תאים גלוונים

מושגיםהכנת מדריךפרוטוקול סטודנט
0 צפיות03:31 דק'
Print Procedure Steps
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב

  1. בניית תא גלווני עופרת-נחושת<לחצן class="expand">הרחב

    בניסוי זה תבנו תא גלווני עופרת-נחושת ולאחר מכן תמדוד את המתח שנוצר במהלך תגובות החיזור המתרחשות באנודה ובקתודה.

    • כדי להתחיל, לבשו את ציוד המגן האישי הדרוש, כולל מעיל מעבדה, כפפות ומשקפי התזה כימיים.
    • הכן 100 מ"ל של תמיסת נחושת גופרתית 0.05 M. ראשית, לחשב את כמות גופרתית נחושת כי תצטרך לשקול באמצעות המסה המולרית של נחושת גופרתית pentahydrate.
    • מדוד את הסכום שחישבת והעבר אותו לצלוחית נפחית של 100 מ"ל.
    • למדוד 50 מ"ל של מים deionized, לשפוך את המים לתוך הצלוחית, ולאטום את הבקבוק עם סרט פרפין. מערבלים את הבקבוק כמה פעמים שצריך עד שהנחושת הגופרתית מתמוססת.
    • מדדו עוד 50 מ"ל של מים שעברו דה-יוניזציה ומלאו את הבקבוק עד שהמים מגיעים לקו המדידה של 100 מ"ל. מכסים את הבקבוק בסרט פרפין והופכים ומערבלים את הבקבוק עד שהפתרון נראה הומוגני. תייגו את הבקבוק עם הריכוז המדויק של נחושת גופרתית שנוצרה.
    • הכינו תמיסה של 20 מ"ל של 0.05 M עופרת חנקתית. חשב את כמות חנקת העופרת שאתה צריך, ולאחר מכן לשקול אותו ולהוסיף אותו בקבוק נפח 20 מ"ל.
    • למדוד 10 מ"ל של מים deionized ולהוסיף אותו לחנקת עופרת. אוטמים את הבקבוק ומערבבים את התמיסה עד לחנקת העופרת מומסת לחלוטין.
    • מודדים עוד 10 מ"ל מים ומעבירים אותם לבקבוק עד שמפלס התמיסה מגיע לקו המילוי. אוטמים את הבקבוק ומערבבים היטב את התמיסה . תייגו את התמיסה עם הריכוז המדויק שהוכן.
    • כעת, הגדר את התא הגלווני. ראשית, שלפו שתי חתיכות של יריעת נחושת, רצועת עופרת ופיסת נייר אמרי.
    • קחו את צלחת התגובה בעלת 6 הבארות שלכם ושפכו חלק מתמיסת הנחושת הגופרתית לבאר אחת, מלאו אותה 3/4 מלאה. מלאו באר סמוכה בתמיסת עופרת חנקתית. הקפד לתייג את שתי הבארות.
    • תייגו את 600 מ"ל שלכם כ'פסולת'.
    • השתמש בנייר אמרי כדי ללטש את רצועות הנחושת והעופרת. יש לשטוף כל רצועה במים נטולי יונים, לאחר הליטוש.
    • קח את המולטימטר שלך וחבר את המוליכים האדומים והשחורים לחיבורי הפלוס והמינוס המתאימים. השתמש בתפסי תנין כדי לחבר את פס הנחושת לעופרת אחת ואת רצועת העופרת (Pb) לעופרת השנייה.
    • מניחים את רצועת הנחושת בתוך תמיסת נחושת גופרתית ומניחים את רצועת העופרת (Pb) בתוך תמיסת העופרת החנקתית. כוונן את שתי האלקטרודות כך שמחצית מהאלקטרודה תהיה בתמיסה, כופף אותן במידת הצורך כדי לשמור אותן במקומן.
    • השג מחרוזת שספגה בתמיסת אשלגן חנקתי.
    • השתמש במלקחיים כדי למקם קצה אחד של המיתר בנחושת גופרתית ואת הקצה השני בחנקת העופרת, וודא שהוא לא בא במגע עם אף אחת מהאלקטרודות. זה ישמש כגשר המלח.
    • הפעל את המולטימטר להגדרת המתח ובדוק את הקריאה. אם זה שלילי, אתה צריך להפוך את הלידים המחוברים אלקטרודות. הקלט את קריאת המתח במחשב הנייד של המעבדה.

      טבלה 1: תא גלווני עופרת-נחושת

      ΔE נמדד (וולט)
      אנודה
      קתודה
      לחץ כאן להורדת טבלה 1
    • השתמש במדחום זכוכית כדי למדוד את הטמפרטורה של אחת הבארות ולהקליט אותה במחשב הנייד של המעבדה.
    • כשתסיימו, הוציאו את האלקטרודות מהבארות, שפכו את התמיסות לתוך כד האשפה וזרקו את גשר המלח לפח. שוטפים את רצועות הנחושת והעופרת במים נטולי יונים, ומייבשים אותם במגבת נייר.
  2. תא גלווני עם אלקטרודות לא ידועות<לחצן class="expand">הרחב

    בחלק זה של הניסוי תבנו תא גלווני עם אלקטרודה לא ידועה והפתרון המתאים לה. לאחר מכן תשתמש בפוטנציאל ההפחתה כדי לזהות את חומר האלקטרודה. המדריך שלך יקצה לך את הלא נודע שתבדוק.

    • בחר את האלקטרודה הלא ידועה המתאימה והשתמש בגליל המדורג של 10 מ"ל כדי לאחזר 8 מ"ל של התמיסה הלא ידועה.
    • שפכו את הפתרון הלא ידוע לאחת הבארות שאינן בשימוש. תייגו את הבאר המכילה את התמיסה הלא ידועה ושפכו את תמיסת הנחושת הגופרתית שלכם לבאר הסמוכה.
    • הסר את רצועת העופרת (Pb) מחיבור המולטימטר והחלף אותה ברצועה לא ידועה.
    • השאר את רצועת הנחושת מחוברת. מניחים את האלקטרודות בבארות המתאימות שלהם, לכופף אותם במידת הצורך כדי לשמור אותם במקום.
    • שלפו גשר מלח נוסף והניחו קצה אחד בכל באר כמו קודם, וודאו שהוא לא נוגע באף אחת מהאלקטרודות.
    • הפעל את המולטימטר והקלט את קריאת המתח.

      טבלה 2: תאים גלוונים לא ידועים

      <טבלה align="center" height="167" style="border-collapse: collapse; font-size: 9px; line-height: 24px;" width="650"> Metal 1 Solution 1 Metal 2 Solution 2 ΔE measured
      (וולט)
      Eº copper
      (וולט)
      Eº unknown
      (וולט)
      ΔEº standard conditions
      (וולט)
      Temperature
      (יא)
      n [Red]
      (ז)
      [Ox]
      (ז)
      Cu Copper
      סולפט Unknown
      #1 Unknown
      #1 Cu Copper
      סולפט Unknown
      #2 Unknown
      #2 לחץ כאן להורדת טבלה 2
    • מדדו את הטמפרטורה של הבאר הלא ידועה באמצעות מדחום הזכוכית ורשמו את הערך.
    • בסיום, הוציאו את האלקטרודות מהבארות ושטפו אותן במים. יבשו אותם במגבת נייר והניחו אותם בצד.
    • שפכו את הפתרונות למיכל הפסולת. אם המדריך הקצה לך שנייה לא ידועה, בצע את הניסוי שוב בדיוק באותו אופן.
  3. יצירת תא ריכוז<לחצן class="expand">הרחב

    בניסוי הבא תבנו תא ריכוז נחושת. תא ריכוז הוא תא גלווני שבו שתי האלקטרודות הן אותו חומר. חצי תא אחד מכיל תמיסה מרוכזת, ואילו השני מכיל תמיסה מדוללת. כאשר מתרחש חמצון בתא המדולל, יונים מהאלקטרודה נכנסים לתמיסה והופכים אותה למרוכזת יותר.

    הפחתה מתרחשת בתא המרוכז כאשר יוני מתכת מופחתים ומצופים על האלקטרודה, ובכך מורידים את ריכוז התמיסה. שתי חצאי התגובות יוצרות הפרש מתח בין שתי האלקטרודות עד להשגת שיווי משקל.

    תוכלו לבנות תא ריכוז באמצעות אלקטרודות נחושת, נחושת גופרתית מרוכזת, ולדלל נחושת אוקסלט. תוכלו למדוד את הפרש המתח בין שני התאים שנגרם על ידי ההבדל בריכוז הנחושת. מכיוון שנחושת אוקסלט מסיסה רק במקצת, תשתמש במדידת המתח כדי לקבוע את הריכוז האמיתי של נחושת בתמיסת נחושת אוקסלט.

    • כדי להתחיל, הכינו נחושת אוקסלט. השג 0.1 M חומצה אוקסלית מהמדריך שלך, ולאחר מכן תייג של 100 מ"ל עם הנוסחה הכימית של נחושת אוקסלט.
    • למדוד 50 מ"ל של חומצה אוקסלית ולשפוך אותו לתוך הכד. השתמש פיפטה נפח למדוד 2 מ"ל של תמיסת נחושת סולפט 0.05 M ולהוציא אותו לתוך חומצה אוקסלית.
    • השתמש במוט ערבוב זכוכית כדי לערבב את התמיסה במשך כ -5 דקות. זה נותן לתגובה מספיק זמן להגיע לשיווי משקל.
    • כעת, תייגו נקייה של 100 מ"ל כ"נחושת גופרתית" ושפכו לתוכו את תמיסת ה-0.05 מ'. הניחו את הנחושת הגופרתית ואת הנחושת אוקסלט קרוב זה לזה.
    • השג 0.1 M אשלגן חנקתי במיכל מסומן של 100 מ"ל, וטבול בו פיסת נייר סינון חתוכה מראש, ותן לו להשרות במשך 20 שניות. נייר פילטר ספוג מלח זה ישמש כגשר מלח.
    • הגדר את נייר הסינון על פני הכוסות כך שיחבר את שני חצאי התאים.
    • מדוד את הטמפרטורה של התמיסה באחד הכוסות ורשום אותה במחשב הנייד שלך.
    • השתמש בנייר אמרי כדי ללטש את שתי רצועות הנחושת שלך. שטפו את שניהם במים לאחר הליטוש.
    • חבר את רצועות הנחושת למוליכי המולטימטר ומקם אלקטרודה אחת בכל כד.
    • הפעל את המולטימטר ומדוד את המתח. רשום ערך זה במחברת המעבדה שלך.

      טבלה 3: תא ריכוז נחושת

      ΔE נמדד (וולט)
      טמפרטורה (K)
      [Cu²+] (ז)
      R (J/mol·K)8.314
      F (C/mol)96,485
      לחץ כאן להורדת טבלה 3
    • כשתסיים, הסר את האלקטרודות מהכוס וזרוק את נייר הפילטר. נתקו את האלקטרודות ושטפו אותן במים נטולי יונים. לאחר מכן, יבש אותם עם מגבת נייר.
    • לבסוף, שפכו את התמיסות לתוך הפסולת שלכם. נטרלו את הפסולת הנוזלית עם סודה לשתייה, ערבלו את התמיסה והוסיפו עוד סודה לשתייה עד שהתמיסה מפסיקה לבעבע. שפכו את הנוזל המנוטרל למיכל פסולת המתכת הכבדה שסופק על ידי המדריך שלכם.
    • שטפו את כל כלי הזכוכית במים והחזירו את כל הציוד, כולל האלקטרודות, למדריך.
  4. Results
    • ראשית, קבעו את חצאי התגובות המתרחשות בכל אלקטרודה. מכיוון שתגובות החמצון והחיזור בתאים גלווניים הן ספונטניות, התגובה בעלת פוטנציאל ההפחתה הגבוה ביותר תהיה תגובת החיזור. במקרה של תא עופרת-נחושת, לחצי תגובת הנחושת יש פוטנציאל הפחתה גבוה יותר; לכן, נחושת מופחתת בתא גלווני שלנו.
    • בתורו, חמצון מתרחש באלקטרודת העופרת. לפיכך, חצי התגובה המתרחשת באלקטרודת העופרת היא תגובת חמצון. חמצון מתרחש תמיד באנודה; לכן, אלקטרודת העופרת היא האנודה. הפחתה מתרחשת תמיד בקתודה; לפיכך, אלקטרודת הנחושת היא הקתודה. קריאת המולטימטר שלך צריכה להיות שווה להפרש המתח בין שתי חצאי התגובות, 0.463 וולט.
    • לקבוע את כיוון זרימת האלקטרונים. מכיוון שאלקטרונים תמיד זורמים מהאנודה לקתודה, אלקטרונים יזרמו מאלקטרודת העופרת לאלקטרודת הנחושת.
    • לאחר מכן, התבונן בתא הגלווני הלא ידוע הראשון שלך. זכרו שהמולטימטר מדד את הפרש הפוטנציאלים בין שתי חצאי התגובה, המתאים למתח שמדדתם.
    • אנחנו יודעים שאלקטרודה אחת היא נחושת. לכן, אם הפרש המתח שלנו הוא 1.057 וולט, פוטנציאל ההפחתה של התגובה השנייה הוא שלילי 0.720 וולט. זה מתאים לתגובת חצי האבץ. לכן, האלקטרודה הלא ידועה היא אבץ והתמיסה הלא ידועה היא אבץ גופרתי. פוטנציאל ההפחתה של נחושת גבוה מזה של אבץ, ולכן תא הנחושת הוא תא ההפחתה ותא האבץ הוא תא החמצון.
    • חשב את ריכוז תמיסת אבץ גופרתי באמצעות משוואת נרנסט. משוואת נרנסט מקשרת בין המתח הנמדד, E, לפוטנציאל ההפחתה הצפוי בתנאים סטנדרטיים, E naught. R הוא קבוע הגז האוניברסלי, T הוא הטמפרטורה, F הוא קבוע פאראדיי, n הוא מספר האלקטרונים המועברים בחצי התגובה, ו-Qh הוא מנת התגובה.
    • מנת התגובה שווה לריכוז המינים הכימיים המתחמצנים חלקי ריכוז המין המופחת. עבור התא הגלווני שלנו, נחושת גופרתית מופחתת אבץ גופרתי מחומצן. מאחר שאנו יודעים את הריכוז של נחושת גופרתית, 0.05 M, אנו יכולים לחשב את הריכוז של תא החמצון, שהיה אבץ גופרתי בניסוי שלנו.
    • לבסוף, הסתכלו על תא ריכוז הנחושת. כאן יצרנו תא גלווני עם חצי תא המכיל נחושת אוקסלט מדולל והשני מכיל נחושת גופרתית. מאחר שריכוז הנחושת בחצי התא המדולל משתנה ככל שהניסוי מתקדם, אנו יכולים לחשב את ריכוז יוני הנחושת המומסים באמצעות משוואת נרנסט.
    • שתי האלקטרודות זהות בתא ריכוז, ולכן פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי הוא 0. ההבדל הפוטנציאלי הוא המתח שמדדנו, והוא נובע מההבדל בריכוז הנחושת בין שני התאים. לאחר חיבור הערכים הידועים, אנו יכולים לפתור את ריכוז יון הנחושת בתא המדולל. כאן, ריכוז יוני הנחושת היה 7.9 x 10-7 מ '.