Обработка экспериментальных данных

ХТ – 252

ХТ – 253

Федеральное агентство по образованию РФ

Тверской Государственный Технический Университет

Кафедра «Биотехнологии и Химии»

 

Методическое указание к практикуму по физической химии

Лабораторная работа № 25

«Определение температурного коэффициента ЭДС гальванического элемента и расчет его термодинамических величин»

 

 

Тверь 2013

Определение температурного коэффициента ЭДС гальванического элемента и расчет его термодинамических величин

Цель: приготовление гальванического элемента и измерение его
ЭДС при различных температурах. Вычисление температурного
коэффициента dE/dT, а также изменения энтальпии , энтропии , энергии Гиббса для реакции, протекающей в гальваническом
элементе.

 

Теоретическая часть

 

Обратимый гальванический элемент может быть составлен из любых двух обратимых электродов (I рода, II рода или окислительно-восстановительных). Диффузионный потенциал на границе контактирующих растворов снижают до минимума, соединяя растворы при помощи солевого мостика, наполненного насыщенным раствором KCl.

При измерениях ЭДС нужно помнить:

равновесные значения ЭДС устанавливаются не сразу, а через 3–5 мин после составления гальванического элемента;

во избежание поляризации электродов цепь можно замыкать при измерениях только на очень короткое время;

следует следить за надежностью контактов (возможно образование пузырьков воздуха на кончиках солевого мостика).

Допустим, что в гальваническом элементе квазистатически протекает реакция по уравнению:

_v1 А₁ + _v2 А₂ = _v3 А₃ + _v4 А₄,

где А₁ и А_{2 _}– исходные вещества, А₃ и А₄ – продукты реакции, _v1 –стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Если в результате протекания реакции прореагирует _v1 моль
вещества А₁ c _v2 моль вещества А₂ с образованием _v3 моль вещества А_{3 ­}
и _v4 моль вещества А_4, то говорят, что реакция совершила один пробег.
К этим условиям протекания реакции обычно относят наблюдаемые
в системе изменения энтальпии, энтропии и ряда других термодинамических величин.

Для квазистатического процесса при постоянном давлении и темпе-ратуре максимально полезная работа (электрическая) () равна убыли
энергии Гиббса (– ):

– = = zFE. (46)

Из уравнения Гиббса – Гельмгольца:

. (47)

Из выражения (46) следует:

. (48)

При dE/dT = 0, т. е. когда ЭДС элемента не зависит от температуры, энергия реакции (реакция экзотермическая) полностью превращается
в электрическую работу.

При dE/dT > 0 получаемая работа = zFE больше энергии, освобождающейся в результате реакции. Избыток энергии черпается из окружающей среды. Если доступ тепла извне затруднен, то элемент при
работе охлаждается. Известны гальванические элементы, в которых протекающая реакция является эндотермической ( > 0), а dE/dT > 0.
В таких элементах, очевидно, максимально полезная работа полностью производится за счет энергии окружающей среды.

При dE/dT < 0 получаемая работа меньше энергии, доставляемой реакцией; часть энергии будет выделяться в виде теплоты. Если отдача тепла элементом затруднена, то элемент при работе будет нагреваться.

Сопоставляя (48) с уравнением

, (49)

легко показать, что изменение энтропии

. (50)

 

Приборы и реактивы: установка для измерения ЭДС, солевой мостик
с насыщенным раствором KCl, электроды.

 

Порядок выполнения работы

 

В работе могут быть использованы гальванические элементы
следующих типов:

–Hg, Zn (10%) │ ZnSO4 (нас) │ Hg2SO, Hg+, (51) –Hg, Pb (3%), PbCl2│KCl (0,1 m) │ Hg2Cl2,Hg+, (52) –Hg, Pb (3%), PbBr2│KBr (0,1 m) │ Hg2Br2, Hg+, (53) –Ag, AgCl│ KCI(нас) │ Hg2Cl2, Hg+, (54) –Zn│ ZnSO4 (нас) ║CuSO4 (нас) │Cu+ (55)

 

Для приготовления элементов удобно использовать стеклянные сосуды, приспособленные для погружения в термостат.

 

Приготовление элемента (55). В крайние колена сосуда наливают насыщенные растворы ZnSO₄ и CuSO₄ и помещают в них укрепленные в пробках соответствующие электроды. С помощью электролитических
ключей, заполненных растворами медного и цинкового купоросов, и промежуточного сосуда с насыщенным раствором KCl электроды соединяют
в гальванический элемент.

Приготовленный элемент помещают в термостат, установленный на самую низкую из рекомендованных в задании температуру и выдерживают
в нем 15–20 мин. Собирают установку для измерения ЭДС с потенциометром
и измеряют ЭДС с точностью до ±0,5 мВ. При данной температуре
измерения повторяют несколько раз через 5–6 мин до постоянного значения ЭДС.

Аналогичные опыты проводят при других температурах с интервалами
5–10 градусов.

 

Обработка экспериментальных данных

 

Опытные данные заносят в таблицу.

 

Таблица 1.1. Экспериментальные и расчетные данные

 

T, °С

E, В

∆E/∆T

, Дж/моль

,Дж/моль

,Дж/моль

 

1. Исходя из опытных данных строят график зависимости ЭДС от температуры, на основании которого вычисляют ∆E/∆T.

2. Величины , , вычисляют соответственно из уравнений (46), (48), (50).

 

Форма отчета

Отчет должен содержать название и цель работы, краткие
теоретические положения, таблица с экспериментальными данными, график зависимости ЭДС от температуры, расчеты величин , , для
всех температур.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: