GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr: 18fk
Töö pealkiri: GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm:KATB-41
Töö teostamise
kuupäev:12/02/14
Kontrollitud:
Arvestatud:
Joonis 17. Elektromotoorjõu mõõtmise skeem
Töö ülesanne. 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.
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 (Miks?).
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 ja arvutused:
Element: Zn|ZnSO4||KCl||CuCl2|Cu
0,2 m 0,1m
Ioonide keskmise molaalsuse arvutus aktiivsuste arvutamiseks:
v+ ja v- on katioonide ja anioonide arv
Ioonide üldine valem v=v++v-
Ioonide molaarsused m+=mv+ ja m-=mv2
Keskmine ioonne aktiivsus
Ioonide aktiivsused
ja
m
m
C: Leian Zn ja Cu aktiivsused ja seejärel teoreetilised potentsiaalid elektroodidele Nernsti võrrandi järgi.
*Aktiivsustegurid ja standartpotentsiaalid on võetud käsiraamatust.
V
V
B: Leian elektroodidele mõõdetud potentsiaalid φ(+)mõõdet ja φ(-)mõõdet
Võrdluselektroodi potentsiaal on φAg/AgCl = 0,2252 V
φ(-)mõõdet = 0,2252 – 0,955 = -0,730 V
φ(+)mõõdet = 0,2252 + 0,079 = 0,3042 V
Leian mõõdetud ja teoreetiliste potentsiaalide vahed:
φmõõdet - φteor(Zn) = -0,730 + 0,813 = 0,083 V
φmõõdet - φteor(Cu) = 0,3042-0,3048=-0,0006V
A: Leian elemendi elektromotoorjõu mõõdetud elektroodide potentsiaalide järgi:
E’arv= φ(+)mõõdet – φ(-)mõõdet = 0,3042+0,730 = 1,0342 V
Katse temperatuur 25 °C.
A. Elektromotoorjõu mõõtmine
Element
Emõõdet
E´arv =φ(+)mõõdet – φ(-)mõõdet
E´´arv = φ(+)teor – φ(-)teor
Zn/ZnSO4//KCl//CuCl2/Cu
0,2m 0,1m
1,036
0,3042+0,730=1,034
0,3048+0,813=1,118
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.
Zn/ZnSO4//KCl//KCl/AgCl/Ag
0,955
0,2252 – 0,955 =
-0,730 V
-0,730+0,813=0,0830
2.
Ag|AgCl||KCl||KCl|CuCl2|Cu
0,079
φ(-)mõõdet = 0,2252 +0,079 = 0,3042 V
0,3042-0,3048=-0,0006
C. Elektroodide potentsiaalide arvutus
Jrk.nr.
Elektrood
Molaalsus
m
Aktiivsustegur
γ±
Aktiivsus
a±
Normaalpotentsiaal
φ0
φteor
Zn/Zn+2
0,2
0,104
0,0208
-0,763
-0,813
Cu2+/Cu
0,159
0,508
0,0808
0,337
0,3048
Järeldus: Mõõdetud ja teoreetilise φ vahe on Zn puhul suurem kui Cu puhul, seda ilmselt seetõttu kuna lahjenduse CuCl2 tegin ise ning sellest võis tulla ebatäpsusi. Samas mõõdetud ja teoreetiline emj erinesid teineteisest 7,5%. Viga võis tulla sellest, et CuCl2 jaoks tehtud lahjendus oli ebatäpne või muudest katse käigus tehtud vigadest. Kokkuvõtteks võiks öelda, et katse õnnestus, samuti õppisin katse käigus palju galvaanielementide kohta.