Células Galvânicas
At the end of this lab, students should know...
O que é eletroquímica?
A eletroquímica é um ramo da química que estuda a relação entre uma reação química e a energia elétrica.
Quais são os principais componentes de uma célula eletroquímica?
Uma célula eletroquímica consiste em uma câmara de reação (ou câmaras) contendo solução (s) eletrolítica (s), uma ponte salina e dois eletrodos condutores (o ânodo e o cátodo) que são conectados eletricamente.
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Funil de vidro10
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cilindro graduado de 10 mL5
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Cilindro graduado de 50 mL5
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Copo de vidro de 100 mL15
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Copo de vidro de 600 mL5
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Balão volumétrico de 100 mL5
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Balão volumétrico de 20 mL5
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2 mL5
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5
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Placa de reação de 6 poços5
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Termômetro de vidro5
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Clipes jacaré10
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Vareta de agitação de vidro5
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Multímetro e cabos5
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Fórceps5
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2" string embebida em KNO315
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1 x 9 polegadas tiras de papel de filtro10
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1 x 2 polegadas tiras de papel de esmeril10
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1 x 9 cm tiras de cobre10
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2 x 6 cm tiras de chumbo10
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2 x 6 cm tiras de zinco10
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2 x 6 cm tiras prateadas10
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Pb(NO3)2 (mínimo 0,35 g por grupo)5 g
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CuSO4·5H2O (mínimo 1,2 g por grupo)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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Cilindro graduado de vidro de 250 mL1
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Cilindro graduado de vidro de 500 mL1
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Balão Erlenmeyer de 250 mL3
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Balão Erlenmeyer de 500 mL1
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frasco de vidro de 250 mL com tampa1
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Funil de pó1
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frasco de vidro marrom de 125 mL com tampa4
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500 mL com tampa1
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Barra de agitação magnética4
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Prato de agitação1
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Saldo de carregamento superior1
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Barcos de pesagem-1 Dependente do tamanho do laboratório
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Espátula-1 Dependente do tamanho do laboratório
Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA
- Preparação de Soluções
Aqui, mostramos a preparação laboratorial para 10 alunos trabalhando em duplas, com algum excesso. Por favor, ajuste as quantidades conforme necessário.
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Para se preparar para este experimento de laboratório, use o equipamento de proteção individual apropriado, incluindo jaleco, óculos de proteção contra respingos químicos e luvas
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Prepare ácido oxálico 0,1 M di-hidratado. Cada grupo precisará de 50 mL. Para 500 ml de solução, pesar 6,304 g de ácido oxálico e transferi-los para um erlenmeyer. nota: O ácido oxálico é corrosivo, portanto, tenha cuidado ao manusear.
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Meça 500 mL de água deionizada e despeje no balão. Adicione uma barra de agitação e coloque o frasco em uma placa de agitação. Ligue a configuração de agitação e deixe a solução misturar até ficar homogênea.
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Pegue um frasco de polietileno com tampa e rotule-o. Use um funil de pó para transferir a solução para o frasco, tampe-o e guarde-o no capô do instrutor até o laboratório.
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Prepare uma solução de nitrato de potássio 0,1 M, que será usada para embeber as cordas da ponte de sal. Para perfazer 250 ml de solução, pesar 2,53 g de nitrato de potássio e transferi-los para um balão.
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Adicione 250 ml de água deionizada ao balão e agite a solução até que fique homogénea.
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Transfira a solução para um frasco de vidro rotulado e guarde-o no capô do instrutor até a aula de laboratório.
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Prepare uma solução de sulfato de zinco 0,05 M, que será usada como uma solução desconhecida no experimento. Cada grupo precisará de 8 mL de solução, então calcule quanto você precisará fazer para sua aula.
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Para fazer 250 mL de solução, pesar 3,6 g de sulfato de zinco e transferi-lo para um Erlenmeyer.
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Adicione 250 ml de água deionizada ao balão e coloque a solução na placa de agitação para misturar.
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Quando a solução parecer homogênea, divida-a em dois frascos de vidro marrom.
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Rotule uma das garrafas como 'número desconhecido 1' e a outra como 'número desconhecido 3'. Guarde as garrafas no capô do instrutor até o laboratório.
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Prepare o nitrato de prata 0,22 M, que também será usado como uma solução desconhecida no experimento. Cada grupo precisará de 8 mL. Para preparar 250 ml de solução, pesar 9,34 g de nitrato de prata e transferi-los para o balão.
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Adicione 250 mL de água deionizada e misture a solução até ficar homogênea.
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Em seguida, transfira a solução para dois frascos de vidro marrom. Rotule-os como 'número desconhecido 2' e 'número desconhecido 4'. Guarde os frascos com as outras soluções preparadas no exaustor do instrutor.
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- Preparação de outros reagentes
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Cada grupo precisará de cerca de 1,25 g de sulfato de cobre. Coloque a garrafa ao lado da balança analítica junto com uma espátula limpa e pese os barcos.
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Cada grupo precisará de cerca de 0,35 g de nitrato de chumbo. Coloque a garrafa ao lado de uma balança.
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Você também precisará de pedaços de folha de cobre de 1 x 9 cm. Conte o suficiente para que cada grupo tenha duas peças e coloque-as em um recipiente.
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Cada grupo também precisará de um pedaço de chumbo. Obter 2 pedaços de chumbo de 6 cm e colocá-los num copo etiquetado.
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Obtenha 2 pedaços de chapa de zinco pré-cortados de 6 cm, um para cada grupo. Divida as tiras em dois béqueres, um rotulado como número desconhecido 1 e o outro como número desconhecido 3.
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Cada grupo também precisará de um pedaço de folha de prata de 2 x 6 pol. Divida as tiras em dois béqueres, um rotulado como 'número desconhecido 2' e o outro como 'número desconhecido 4'.
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Corte a lixa em pedaços de 1 x 2 para que cada grupo tenha dois pedaços.
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Corte o papel de filtro em 1 x 9 em pedaços com um para cada grupo.
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Corte pedaços de barbante de 2 polegadas de comprimento. Cada grupo precisará de três pedaços de barbante, então corte quantos forem necessários para o tamanho da turma.
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Uma hora antes do início da aula de laboratório, coloque os pedaços de barbante na garrafa de nitrato de potássio e deixe-os de molho.
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Certifique-se de que um recipiente de 20 L seja dedicado a resíduos de metais pesados e seja acessível a todos os alunos no capô.
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Disponha os restantes equipamentos e vidrarias em cada estação de laboratório (sugerimos que os alunos trabalhem em pares):
1 multímetro com fios vermelhos e pretos 2 clipes Alligator 1 termômetro de vidro 1 placa de reação de 6 poços 1 Par de pinças 1 balão volumétrico de 20 mL 1 balão volumétrico de 100 mL 1 pipeta volumétrica de 1 mL 1 pipetador de 2 mL de capacidade 3 copos de 100 mL 1 cilindro graduado de 10 mL 1 cilindro graduado de 50 mL 1 copo de 600 mL 2 funis de vidro
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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.