Возможность осуществления окислительно-восстановительных реакций

Пользуясь таблицей потенциалов, определите, будут ли протекать следующие окислительно-восстановительные реакции и проверьте опытным путем свои выводы:

1) 2KMnO₄ + 16HCI_конц. ® 2MnCI₂ + 5CI₂ + 2KCI + 8H₂O

Напишите уравнение Нернста для этих реакций.

Гальванические элементы

Гальванический элемент составляют из двух полуэлементов, соединенных друг с другом солевым мостиком. Полуэлемент представляет собой сосуд с раствором электролита, контактирующий с соответствующим металлом. В качестве солевого мостика используют H-образную трубку, концы которой с одной стороны соединены резиновым шлангом. В нее наливают насыщенный раствор хлорида калия выше перемычки, и концы трубки закрывают ватными тампонами, причем вата должна немного выступать за края во избежание образования изолирующих воздушных пузырей. Повернув мостик вниз тампонами, легким постукиванием удаляют пузырьки воздуха из токопроводящей части и замыкают им полуэлементы.

При составлении нового гальванического элемента насыщенный раствор хлорида калия и ватные тампоны в солевом мостике должны заменяться на свежие.

Перед экспериментом металлические пластины и контакты электродов нужно зачищать наждачной бумагой и промывать дистиллированной водой.

 

а) Определение потенциала отдельного электрода

С помощью цифрового вольтметра измерьте ЭДС гальванического элемента, составленного из хлорсеребряного и медного (0,1 М раствор CuSO₄) электродов:

(–) Аg│АgCI│KCI│ Cu²⁺│Cu (+).

Потенциал хлорсеребряного электрода указан на нем. Потенциал медного полуэлемента рассчитайте по формуле

E_x = E_Сu – E_кал ; E_Сu = E_x + E_кал

Сравните экспериментальное значение с вычисленным по уравнению Нерста, используя активную концентрацию сульфата меди ¹⁾: а = γ·C_М

 

Полуэлемент	Концент- рация раствора	ЭДС из опыта	Ехсэ	Потенциал электрода из опыта	Потенциал электрода из уравнения Нернста	% ошибки
Сu2+| Сu	0,1моль×л-1

б) Медно-цинковые гальванические элементы

Используя отдельные полуэлементы Сu²⁺| Сu и Zn²⁺| Zn с растворами различных концентраций (согласно таблице), составьте гальванические элементы Сu-Zn, измерьте их ЭДС.

Сравните полученные результаты с вычисленными по уравнению Нернста с учетом активностей растворов 1).

Результаты запишите в таблицу:

Концентрация электролита СuSО4 ZnSO4	ЭДС элемента из опыта	ЭДС из уравнения Нернста	% ошибки
0,1 М	0,1 М
0,1 М	0,005 М

Напишите уравнения электродных процессов.

в) Концентрационный гальванический элемент

Измерьте ЭДС концентрационного ХИТ, используя полуэлементы Сu²⁺| Сu с 0,1 М и 0,005 М растворами СuSO₄.

Сравните полученный результат с вычисленным по уравнению Нернста с учетом активностей растворов.

Результаты запишите в таблицу

Полуэлемент	Концентрация I II	ЭДС из опыта	ЭДС из уравнения Нернста	% ошибки
Сu2+| Сu	0,1 М 0,005 М

Напишите уравнения электродных процессов

г) Определение электродного потенциала redox-электрода в нестандартных условиях.

В качестве redox-электрода используется изомолярная смесь ([Fe(CN)₆]^3-, [Fe(CN)₆]^4–│Pt) в нестандартных условиях.

В качестве электрода сравнения − хлорсеребряный электрод (ХСЭ) (Ag│AgCl│Cl^-, Ехсэ = 0,2 В). Инертная Pt-проволока (проводник 1 рода) redox-электрода впаяна в стеклянную трубку и подключена к прибору в комплекте с электродом сравнения.

Проведение эксперимента:

Измерьте значения ЭДС (Е_гэ) заданного гальванического элемента для чего

1. В пластмассовый стаканчик налейте по 7 мл изомолярных (5*10^-3 М) растворов солей трёхвалентного (Fe³⁺) и двухвалентного (Fe²⁺) железа: К₃[Fe⁺³(CN)₆] - гексацианоферрата (III) и К₄[Fe⁺²(CN)₆] - гексацианоферрата (II)калия. Смесь, содержащую окисленную и восстановленную формы реагента, перемешайте стеклянной палочкой.

2. Стаканчик с дистиллированной водой держите левой рукой, а правой отведите в сторону круглый столик. Освободив электроды, снимите с них капли воды фильтровальной бумагой.

3. Погрузите электроды в исследуемый раствор. Нажмите кнопку «ВКЛ».

4. Нажмите кнопку «РЕЖИМ» и установите единицы измерения «мВ».

5. Запишите значение ЭДС гальванического элемента. (Е_гэ =Е_кат- Е_анода =Е_redox –Е_хсэ)

6. Выключите прибор. Электроды погрузите в дистиллированную воду.

7. Рассчитайте электродный потенциал redox-электрода в нестандартных условиях:

а) по результатам измерения: Е _redox = Е_{ГЭ (измеренная величина})+ Е_хсэ

б) по уравнению Нернста, подставляя под знак lg активные (а) концентрации потенциалопределяющих ионов

[Fe(CN)₆]^3-_{(ок. ф.)} и [Fe(CN)₆]^4-_{(вос. ф.)} (а=γ*c)

Е _redox = Е ⁰_redox + = Е⁰_redox + 0,059 ^*) = Е⁰_redox + 0,059 (lg γ _{ок. ф.} - lg γ _{вос. ф.})

γ – коэффициент активности, зависящий от ионной силы (J) раствора. lg γ = -

J = 0,5 ΣC_i·Z_i² =

 

= 0,5*(2,5*10^-3 *3² + 2,5*10^-3*4² + 7*2,5*10^-3 *1) = 0, 04

_{окисл. форма восстан. форма ионы} К⁺

lg γ _{ок.ф .}= - = - 0,75 lg γ _{вос. ф .}= - = - 1,333 (cм. тему «Растворы», стр.)

Анод	Катод	ЭДСг.э.	Ехсэ	Е0redox	Е redox опыт	Еredox теор.	Ошибка опыта

 

Напишите уравнения электродных реакций.

 

Аккумуляторы

а) Свинцовый аккумулятор

В U – образную трубку налейте до половины 20%-ного раствора серной кислоты и погрузите два зачищенных свинцовых электрода. При помощи прибора убедитесь в отсутствии тока. Подключите электроды к сети постоянного тока и пропустите ток в течение 3 – 5 минут. Отключите электроды и убедитесь в наличии тока в аккумуляторе.

Напишите уравнения электродных процессов при зарядке, химическую реакцию при работе аккумулятора и уравнение Нернста для этого аккумулятора.

б) Щелочной аккумулятор

В U – образную трубку налейте до половины 20%-ный раствор КОН и погрузите зачищенные железный и никелевый электроды. При помощи прибора убедитесь в отсутствии тока. Подключите плюс постоянного тока к никелевому электроду, минус – к железному и пропустите ток в течение 3 – 5 минут. Отключите электроды и убедитесь в наличии тока в аккумуляторе после зарядки.

Напишите уравнения электродных процессов при зарядке, химическую реакцию при работе аккумулятора и уравнение Нернста для этого аккумулятора