Интерактивные работы по физической химии.
Электрохимические элементы.

Экспериментальная установка

...

     Методика измерений.
1. Устанавливают на кондуктометре, нажимая кнопки на панели управления, значение ЭДС, которое примерно соответсвует ЭДС испытуемого элемента, например, 1000 мВ.
2. На очень короткое время замыкают цепь, нажимая на кнопку <вкл>
3. Если стрелка гальванометра отклоняется влево, то внешний источник напряжения, находящийся в корпусе прибора, не полностью компенсирует ЭДС испытуемого элемента и следует установить значение побольше.
4. Если стрелка гальванометра отклоняется вправо, нужно установить значение поменьше.
5. Действуя подобным образом, следует установить такое значение ЭДС, при котором стрелка гальванометра не отклоняется ни вправо, ни влево.
     ЗАПОМНИ. Каждое замыкание цепи (нажатие кнопки <вкл>) приводит к поляризации электродов и, следовательно, к ошибке измерения. Поэтому следует стремиться выполнять измерения так, чтобы замыкать цепь пришлось, как можно, меньшее число раз.

число кликов

Описание эксперимента

Электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента нельзя измерять просто вольтметром. Любой вольтметр, подключенный к полюсам источника тока, показывает напряжение меньшее, чем его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока. И чем больший ток протекает в цепи, тем эти отличия значительнее.

Для измерения электродвижущих сил гальванических элементов пользуются компенсационным методом, преимущество которого состоит в том, что он позволяет измерять разность потенциалов на клеммах исследуемого элемента ("ЭДС" элемента), когда в цепи отсутствует ток ( I = 0). Принципиальную схему компенсационной установки можно узнать, если посмотреть видеоурок, где это подробно обсуждается.
  видео-урок по физике

Основная идея компенсационного метода измерения ЭДС гальванического элемента заключается в том, что ток от испытуемого элемента компенсируется встречным постоянным током от другого источника с известной электродвижущей силой. Элементы соединены одноименными полюсами. Внешнюю электродвижущую силу можно изменять и измерять. Задача исследователя подобрать такую величину внешней ЭДС, чтобы разность потенциалов на клеммах испытуемого элемента была в точности скомпенсирована внешним источником, т. е. добиться равенства нулю тока в цепи. Роль измерительного прибора здесь сводится не к измерению величины тока, а к установлению его отсутствия. Для измерения ЭДС с большой точностью нужен очень чувствительный прибор – гальванометр.

TEXT[4]

ЗАДАНИЕ 1

      1. Опишите устройство элемента Якоби-Даниэля, приведенного на этой странице.
  Поясните, почему этот элемент называют правильно-разомкнутым.
  Дайте определение понятию "ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА".
  На схеме элемента указаны точки 1, 2, ...11, которые находятся на границах фаз. Укажите, между какими точками существует скачки потенциала.
  Объясните, что такое диффузионный потенциал, и почему его величина становится очень незначительной, если солевой мостик заполнен насыщенным раствором хлорида калия а не раствором какой-то другой соли.
   Запишите математическое выражение, иллюстрирующее утверждение: "Электродвижущая сила гальванического элемента есть сумма скачков потенциала на границах фаз правильно-разомкнутой электрохимической системы."
      2. Пользуясь имитационной установкой, измерьте электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента Якоби-Даниэля компенсационным методом.

ЗАДАНИЕ 2

...

2. Запишите выражение, описывающее зависимость электродного потенциала правого электрода (Е₂) от концентрации (активности) потенциалобразующих ионов...

9. Сравните значения ЭДС элемента, рассчитанные двумя способами и сделайте вывод.

10. Сравните рассчитанное значение ЭДС элемента и величину ЭДС, измеренную потенциометром компенсационным методом. Объясните, почему рассчитанные и измеренные величины могут несколько не совпадать, хотя ни в расчётах, ни в измерениях ошибок не допущено.

ЗАДАНИЕ 3

11. Рассчитайте электродные потенциалы обоих электродов и ЭДС элемента, учитывая, что концентрации потенциалобразующих ионов в электродных растворах могут отличаться от их активности.
      Необходимые для расчётов значения средних ионных коэффициентов активности электролитов приведены ниже (эти справочные величины приведены в "Кратком справочнике физико-химических величин" под. ред. А.А.Равделя и А.М.Пономарёвой).
      Сравните измеренную величину ЭДС и рассчитанную с учётом неидеальности растворов. Сделайте вывод.

....

......