Galvanische Zellen
At the end of this lab, students should know...
Was ist Elektrochemie?
Die Elektrochemie ist ein Teilgebiet der Chemie, das die Beziehung zwischen einer chemischen Reaktion und elektrischer Energie untersucht.
Was sind die Schlüsselkomponenten einer elektrochemischen Zelle?
Eine elektrochemische Zelle besteht aus einer Reaktionskammer (oder Kammern), die Elektrolytlösung(en) enthält, einer Salzbrücke und zwei leitfähigen Elektroden (Anode und Kathode), d...
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Glastrichter10
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10-ml-Messzylinder5
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50-ml-Messzylinder5
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100-ml-Glasbecher15
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600-ml-Glasbecher5
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100-ml-Messkolben5
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20-ml-Messkolben5
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Pipettierhilfe für 2 ml5
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1 ml volumetrische Pipette5
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6-Well-Reaktionsplatte5
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Glasthermometer5
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Krokodilklemmen10
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Rührstab aus Glas5
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Multimeter & Leitungen5
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Pinzette5
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2" String in KNO3 getränkt15
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1 x 9 Zoll Filterpapierstreifen10
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1 x 2 Zoll Schmirgelpapierstreifen10
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1 x 9 cm Kupferstreifen10
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2 x 6 cm Bleistreifen10
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2 x 6 cm Zinkstreifen10
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2 x 6 cm silberne Streifen10
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Pb(NO3)2 (mindestens 0,35 g pro Gruppe)5 g
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CuSO4,5H 2O (mindestens 1,2 g pro Gruppe)10 g
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C2H2O4·2H2O10 g
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KNO34 g
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ZnSO4·7H2O5 g
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AgNO310 mL
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250-ml-Messzylinder aus Glas1
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500-ml-Glasmesszylinder1
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250-ml-Erlenmeyerkolben3
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500-ml-Erlenmeyerkolben1
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250-ml-Glasflasche mit Verschluss1
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Pulvertrichter1
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125-ml-Braunglasflasche mit Verschluss4
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500-ml-Polyethylenflasche mit Verschluss1
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Magnetischer Rührstab4
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Rührplatte1
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Top-Loading-Balance1
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Wägeschiffchen-1 Abhängig von der Laborgröße
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Spachtel-1 Abhängig von der Laborgröße
Quelle: Smaa Koraym von der Johns Hopkins University, MD, USA
- Vorbereitung von Lösungen
Hier zeigen wir die Laborvorbereitung für 10 Studenten, die zu zweit arbeiten, mit etwas Exzess. Bitte passen Sie die Mengen nach Bedarf an.
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Um sich auf dieses Laborexperiment vorzubereiten, tragen Sie die entsprechende persönliche Schutzausrüstung, einschließlich eines Laborkittels, einer Schutzbrille und Handschuhen
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Bereite 0,1 M Oxalsäure-Dihydrat vor. Jede Gruppe benötigt 50 ml. Für 500 ml Lösung werden 6,304 g Oxalsäure gewogen und in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Anmerkung: Oxalsäure ist ätzend, seien Sie also vorsichtig bei der Handhabung.
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Messen Sie 500 mL deionisiertes Wasser und gießen Sie es in den Kolben. Füge einen Rührstab hinzu und stelle den Kolben auf eine Rührplatte. Schalten Sie die Rührstufe ein und lassen Sie die Lösung mischen, bis sie homogen ist.
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Besorgen Sie sich eine Polyethylenflasche mit einem Verschluss und beschriften Sie sie. Verwenden Sie einen Pulvertrichter, um die Lösung in die Flasche zu füllen, sie zu verschließen und bis zum Labor in der Haube des Dozenten aufzubewahren.
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Bereite eine 0,1 M Kaliumnitratlösung vor, die zum Einweichen der Saiten für die Salzbrücke verwendet wird. Um 250 ml Lösung herzustellen, wiegen Sie 2,53 g Kaliumnitrat und geben Sie es in einen Kolben.
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Geben Sie 250 mL deionisiertes Wasser in den Kolben und rühren Sie die Lösung, bis sie homogen erscheint.
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Übertragen Sie die Lösung in eine beschriftete Glasflasche und bewahren Sie sie bis zum Laborkurs in der Kabinekabine des Dozenten auf.
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Bereiten Sie eine 0,05 M Zinksulfatlösung vor, die als unbekannte Lösung im Experiment verwendet wird. Jede Gruppe benötigt 8 ml Lösung, also berechnen Sie, wie viel Sie für Ihre Klasse herstellen müssen.
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Um 250 mL Lösung herzustellen, wiegen Sie 3,6 g Zinksulfat und geben Sie es in einen Erlenmeyerkolben.
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Geben Sie 250 mL deionisiertes Wasser in den Kolben und stellen Sie die Lösung auf die Rührplatte, um sie zu mischen.
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Sobald die Lösung homogen erscheint, teilen Sie sie in zwei Braunglasflaschen auf.
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Beschriften Sie eine der Flaschen als 'unbekannte Nummer 1' und die andere als 'unbekannte Nummer 3'. Bewahren Sie die Flaschen bis zum Labor in der Haube des Dozenten auf.
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Bereiten Sie 0,22 M Silbernitrat vor, das auch als unbekannte Lösung im Experiment verwendet wird. Jede Gruppe benötigt 8 ml. Zur Herstellung von 250 ml Lösung werden 9,34 g Silbernitrat gewogen und in den Kolben gegeben.
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Fügen Sie 250 mL deionisiertes Wasser hinzu und mischen Sie die Lösung, bis sie homogen ist.
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Übertragen Sie dann die Lösung auf zwei Braunglasflaschen. Beschriften Sie sie mit "unbekannte Nummer 2" und "unbekannte Nummer 4". Bewahren Sie die Flaschen mit den anderen vorbereiteten Lösungen in der Trainerhaube auf.
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- Vorbereitung anderer Reagenzien
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Jede Gruppe benötigt etwa 1,25 g Kupfersulfat. Stellen Sie die Flasche zusammen mit einem sauberen Spatel neben die Analysenwaage und wiegen Sie die Schiffchen.
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Jede Gruppe benötigt etwa 0,35 g Bleinitrat. Stellen Sie die Flasche neben eine Waage.
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Sie benötigen außerdem 1 x 9 cm große Stücke Kupferblech. Zähle so viel ab, dass jede Gruppe zwei Teile hat, und lege sie in einen Behälter.
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Jede Gruppe benötigt außerdem ein Stück Blei. Besorge dir 2 x 6 cm große Bleistücke und gib sie in ein beschriftetes Becherglas.
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Besorge dir 2 x 6 cm vorgeschnittene Stücke Zinkblech, eines für jede Gruppe. Teilen Sie die Streifen in zwei Bechergläser, von denen einer mit der unbekannten Nummer 1 und der andere mit der unbekannten Nummer 3 beschriftet ist.
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Jede Gruppe benötigt außerdem ein 2 x 6 Zoll großes Stück Silberblech. Teilen Sie die Streifen in zwei Bechergläser auf, von denen einer mit "unbekannte Nummer 2" und der andere mit "unbekannte Nummer 4" beschriftet ist.
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Schneide Schmirgelpapier in 1 x 2 Stücke, so dass jede Gruppe zwei Stücke hat.
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Schneiden Sie Filterpapier in 1 x 9 Stücke, mit einem für jede Gruppe.
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Schneide Stücke von String 2 in die Länge. Jede Gruppe benötigt drei Stücke Schnur, schneiden Sie also so viele ab, wie für die Klassengröße benötigt werden.
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Eine Stunde bevor der Laborkurs beginnt, legen Sie die Schnurstücke in die Flasche mit Kaliumnitrat und lassen Sie sie einweichen.
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Stellen Sie sicher, dass ein 20-Liter-Behälter für Schwermetallabfälle bestimmt und für alle Schüler in der Hood zugänglich ist.
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Legen Sie die restlichen Geräte und Glaswaren an jeder Laborstation bereit (wir empfehlen, dass die Schüler zu zweit arbeiten):
1 Multimeter mit roten und schwarzen Leitungen 2 Krokodilklemmen 1 Glasthermometer 1 6-Well-Reaktionsplatte 1 Paar Pinzetten 1 20-ml-Messkolben 1 100-ml-Messkolben 1 1-ml-volumetrische Pipette 1 Pipettier mit einer Kapazität von 2 ml 3 100-ml-Becher 1 10-mL Messzylinder 1 50-ml-Messzylinder 1 600-ml-Becherglas 2 Glastrichter
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Q1: How do you prepare a 0.1 M oxalic acid solution for a galvanic cells lab?
Weigh 6.304 g of oxalic acid dihydrate and transfer it to an Erlenmeyer flask. Add 500 mL of deionized water, then stir until homogeneous. Use a powder funnel to transfer the solution to a labeled polyethylene bottle and store it in the instructor's hood. Handle oxalic acid with caution as it is corrosive.
Q2: What materials are needed to prepare a salt bridge for a galvanic cell experiment?
Cut string into 2-inch pieces, with three pieces needed per group. Soak the strings in a 0.1 M potassium nitrate solution for one hour before the lab begins. This prepares the salt bridge, which maintains electrical neutrality between the two half-cells in the galvanic cell.
Q3: How should metal electrodes be prepared before use in a galvanic cells experiment?
Cut copper sheet into 2 x 9 cm pieces, zinc sheet into 2 x 6 cm pieces, and silver sheet into 2 x 6 cm pieces. Store each metal type in labeled beakers corresponding to unknown numbers. Clean metal surfaces with emery paper cut into 1 x 2 inch pieces to remove oxidation before assembly.
Q4: What is the correct procedure for preparing unknown solutions in a galvanic cells lab?
Prepare 0.05 M zinc sulfate by weighing 3.6 g and dissolving in 250 mL deionized water. Prepare 0.22 M silver nitrate by weighing 9.34 g and dissolving in 250 mL deionized water. Divide each solution into two brown glass bottles labeled with corresponding unknown numbers and store in the instructor's hood.
Q5: What equipment should be set up at each lab station for a galvanic cells experiment?
Each station requires a multimeter with leads, alligator clips, glass thermometer, 6-well reaction plate, forceps, volumetric flasks, graduated cylinders, beakers, glass funnels, and a 20-mL volumetric flask. These tools enable students to measure solutions, monitor voltage, and assemble electrochemical cells for data collection.
Q6: How do you prepare the potassium nitrate solution for the salt bridge?
Weigh 2.53 g of potassium nitrate and transfer to a flask. Add 250 mL of deionized water and stir until homogeneous. Transfer the 0.1 M solution to a labeled glass bottle and store in the instructor's hood. Use this solution to soak salt bridge strings one hour before the lab.
Q7: What safety and waste management procedures are required for a galvanic cells lab?
Wear appropriate personal protective equipment including a lab coat, chemical splash goggles, and gloves. Handle oxalic acid with caution as it is corrosive. Dedicate a 20-L container for heavy metal waste and ensure it is accessible in the hood for safe disposal of all metal-containing solutions and materials.