Laboratoorne töö FK 18, Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodi potentsiaalide määramine (1)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. FK18
Töö pealkiri: Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodipotentsiaalide määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm:
Töö teostamise
kuupäev:
Kontrollitud:
Arvestatud:

Tööülesanne

Valmistada galvaanielement ja mõõta selle elektromotoorjõudu. Mõõta ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi, hõbe-hõbekloriidelektroodi, suhtes. Mõõdetud suurusi tuleb võrrelda Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega.

Katse käik

Valmistasin galvaanielemendi Cd, CdSO4ǁKClǁCuCl2,Cu .Selleks valasin elektroodinõudesse u 30 ml nõutava kontsentratsiooniga lahust, (CdSO4 0,05m ja CuCl2 0,1m), kuhu sisse paigutasin elektroodid .
Elektroodide vahele asetasin KCl vahelahuse ja ühendasin lahused omavahel elektrolüütiliste sildadega. Voltmeetrilt lugesin elektromotoorjõu näidud esialgsele galvaanielemendile ning galvaanielementidele, mis koosnesid ühest uuritavast elektroodist ja hõbehõbekloriidelektroodist (võrdluselektroodist).

Teoreetiline põhjendus ja valemid

Galvaanielememdi elektromotoorjõud E võrdub juhul, kui difusioonipotentsiaali ei arvestada, elektroodide potentsiaalide vahega: , kus ϕ2 ja ϕ1 on vastavalt positiivse ja negatiivse elektroodi potentsiaalid.
Kui elektroodil toimub reaktsioon νOksOks + ze- = νRedRed, kus Oks ja Red on vastavalt aine oksüdeerunud ja redutseerunud vormid, e on elektron ja ν on koefitsient, siis on tema potsentsiaal arvutatav Nernsti valemi järgi.
Nernsti valem: , kus ϕ0 on elektroodi normaalpotentsiaal , T – temperatuur, F – Faraday konstant ja a – aktiivsus.
Temperatuuril 298K
Seega sellel temperatuuril
Elektroodi normaalpotentsiaal võrdub elektroodi potentsiaaliga, kui reaktsioonist osavõtvate ainete aktiivsused on võrdsed ühega. Normaalpotentsiaalid on toodud käsiraamatutes.
Eraldi rühma moodustavad nn II liki elektroodid, kus metallelektrood asub selle metalli raskestilahustuvat ühendit sisaldavad ja viimasega ühist aniooni omava hästilahustuva soola lahuses. Näiteks hobe-hõbekloriidelektrood Ag│AgCl, Cl-ǁ.
Sellel elektroodil toimub reaktsioon Ag++e-→Ag ja vastavalt Nernsti võrrandile avaldub tema potentsiaal .
Kuna aga lahuses on küllastatud AgCl-ga, siis sõltub hõbeda ioonide aktiivsus lahuses olevate kloori ioonide aktiivsusest vastavalt seosele , kus LAgCl on AgCl lahustuvuskorrutis .
Seega elektroodi potentsiaal ,
kus .
Samasuguse võrrandi saame, kui rakendame Nernsti võrrandit elektroodil toimuvale summaarsele reaktsioonile AgCl+e-→Ag+Cl-, kuna aAgCl=1 ja aAg=1.

Katseandmed , tulemused ja arvutused

Katse temperatuur: 25⁰C
ϕ(+)mõõdetud ja ϕ(-)mõõdetud võetakse tabelist B.
ϕ(+)teoreetiline ja ϕ(-)teoreetiline võetakse tabelist C.

Elektromotoorjõu mõõtmine
Element
Emõõdetud
E’arvutuslik =
ϕ(+)mõõdetud-ϕ(-)mõõdetud
E’’arvutuslik =
ϕ(+)teoreetiline- ϕ(-)teoreetiline
Cd│CdSO4ǁKClǁCuCl2│Cu
0,05m 0,1m
0,722 V
0,724
0,7663

Elektroodide potentsiaalide määramine
Jrk nr
Element
E’mõõdetud
ϕmõõdetud =
ϕAg/AgCl/KCl±E’mõõdetud
ϕmõõdetud- ϕteoreetiline
1
Cd│CdSO4ǁKClǁAgCl│Ag
0,05m
0,639 V
-0,440
0,0216
2
Ag│AgClǁKClǁCuCl2│Cu
0,1m
0,085 V
0,284
-0,0207
ϕAg/AgCl/KCl = 0,199 V

Elektroodide potentsiaalide arvutus
Jrk nr
Elektrood
Molaalsus
m
Aktiivsustegur
γ±
Aktiivsus
a±
Normaalpotentsiaal
ϕ0
ϕteoreetiline
1
Cd/Cd2+
0,05
0,206
0,0103
-0,403
-0,4616
2
Cu/Cu2+
0,1
0,508
0,0806
0,337
0, 3047
Aktiivsusteguri γ leidsin käsiraamatust.
Aktiivsuse saab arvutada valemi
kohaselt.
Normaalpotentsiaal ϕ0 on leitav käsiraamatust.
ϕteoreetiline leitakse valemiga .
Seega
Parandus: Leian Cu2+ aktiivsuse uuesti valemi järgi

Järeldus ja katse viga

Kui võrrelda käsiraamatutest võetud tulemusi ning minu poolt katsete käigus mõõdetud ning selle põhjal arvutatud tulemusi, siis näen, et erinevused on üsna väikesed. Katse võib lugeda õnnestunuks.