
0,00469
2
Ag/AgCl//KCl//KCl/CuCl2/Cu
0,05m
0,068
0,26599
-0,03141
C. Elektroodide potentsiaalide arvutus
Jrk.nr.
Elektrood
Molaalsus
m
m±
Aktiivsustegur
γ±
Aktiivsus
a±
Normaalpotentsiaal
φ0
φteor
1
Cd/Cd+2
0,1
0,1
0,206
0, 0206
-0,403
-0,4527
2
Cu/Cu+2
0,05
0,079
0,577
0,0456
0,337
0,2974
Aktiivsustegurid, normaalpotentsiaalid ja φAg/AgCl/KCl on pärit käsiraamatust.
Keskmise molaalsuse, aktiivsuse ja teoreetilise potentsiaali leidmiseks kasutasin valemeid:
JÄRELDUSED
Leidsin 3 emj väärtust: Emõõdetud, E´arvutatud ja E´´arvutatud(teoreetiline).
Ideaalis peaksid kõik kolm kokku langema ning ka mul satuvad nad üksteisele üsna lähedale. Need arvud on vastavalt: 0,716 , 0,714 ja 0,750
Arvutan katsevea ! Võrdlen mõõdetud E teoreetilise E-ga.
Sellest võib järeldada, et katse õnnestus.