Электрохимия - гальванические элементы

Библиотека 5баллов МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ Технический университет Курсовая работа поХИМИИТема Электрохимия.Гальваническиеэлементы выполнил студент группы02-112Арсен Лавру. проверил преподавательСеливанова С.И. г. План 1.Введение с. 2. Теоретическаячасть с. 3. Лабораторная работа 10 с. 4. Решение аналогичныхзадач с. 5.Заключение с. Введение Химия естественная наука, предметом изучения которой является материя, ее измененияи превращения.

Центральным в химии является учение о преобразованиях веществ, втом числе об энергетике и кинетике химических реакций. Изучение этого учения позволитнам предсказывать возможность и направление химических и физико-химическихпроцессов, рассчитывать энергетические эффекты и энергозатраты.Темой моей курсовой работы гальванический элемент Якоби-Даниэля, которая входит в раздел химическихисточников тока, в которых одним из наиболее перспективных являетсяэлектрохимический способ преобразования химической энергии в электрическую,Достоинства их превышают недостатки высокий КПД, бесшумность, безвредность,возможность использования в космосе и под водой, в переносных устройствах, натранспорте и т.д. 2.Теоретическая часть 1 Целью нашей работы является измерение ЭДС гальваническогоэлемента Якоби-Даниеля.2 На электродах гальванических элементов протекаютокислительно-восстановительные реакции т.к. в принцип работы гальваническогоэлемента входит полное или частичное окисление вещества и полное частичное восстановление другого вещества.3 Гальванические элементы широко используются в современнойтехнике в качестве источников питания для различных потребителей.

Рис. 1 4 При погружении металла в раствор начинается сложноевзаимодействие металла с компонентами раствора.

В результате взаимодействияпроисходит окисление металла и его гидратированные ионы переходят в раствор, оставляя в металлеэлектроны, заряд которых не компенсирован положительно заряженными ионами вметалле Me mH2O- gt Me H2O n m neМеталл становится заряженным отрицательно, а раствор -положительно.Положительно заряженные ионы из раствора притягиваются котрицательно заряженной поверхности металла. На границе металл - растворвозникает двойной электрический слой. См.рис 1.5 Уравнение Нернста, протекающее при температуре Т 298К исоответствующих значениях газовой постоянной R и числа Фарадея имеет вид ЕMe n Me ЕоMe n Me 0,059 n IgС Me n где С концентрация раствора 6 Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесияэлектродной реакции, называется равновесным электродным потенциалом.

Для егонахождения, как правило, находят разность потенциалов измеряемого электрода,потенциал которого условно принимают равным нулю. 7 Водородный электрод состоит из платинированной пластины,контактирующей с газообразным водородом, Рис. 1 находящимся под давлением 101 кПа и раствором, в которомактивность ионов Н равна единице.Водородный электрод относится к газовым электродам, вкотором по крайней мере один из реагентов является газообразным.

Так как дляпротекания электродной реакции необходим подвод и отвод электродов, то газовыеэлектроды содержат проводники первого рода, которые непосредственно в реакциине участвуют и в ходе реакции не меняются.

В качестве проводника первого родадля стандартного водородного электрода служит платина.

При контакте платины смолекулярным водородом происходит адсорбция водорода на платине.Адсорбированный водород, взаимодействуя с молекулами воды переходит в раствор ввиде ионов, оставляя в платине электроны. При этом платина заряжаетсяотрицательно, а раствор - положительно, возникает скачок потенциала междуплатиной и раствором. Наряду с переходом ионов в раствор ид т обратный процессвосстановления ионов Н с образованием молекул водорода.Равновесие наводородном электроде можно представить в виде 2Н 2е Н2Абсолютное значение потенциала водородного электроданеизвестно, но условно считают за нуль потенциал стандартного электродного водорода, то есть потенциал при рН2 101 кПа иаН 1 моль л.8 При изменении потенциала электрода применяют хлор -серебряный электрод, так как потенциал его нам известен.9 Связь изменения энергии Гиббса rG реакции, протекающей в гальваническом элементе сконстантой равновесия этой реакции Кр и со стандартной ЭДС этого элемента Е определяется формулой Е - rG nF RT nF ln CB b CD d CL l CM m где CB b CD d CL l CM m -это Кр -3. Лабораторная работа Лабораторная работа 10. Измерение ЭДС гальванического элемента Якоби - Даниеля. Цель работы - исследование зависимости потенциалов электродов первого рода отконцентрации катиона и измерение ЭДС гальванического элемента Якоби - Даниеля.Измеренные нами показатели ЭДС гальванического элемента мызанесли втаблицу и по формулам приступили к нахождению неизвестных нам величин.Схема и принцип работы гальванического элемента Якоби -Даниеля приведена нарисунке.

Схема гальванической цепи ЭДС, В Е опытное, В Е теоретическое, В Ошибка относительная 0,01 м Zn Zn 2 Ag Ag CI KCI 0,91 В -0,709 В -0,819В 13,4 0,1 м Zn Zn 2 Ag Ag CI KCI 0,9В -0,699 В -0,789 В 11,4 1 м Zn Zn 2 Ag Ag CI KCI 0,89В -0,689 В -0,76 В 9,3 0,01 м Cu Cu 2 Ag Ag CI KCI 0,02В 0,221 В 0,281 В 21,3 0,1 м Cu Cu 2 Ag Ag CI KCI 0,025 В 0,226 В 0,31В 27 1 м Cu Cu 2 Ag Ag CI KCI 0,027 В 0,228 В 0,34В 32 Zn Zn 2 Cu 2 Cu 1,05В 1 В 1,1В 4,5 Показания, полученные нами, получились соответственно Еопытн 0,02 0,201 0,221 В -для концентрации 0,01м Еопытн 0,025 0,201 0,226 В -для концентрации 0,1 мЕопытн 0.027 0,20 0,228 В -для концентрации 1 мЭти расчеты были проведены для Cu. Затем мы вычислилизначение электродного потенциала по формуле EZn Ех-с -ЭДСEZn 0,201-0,91 - 0,709 В - для концентрации 0,01м EZn 0,201 - 0,9 - 0,699 В - для концентрации 0,1 м EZn 0,201-0,89 - 0,689 В - для концентрации 1м Данные расчеты были уже проведены нами для серии опытов сZn. Затем мы воспользовались уравнением Нернста для расч татеоретического значения электродного потенциала данного элемента.

Запишем егодля каждой серии опытов.

При с 0,01м Е Zn Zn -0,76 0,095 2 lg0,01 - 0,819 ВE Cu Cu 0,34 - 0,059 - 0,281 В При с 0,1м ЕZn Zn -0,76 - 0,0295 - 0,789 ВECu Cu 0,34 - 0, 0295 0,31 В При с 1м ЕZn Zn -0,76 ВECu Cu 0,34В После этого мы высчитали относительную ошибку нашихизмерений.

При с 0,01м Zn -0,819 0,709 -0,819 х 100 - 13,4 Cu 0,281 -0,221 0,281 х 100 21,3 При с 0,1м Zn -0,789 0,699 -0,789 х 100 11,4 Cu 0,31-0,226 0,31х 100 27 При с 1м Zn -0,76 0,689 -0,76 х 100 9,3 Cu 0,31-0,226 0,34х 100 32 Для элемента Якоби - Даниеля ошибка равна 1,1- 1,05 7 1,1 х 100 4,5 Вывод итак, в результате провед нной нами лабораторнойработы мы научились находить ЭДС гальванического элемента, а также исследовализависимость потенциалов электродов первого рода от концентрации катиона. 4.Решение аналогичных задач 1. Потенциал медного электрода, погруженного в 0,02 М р-р Cu NO3 2 альфа 1 , равен 0,29 В. Вычислите значение стандартногоэлектродного потенциала меди по отношению к водородному электроду. 2. Вычислите ЭДС гальванического элемента Ag AgNO3 NiSO4 Ni . Ag 0,005 г-ион л Ni 2 0,1 г-ион л. Напишите процессы,происходящие на аноде и катоде данного гальванического элемента. 3. Вычислите ЭДС гальваническогоэлемента Zn ZnSO4 ZnSO4 Zn . Концентрация ионов Zn 2 у 1-го электрода равна 0,5 г-ион л,а у 2-го электрода 0,05 г-ион л. 4. Составьте гальваническийэлемент из электрода 2го рода и окислительно-восстановительного электрода.Напишите электро - химические процессы, происходящие на этих электродах ирассчитайте ЭДС гальванического элемента.

Заключение В заключении хотелось бы сказать, чтоэлектрохимические методы широко используются в различных отрасляхпромышленности. В химической промышленности это электролиз - важнейший методпроизводства хлора и щелочей, многочисленных окислителей, получение фтора ифторорганических соединений.

Возрастающее значение приобретает электросинтез самых различныххимических соединений.

На электрохимических методах основано получениеалюминия, магния, натрия, лития, бериллия, тантала, титана, цинка,рафинирование меди. Водород получают электролизом воды в относительноограниченных масштабах, однако по мере использования запасов природного топливаи увеличения производства электроэнергии значение этого метода полученияводорода будет возрастать.

В различных отраслях техники применяются защитные идекоративные гальванические покрытия, а также гальванические покрытия сзаданными оптическими, механическими и магнитными свойствами.

Анодноерастворение металлов успешно заменяет механическую обработку тв рдых исверхтв рдых металлов и сплавов.

В технике вс шире применяютсяэлектрохимические преобразователи информации. Большое значение имеетскорейшее решение проблемы электромобиля.Быстро растущий спрос на автономные источники электроэнергии для техники,освоения космоса и бытовых применений стимулирует поиски новыхэлектрохимических систем повышенной удельной мощности, энерго мкости исохранности.

Вс более широкое распространение получают различные электрохимические методы анализа, электрофизические и электрохимические методыобработки. Понимание важнейших биологическихпроцессов, например усвоения и использования энергии пищи, распространениянервного импульса, восприятия зрительного образа, невозможно без уч таэлектрохимических звеньев, связанных в первую очередь с функционированием биологических мембран.

Решение этихпроблем ставит перед теоретической электрохимией новые задачи, а в будущемдолжно оказать существенное влияние и на медицинскую практику. Электрохимия - это наука и технологиянастоящего и будущего. Следует отметить, что, например, в США каждый третийхимик занимается электрохимией.Поэтому в России необходимо привлекать молодежьк различной научно-исследовательской деятельности в области электрохимии.Сегодня у нас в стране стало на одну небольшую работу больше.

Arsen Lavru gmail.com Список литературы 1. Учебник для студентов вузов КоровинН.В Масленникова Г.Н. 1981 год. 2. Общая химия Коровин Н.В 2002год 3. Курс лекций по химии в МАИСеливанова С. И.