Warszawa, 16.03.2001 r.
Małgorzata Kuryłek
Waldemar Józwik
Marcin Tyszczuk
Termodynamika ogniw
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie standardowej siły elektromotorycznej ogniwa , średniego współczynnika aktywności elektrolitu (γ±) oraz wyznaczenie liczb przenoszenia jonów Cd2+ i Cl- w roztworach wodnych CdCl2 metodą pomiaru SEM ogniw stężeniowych z przenoszeniem.
Podstawy fizyczne
SEM jest różnicą potencjałów wewnętrznych drutów łącznikowych wykonanych z tego samego metalu, dołączonych do elektrod wyprowadzających ogniwa otwartego. Termin „ogniwo otwarte” oznacza graniczny stan ogniwa wykonującego pracę elektryczną nieskończenie powoli. Zgodnie z tzw. Konwencją Sztokholmską od potencjału łącznika elektrody zapisanej z prawej strony odejmuje się potencjał elektrody lewej ( ). Ponieważ SEM ogniwa można opisać przy pomocy funkcji termodynamicznych, zatem SEM, podobnie jak i one (funkcje termodynamiczne) zależy od temperatury. Ostatecznie:
,
gdzie -standardowa SEM ogniwa, związana ze standardowymi potencjałami chemicznymi reagentów.
Siła elektromotoryczna badanego ogniwa chlorowo-kadmowego wyrażona jest wzorem:
,
gdzie: jest współczynnikiem aktywności elektrolitu. Współczynnik ten wiąże ze sobą siłę jonową (I) i pewną stałą (A) charakteryzującą rozpuszczalnik. Opisany on jest wzorem zgodnie z teorią Debye'a - Hückela:
,
gdzie I przedstawia się:
Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego przedstawiona jest wzorem:
Znając siły elektromotoryczne wyżej wymienionych ogniw możemy wyznaczyć średni współczynnik aktywności elektrolitu CdCl2. Pomiar SEM pozwala na wyznaczenie również liczby przenoszenia przy pomocy ogniw stężeniowych z przenoszeniem.
SEM takiego ogniwa można wyrazić za pomocą wzoru:
Liczba przenoszenia jest to stosunek ładunku przeniesionego przez dany jon do sumarycznego ładunku przeniesionego przez wszystkie jonu znajdujące się w roztworze. Zatem przy pomocy powyższego wzoru można wyznaczyć liczby przenoszenia poszczególnych jonów.
Wykonanie ćwiczenia
Metoda pomiaru
Pomiar polega na zmierzeniu wartości SEM ogniw chemicznych o różnych stężeniach elektrolitu. Pomiar prowadzimy dla następujących ogniw: (-) Hg,Cd|CdCl2|AgCl|Ag(+) oraz (-)Cd|CdCl2|Cd,Hg(+). Siłę elektromotoryczną pierwszego z wymienionych ogniw wyznacza się w następujący sposób:
(…)
…
0,1266
2
0,0040
0,0120
0,0988
3
0,0020
0,0060
0,0721
4
0,0010
0,0030
0,0519
5
0,0005
0,0015
0,0373
0,04589 V Nr
m/mol/kgH2O (3RT/2F)ln(4?m)/V
ESEM/mV
(m)
1
0,0070
-0,1821
0,86111
0,6989
2
0,0040
-0,2047
0,84667
0,6619
3
0,0020
-0,2326
0,82857
0,6159
4
0,0010
-0,2609
0,79652
0,5556
5
0,0005
-0,2890
0,77968
0,5107
Równanie prostej wyznaczone metodą numeryczną (najmniejszych kwadratów) ma postać:
y…
… półogniwa dla 1F ładunku przeniesionego przedstawia się w następujący sposób:
(+) n_ moli ClŻ przeniosło przez granicę faz ładunek t_F,
(-) n+ moli Cd2+ przeniosło przez granicę faz ładunek t+F
(-) 1 mol ClŻ ubył wskutek przebiegu procesu elektrodowego.
Sumarycznie z lewego półogniwa ubyło n+ moli Cd2+ , a także 1-n_ moli ClŻ (n_ moli ClŻ przeniosło ładunek q_= n_F, n+ moli Cd2+ przeniosło ładunek q+ = 2 n…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)