A téma a elektrokémiai feszültség sorozat fémek
Célkitűzés: elérhető tapasztalatok függését a redox tulajdonságait fémek helyzetüket az elektrokémiai sorban feszültségeket.
Berendezés és anyagok: csövek, Kémcsőtartók, alkohol lámpa, szűrőpapír, pipetták, 2N. HCl-oldattal és H2 SO4. Koncentrált H2 SO4. híg és tömény HNO3. 0,5 M oldatait CuSO 4. Pb (NO 3) 2 vagy Pb (CH3COO) 2; darab fém alumínium, cink, vas, réz, ón, vas iratkapcsot, desztillált vízzel.
A kémiai jellege bármilyen fém nagyrészt annak a ténynek köszönhető, mivel könnyen oxidálódik, azaz, milyen könnyen atomot képesek mozogni az állam a pozitív ionok.
Fémek, hogy mutatnak csekély képessége, hogy oxidált, úgynevezett nem-nemesfém. Fémek oxidálódnak nagy nehezen, az úgynevezett nemes.
Mindegyik fém jellemzi a konkrét értéket a standardpotenciál. A standard potenciálja j 0 a fém elektród vesszük EMF elektrokémiai cella, amelynek tagjai a standard hidrogén elektród található a bal oldalon, és a fémlap elhelyezni a fémsó-oldat és az aktivitást (Híg használhatja koncentráció) a fém kationok az oldat denevér egyenlő 1 mol / l; T = 298 K; p = 1 atm. (Normál állapotban). Ha a reakciókörülmények eltérőek a szabványos, szükséges figyelembe venni a függőség a elektród potenciál a koncentráció (több tevékenységet) fémionokat oldatban, és a hőmérséklet.
A függőség a elektród potenciál a Nernst-egyenlet fejezi ki a koncentrációt, amely alkalmazható a rendszer:
Felírható a következőképpen:
,
ahol - a standardpotenciál, V;
R - gázállandó;
F - Faraday-állandó ( „96500 C / mol);
n - az elektronok száma a folyamatban részt vevő;
AME n + - Activity fémionok az oldatban mol / l.
Figyelembe a T értéke = 298 K kapjunk
ahol az aktivitást a híg oldatok helyettesíthető ionkoncentráció, kifejezett mol / l.
Fémekkel növekvő sorrendjében a nagyságrendje a standardpotenciál 0 j megfelelő felezési reakció helyreállítási, kap több olyan fémek feszültségek (száma standardpotenciál). Az azonos számú van elhelyezve egy standardpotenciál hidrogén nullára van állítva, a rendszer, amelyben a folyamat zajlik:
Ebben az esetben, a standardpotenciál nemesfémek negatív értéket, és a nemes - pozitív.
Egy elektrokémiai sorban a fémek feszültségek
Ez a sorozat ismerteti az oxidációs-redukciós képessége „fém - fémion” rendszer vizes oldatban, standard körülmények között. A állni az elektrokémiai sorban fém (minél kisebb a j 0), annál inkább egy erős redukálószer, és annál könnyebben a fématomok adományozni elektronokat, fordult kationok, kationok a fém, de nehezebb csatolja elektronok, fordult semleges atomok.
Redox reakciók részvételével fémek és fém kationok az irányban, amelyben a fém egy alsó elektródot potenciál egy redukálószerrel (azaz, oxidált), és a fém kationok nagy elektród potenciál - oxidánsok (azaz, felújított). Ebben a tekintetben, az elektrokémiai sorban a fémek feszültségek jellemzik a következő minták:
1. Mind a fémsók oldatot kiszorítja, egyéb fémek, a jobb szemben ez az elektrokémiai sorban a fémek feszültségek.
2. valamennyi fémek, amelyek az elektrokémiai sorban feszültségek maradnak hidrogénatom kiszorítják hidrogén híg savak.
A módszertan a vizsgálatok
1. kísérlet: kapcsolása fémek sósavval.
A négy cső felöntjük 2 - 3 ml sósavat, és helyezzük őket egy darab alumínium, cink, vas és réz külön-külön. Mely a kombinált fémek kiszorítják hidrogénatom a sav? Írja reakció egyenletek.
2. kísérlet: A kapcsolási fém kénsavval.
Az alsó vas darab csövet, és adjunk hozzá 1 ml 2 n. kénsavat. Azt figyeltük meg? Ismételjük meg a kísérletet egy darab réz. hogy a reakció lép fel?
Ellenőrizzük a fellépés tömény kénsav a vas és a réz. Magyarázza meg észrevételeit. Írja minden reakció egyenletek.
3. kísérlet: A reakciót réz salétromsavval.
Tedd két csőbe egy darab réz. Az egyikben önteni 2 ml hígított salétromsavat, a második - konc. Ha szükséges, a csöveket, hogy felmelegedjen egy szellem. Mi gáz képződik az első csőbe, és egy második? Rögzíti a reakciókat.
4. kísérlet: Kölcsönhatás fémsókat.
Pour cső 2 - 3 ml réz-szulfát-oldatot (II), és az alsó darab vas huzal. Mi folyik itt? Megismételni a tapasztalat helyett a vas huzal egy darab cink. Írja reakció egyenletek. Öntsük egy fiolába 2 ml-acetát vagy ólom-nitrát oldatot (II), és az alsó darab cink. Mi folyik itt? Írja reakcióegyenletét. Adjon meg egy oxidálószer és egy redukálószerrel. Függetlenül attól, hogy a reakció előrehaladásával, ha a cink cserélje réz? Ahhoz, hogy adjon magyarázatot.
11.3 Szükséges szint elkészítésének diákok
1. Tudni, hogy a koncepció a standardpotenciál, van egy ötlete, annak méreteit.
2. Ahhoz, hogy használja a Nernst-egyenlet, hogy meghatározzuk az elektród potenciál körülmények között eltérő a standard.
3. Tudd meg, mi több fém hangsúlyozza, hogy ez jellemzi.
4. Ahhoz, hogy használata számos fémek feszültségek irányának meghatározásához redox reakciók részvételével fémek és kationok, valamint fémek és savak.
Feladatok önkontroll
1. Mit tömeges technikai vasat tartalmazó 18% szennyeződést szükséges elmozdulása a megoldás a nikkel-szulfát (II) 7,42 g nikkel?
2. Az ezüst-nitrát oldatot elhagytuk vörösréz lemez 28 g. Tömegű lemezt eltávolítottuk, obmyta, megszárítjuk és megmérjük a végén a reakciót. A masszát 32.52 g Mit tömegű ezüst-nitrát volt a megoldás?
3. Határozza meg az értéket az elektród potenciálja réz merítjük 0,0005 mólos réz-nitrát (II).
4. Az elektród potenciálját cink, elmerül 0,2 M ZnSO4 oldatot. 0,8 V. meghatározzuk a látszólagos disszociációs fokú ZnSO4 oldatot a koncentráció.
5. Számítsuk ki a potenciális hidrogén elektród, ha a hidrogénionok koncentrációját az oldatban (H +) 3,8 • 10 -3 mol / l.
6. Számítsuk ki a vas elektród potenciál csökkent tartalmazó oldathoz 0,0699 g FeCI2 0,5 l.
7. Az úgynevezett standardpotenciál a fém? Mi egyenlet fejezi ki a függőség elektródpotenciálok az összefonódás?
Lab № 12
Cél: tapasztalatok értékelésének elvei az elektrokémiai cella, mastering EMF számítási eljárás elektrokémiai cellák.
Berendezés és anyagok: a réz és cink lemezek, csatlakozik a vezetékek, réz és a cink lemezek csatlakoztatott vezetékek rézlemez, csiszolópapír, egy voltmérőt 3 főzőpoharat 200-250 ml. mérőhenger, állvány egy abban rögzített U - alakú cső, a só-hidat oldatot 0,1 M réz-szulfát, cink-szulfát, nátrium-szulfát, 0,1% fenolftalein-oldattal 50% -os etanolban.
Galvánelem - kémiai áramforrás, azaz a készülék termel elektromos energiát közvetlen átalakulása kémiai energia egy redox reakcióban.
Az elektromos áram (irányított mozgása töltött részecskék) átvitelre kerül a áramvezetők, a vezetékek vannak osztva az első és a második fajta.
A vezetékek az első típusú magatartási villamos energia az elektronok (elektron karmester). Ezek közé tartozik az összes fémek és ötvözeteik, grafit, szén, valamint néhány szilárd oxidok. A villamos vezetőképesség a vezetékek közötti tartományban van a február 10-június 10 ohm -1 cm -1 • (például a szén - 200 ohm -1 • cm -1 • ezüst 6 május 10 ohm -1 • cm-1.).
másodfajú vezetékek villamos vezetési ezek ionjai (ionos vezetők). Ezek jellemző az alacsony vezetőképesség (például H2 O - 4 • 10 -8 ohm -1 • cm-1).
A kombinált vezetékek az első és a második típusú elektród van kialakítva. Ez leggyakrabban fém, mártott saját lében.
Amikor egy fémlemez vízbe mártjuk, a fématomok található a felületi réteg az intézkedés alapján a poláros vízmolekulák hidratált. Ennek eredményeként a hidratációs és termikus mozgás kapcsolatban azok kristályrács csökken, és egy atomok számát, végbe, mint hidratált ionok a folyékony szomszédos réteget a fémfelülethez. A plakk megtöltjük a negatív:
Ahol Me - fématom; Me n + • N H2 O - hidratált fém-ion; e - - elektron, n - a felelős a fémion.
Egyensúlyi állapotban függ a fém aktivitását és a koncentráció az ionokra oldatban. Abban az esetben, reaktív fémek (Zn, Fe, Cd, Ni) kölcsönhatás poláris molekulái víz elválasztási végétől felületén a pozitív ionok, és átmenetifém-ionok egy hidratált oldatban (1A.). Ez a folyamat egy oxidáció. Mivel a koncentráció a kationok a felszínen a fordított folyamat sebessége növekszik - csökkentése a fémionok. Végül, mindkét folyamat kiegyenlített sebesség, egyensúly alakul, amelyben az oldat-fém elektromos kétrétegű fém egy konkrét értéket a potenciális.
Ábra. 1. rajz megjelenése potenciálja
Amikor a fém nem merül bele a víz, és a fémsó-oldat egyensúlyi balra tolódik, vagyis az irányt átadása ionok az oldatból, hogy a fém felületén. Ez létrehozza az új egyensúly már egy másik lehetséges a fém.
A nagyon kicsi inaktív fém egyensúlyi koncentrációja fémionok tiszta vízben. Ha egy ilyen fém merítjük sóoldat, a fém kationok az oldatból felszabaduló nagyobb sebességgel, mint a sebességet az átmenetifém-ionok az oldatból. Ebben az esetben, a fémfelület kap egy pozitív töltés, és az oldatot - miatt negatív felesleges só anionok (1. ábra b.).
Ily módon, amikor a fém vízbe merítik, vagy egy oldat, amely ionokat a fém, egy elektromos kettős réteg van kialakítva, amely bizonyos potenciális különbség a fém-oldat fázisú felületen. Az elektróda potenciál függ a természet a fém, a koncentrációja az ionokra oldatban és a hőmérsékletet.
Az abszolút értéke az elektród potenciál j egyedi elektród nem határozható meg kísérletileg. Azonban lehetséges, hogy az intézkedés a potenciális különbség a két kémiailag különböző elektródákat.
Feltételek veszi a standard hidrogén elektród potenciálja nullával egyenlő. Standard hidrogén elektród egy platina-lemez, platina-szivacs bevont savba merülő oldatban egy hidrogénion-aktivitása 1 mol / liter. Az elektróda mossuk hidrogéngázzal 1 atm nyomáson. és hőmérséklete 298 K. Az egyensúly kialakítását:
A standard potenciálja j 0 a fém elektród vesszük EMF a sejt, amely egy standard hidrogén elektród és a fémlap elhelyezni a fémsó-oldat és az aktivitást (Híg használhatja koncentráció) a fém kationok az oldatban egyenlőnek kell lennie 1 mól / l- ; T = 298 K; p = 1 atm. (Normál állapotban). Az érték a standardpotenciál mindig nevezik félig reakció vissza:
Me n + + N E - → Me
Fémekkel növekvő sorrendjében a nagyságrendje a standardpotenciál 0 j megfelelő felezési reakció helyreállítási, kap több olyan fémek feszültségek (száma standardpotenciál). Azonos számú elhelyezett standardpotenciál a rendszer, nullára van állítva:
J függése az elektród potenciálja a fém a hőmérsékletet és a koncentrációt (aktivitás) meghatározzuk a Nernst-egyenlet, amely alkalmazható a rendszer:
Felírható a következőképpen:
,
ahol - a standardpotenciál, V;
R - gázállandó;
F - Faraday-állandó ( „96500 C / mol);
n - az elektronok száma a folyamatban részt vevő;
AME n + - Activity fémionok az oldatban mol / l.
Figyelembe a T értéke = 298 K kapjunk
ahol az aktivitást a híg oldatok helyettesíthető ionkoncentráció, kifejezett mol / l.
EMF bármilyen elektrokémiai cellát lehet meghatározni, mint a különbség az elektród potenciál a katód és az anód:
A negatív rúdrész nevezett az anód, ez egy folyamat oxidációs:
Me - NE - → Me n +
A pozitív pólus hívják a katód, ez a helyreállítási folyamat:
A sejt lehet írni vázlatosan, hogy tiszteletben tartják az egyes szabályok:
1. Az elektróda hagyjuk kell jegyezni a szekvenciában fém - ion. Az elektróda van rögzítve a megfelelő sorrendben ion - a fém. (-) Zn / Zn2 + // Cu 2+ / Cu (+)
2. A fellépő, a bal oldalon elektróda van rögzítve, mint oxidáló, és a reakciót, hogy a megfelelő elektród - mint csere.
3. Ha az EMF elem> 0, akkor a sejt működik spontán. Ha az EMF <0, то самопроизвольно будет работать обратный гальванический элемент.
A módszer a tapasztalatok
Kísérlet előállítása 1. réz-cink galvánelem
Kap egy laboratóriumban a szükséges eszközök és reagensek. A főzőpoharat öntsünk 200 ml 100 ml 0,1 M réz-szulfát-oldatot (II), és engedje le egy rézlemez csatlakozik a vezeték. A második üveg öntsük azonos térfogatú 0,1 M cink-szulfát-oldattal, majd engedje le a cink lemez csatlakozik a vezeték. A lemezeket kell előre tisztítani csiszolópapírral. Szerezzen be egy laboratóriumi sóhíd és csatlakoztassa a két elektrolit. A só-hidat van töltve gél (agar-agar) üvegcső mindkét végén, amelyek zárva vannak egy vattacsomóval. Tengely inkubáljuk telített vizes nátrium-szulfát, ami a gél duzzadásának köszönhetően, ez látható az ionos vezetőképességet.
A tanár csatlakoztassa a voltmérővel a pólusok kialakítva az elektrokémiai cella és mérje meg a feszültséget (ha mérésére voltmérő kis ellenállás, a különbség az érték a EMF és a feszültség alacsony). A Nernst-egyenlet, kiszámítja az elméleti érték elektromotoros erő cellában. EMF feszültsége kisebb, mint a cella miatt az elektróda polarizáció és ohmos veszteségek.
2. kísérlet Az elektrolízis nátrium-szulfát
A kísérlet folyamán a termelt villamos energia az elektrokémiai cella által, azt javasolják, hogy elektrolízist végezni nátrium-szulfátot. Erre a célra, U - alakú cső öntsünk nátrium-szulfát-oldatot, és a helyére mindkét térd rézlemez, sztrippeljük dörzspapír és kapcsolódik a réz és a cink elektródákat az elektrokémiai cella ábrán látható. 2. Az egyes törzs U-cső, adjunk hozzá 2-3 csepp fenolftaleint. Egy idő után a katódtérben az elektrolizáló cella festőoldatot figyelhető meg a rózsaszínű szín képződése miatt lúg a katódos redukálással a víz. Ez azt jelzi, hogy az elektrokémiai cella működése áramforrásként.
Tedd egyenlet lezajló folyamatok a katód és az anód a elektrolízise vizes nátrium-szulfát oldatot.