Ogniwa galwaniczne
At the end of this lab, students should know...
Co to jest elektrochemia?
Elektrochemia to gałąź chemii, która bada związek między reakcją chemiczną a energią elektryczną.
Jakie są kluczowe elementy ogniwa elektrochemicznego?
Ogniwo elektrochemiczne składa się z komory reakcyjnej (lub komór) zawierających roztwór (roztwory) elektrolitu, mostek solny i dwie elektrody przewodzące (anodę i katodę), które są połączone elektrycznie.
-
Szklany lejek10
-
10-mL cylinder z podziałką5
-
50-mL cylinder z podziałką5
-
100-ml szklana zlewka15
-
Szklana zlewka 600-ml5
-
kolba miarowa 100 ml5
-
kolba miarowa 20 ml5
-
2-mL kontroler pipet5
-
pipeta miarowa 1 ml5
-
6-dołkowa płytka reakcyjna5
-
Termometr szklany5
-
Zaciski aligatorowe10
-
Szklany pręt do mieszania5
-
Multimetr i przewody5
-
Kleszcze5
-
2" stringi nasączone KNO315
-
1 x 9-calowe paski bibuły filtracyjnej10
-
1 x 2-calowe paski papieru ściernego10
-
1 x 9 cm taśmy miedziane10
-
2 x 6 cm paski ołowiane10
-
2 x 6 cm paski cynkowe10
-
2 x 6 cm srebrne paski10
-
Pb(NO3)2 (minimum 0,35 g na grupę)5 g
-
CuSO4·5H2O (minimum 1.2 g na grupę)10 g
-
C2H2O4·2H2O10 g
-
KNO34 g
-
ZnSO4·7H2O5 g
-
AgNO310 ml
-
250-mL szklany cylinder z podziałką1
-
500-mL szklany cylinder z podziałką1
-
250-mL kolba Erlenmeyera3
-
500-mL kolba Erlenmeyera1
-
butelka szklana 250 ml z nakrętką1
-
Lejek w proszku1
-
125-mL brązowa szklana butelka z nakrętką4
-
500-mL butelka polietylenowa z nakrętką1
-
Mieszadło magnetyczne4
-
Mieszaj talerz1
-
Równowaga ładowane od góry1
-
Łodzie do ważenia-1 W zależności od wielkości laboratorium
-
Szpatułka-1 W zależności od wielkości laboratorium
Źródło: Smaa Koraym z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, MD, USA
- Przygotowanie rozwiązań
Pokazujemy tutaj przygotowanie laboratoryjne dla 10 studentów pracujących w parach, z pewnym nadmiarem. Dostosuj ilości w razie potrzeby.
-
Aby przygotować się do tego eksperymentu laboratoryjnego, załóż odpowiedni sprzęt ochrony osobistej, w tym fartuch laboratoryjny, gogle przeciw rozpryskom chemikaliów i rękawice
-
Przygotuj 0,1 M dwuwodnego kwasu szczawiowego. Każda grupa będzie potrzebować 50 ml. Na 500 ml roztworu odważyć 6,304 g kwasu szczawiowego i przenieść go do kolby Erlenmeyera. nuta: Kwas szczawiowy jest, dlatego należy zachować ostrożność podczas obchodzenia sięz nim.
-
Odmierz 500 ml wody dejonizowanej i wlej ją do kolby. Dodaj mieszadło i umieść kolbę na mieszadle na talerzu. Włącz mieszanie i pozwól roztworowi wymieszać się, aż stanie się jednorodny.
-
Zdobądź butelkę z polietylenu z nakrętką i oznacz ją. Użyj lejka do proszku, aby przenieść roztwór do butelki, zakręć go i przechowuj w kapturze instruktora do czasu laboratorium.
-
Przygotuj 0,1 M roztwór azotanu potasu, który zostanie użyty do namoczenia sznurków mostu solnego. Aby przygotować 250 ml roztworu, odważyć 2,53 g azotanu potasu i przenieść go do kolby.
-
Dodaj 250 ml wody dejonizowanej do kolby i mieszaj roztwór, aż stanie się jednorodny.
-
Przenieś roztwór do oznaczonej szklanej butelki i przechowuj go w kapturze instruktora aż do zajęć laboratoryjnych.
-
Przygotuj 0,05 M roztwór siarczanu, który zostanie użyty jako nieznany roztwór w eksperymencie. Każda grupa będzie potrzebować 8 ml roztworu, więc oblicz, ile będziesz musiał przygotować dla swojej klasy.
-
Aby przygotować 250 ml roztworu, zważ 3,6 g siarczanu i przenieś go do kolby Erlenmeyera.
-
Dodaj 250 ml wody dejonizowanej do kolby i umieść roztwór na płytce mieszającej, aby wymieszać.
-
Gdy roztwór stanie się jednorodny, podziel go na dwie brązowe szklane butelki.
-
Oznacz jedną z butelek jako 'nieznany numer 1', a drugą jako 'nieznany numer 3'. Przechowuj butelki w kapturze instruktora do czasu laboratorium.
-
Przygotuj 0,22 M azotanu srebra, który również zostanie użyty jako nieznany roztwór w eksperymencie. Każda grupa będzie potrzebować 8 ml. Aby przygotować 250 ml roztworu, odważyć 9,34 g azotanu srebra i przenieść go do kolby.
-
Dodaj 250 ml wody dejonizowanej i mieszaj roztwór, aż będzie jednorodny.
-
Następnie przenieś roztwór do dwóch brązowych szklanych butelek. Oznacz je jako "nieznany numer 2" i "nieznany numer 4". Butelki z innymi przygotowanymi roztworami należy przechowywać w kapturze instruktora.
-
- Przygotowanie innych odczynników
-
Każda grupa będzie potrzebować około 1,25 g siarczanu miedzi. Umieść butelkę obok wagi analitycznej wraz z czystą szpatułką i łódeczkami.
-
Każda grupa będzie potrzebować około 0,35 g azotanu ołowiu. Umieść butelkę obok wagi.
-
Będziesz także potrzebował 1 x 9 cm kawałki blachy miedzianej. Policz tyle, aby każda grupa miała dwie sztuki i umieść je w pojemniku.
-
Każda grupa będzie również potrzebować jednego kawałka ołowiu. Weź 2 kawałki ołowiu o długości 6 cm i umieść je w oznakowanej zlewce.
-
Zdobądź 2 x 6 cm wstępnie pocięte kawałki blachy cynkowej, po jednym dla każdej grupy. Podziel paski na dwie zlewki, z których jedna jest oznaczona jako nieznany numer 1, a druga jako nieznany numer 3.
-
Każda grupa będzie również potrzebować jednego kawałka srebrnej blachy o wymiarach 2 x 6 cali. Podziel paski na dwie zlewki, z których jedna jest oznaczona jako "nieznany numer 2", a druga jako "nieznany numer 4".
-
Potnij papier ścierny na kawałki 1 x 2 tak, aby każda grupa miała dwie części.
-
Pokrój bibułę filtracyjną na 1 x 9 na kawałki, po jednym dla każdej grupy.
-
Wytnij kawałki sznurka o długości 2. Każda grupa będzie potrzebować trzech kawałków sznurka, więc przytnij tyle, ile jest potrzebne dla wielkości klasy.
-
Godzinę przed rozpoczęciem zajęć laboratoryjnych umieść kawałki sznurka w butelce z azotanem potasu i pozwól im się namoczyć.
-
Upewnij się, że 20-litrowy pojemnik jest przeznaczony na ciężkie odpady metalowe i jest dostępny dla wszystkich uczniów w kapturze.
-
Ustaw pozostały sprzęt i szkło na każdym stanowisku laboratoryjnym (sugerujemy, aby uczniowie pracowali w parach):
1 Multimetr z czerwonymi i czarnymi przewodami 2 klipsy aligatora 1 Szklany termometr 1 6-dołkowa płytka reakcyjna 1 Para kleszczy 1 kolba miarowa 20 ml 1 100-mL kolba miarowa 1 pipeta miarowa 1 ml 1 pipeta o pojemności 2 ml 3 zlewki 100 ml 1 10-mililitrowy cylinder z podziałką 1 50-mL cylinder z podziałką 1 zlewka 600 ml 2 Szklane lejki
-
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
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.