pobieranie: 01_Ogniwa galwaniczne
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: KOROZJA I OCHRONA PRZED KOROZJĄ ĆWICZENIA LABORATORYJNE Temat ćwiczenia: OGNIWA GALWANICZNE Cel ćwiczenia Poznanie budowy, zasady działania i pracy ogniw galwanicznych oraz metod pomiaru potencjału elektrodowego. Zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji w ogniwie Daniella: Zn⏐ZnSO4⏐⏐CuSO4⏐Cu. Wstęp Ogniwo galwaniczne dostarcza energię elektryczną w następstwie procesów utleniania i redukcji zachodzących w półogniwach. Przykładem ogniwa galwanicznego jest ogniwo Daniella. Ogniwo Daniella składa się z dwóch naczyń zawierających roztwory ZnSO4 i CuSO4, z zanurzonymi w nich elektrodami: cynkową i miedzianą. a) b) c)
Rys.1. Ogniwo Daniella: a) nie pracujące ogniwo, b) pracujące ogniwo, c) pracujące ogniwo zasilające odbiornik. Elektroda cynkowa jest w ogniwie anodą, a elektroda miedziana – katodą. Jeśli połączymy elektrody przewodnikiem, wówczas popłynie prąd elektryczny. Prąd płynie od katody do anody.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 1
Cynk, który ma niższy potencjał, utlenia się i przechodzi w stan jonowy ładując się ujemnie: Zn → Zn2+ + 2 e, natomiast miedź będąca metalem szlachetnym o wyższym potencjale standardowym ładuje się dodatnio: Cu2+ + 2 e → Cu. Schematycznie ogniwo Daniella można przedstawić w sposób następujący: (+) Cu ⏐ CuSO4(aq) ⏐⏐ klucz elektrolityczny⏐⏐ ZnSO4(aq) ⏐ Zn (-) Roztwory te połączone są ze sobą kluczem elektrolitycznym. Klucz elektrolityczny jest to rurka szklana w kształcie litery U napełniona stężonym wodnym roztworem KCl lub KNO3 zmieszanym z żelem agar-agar, który uniemożliwia wypłynięcie roztworu. Klucz elektrolityczny umożliwia ruch jonów, ale roztwory nie ulegają wymieszaniu. W wyniku tego procesu elektroda cynkowa ( anoda ) będzie się stopniowo roztwarzała, a na elektrodzie miedzianej ( katodzie ) będzie się osadzać miedź.
o Potencjał elektrody cynkowej równy jest: E Zn = E Zn + o Potencjał elektrody miedzianej równy jest: ECu = ECu
R ⋅T ⋅ ln C Zn 2 + , n⋅F R ⋅T + ⋅ ln C Cu 2 + , n⋅F
gdzie: E – potencjał elektrody ( V ), Eo – potencjał standardowy elektrody ( V ), R – stała gazowa ( 8,314
J ), mol ⋅ K
T – temperatura ( K ), n – wartościowość kationu metalu, F – stała Faraday’a ( 96484 C – stężenie molowe (
C ), mol mol ). dm 3
Siła elektromotoryczna ogniwa elektrody dodatniej i ujemnej:
o o SEM = E Cu − E Zn = E Cu − E Zn +
Daniella
równa
się
różnicy
potencjałów
C 2+ C 2+ R ⋅T R ⋅T o o ⋅ ln Cu = E Cu − E Zn + 2,303 log Cu n⋅F C Zn 2 + 2F C Zn 2 +
W przypadku gdy stężenia Zn 2+ i Cu 2+ są sobie równe, wówczas:
o o SEM o = ECu − E Zn
gdzie: SEM o - standardowa siła elektromotoryczna ogniwa Daniella.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
2
Ogniwo stężeniowe jest zbudowane z dwóch jednakowych elektrod, zanurzonych do roztworów o różnych stężeniach. Ogniwo takie można przedstawić schematycznie w następujący sposób: (+) Me ⏐ Men+(aq)⏐⏐ klucz elektrolityczny ⏐⏐Men+(aq) ⏐Me (-) C1 C2 Siła elektromotoryczna tego ogniwa równa się różnicy potencjałów: SEM = E1 - E 2
E1 = E o + 2,303
R ⋅T ⋅ log C1 n⋅F
E 2 = E o + 2,303
R ⋅T ⋅ log C 2 n⋅F
SEM = 2,303
C R ⋅T log 1 n⋅F C2
W trakcie pracy ogniwa zachodzi zjawisko zmiany potencjału elektrod zwane zjawiskiem polaryzacji. Graficznym przedstawieniem tego zjawiska są wykresy Evansa. Przedstawiają one krzywe polaryzacji, czyli zmiany potencjału anody i katody w funkcji przepływającego przez ogniwo prądu.
Rys.2. Wykres Evansa. Ilustracja zjawiska polaryzacji w ogniwie pracującym. ∆E k - polaryzacja katody, ∆E A - polaryzacja anody, I m - natężenie prądu.
Anoda staje się bardziej elektrododatnia ( bardziej szlachetna ), a katoda bardziej elektroujemna ( bardziej aktywna ). Gdy rezystancja układu będzie bliska zeru, wtedy potencjały elektrod prawie wyrównają się osiągając wartość potencjału mieszanego E m , któremu odpowiada I m płynący w układzie. Polaryzacja hamuje pracę ogniwa, czyli zmniejsza prędkość procesów elektrodowych. Dane doświadczalne wykazują, że polaryzacja elektrod przebiega z początku procesu korozji bardzo szybko, później znacznie wolniej, a wreszcie bardzo słabo, aż do zaniku.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 3
Rys.3. Schemat układu do badania polaryzacji ogniwa Daniella: 1 – ogniwo Daniella, 2 – elektroda odniesienia ( kalomelowa ), 3 – miliwoltomierz wysokooporowy, 4 – opornik dekadowy, 5 – miliamperomierz, 6 – wyłącznik. Przebieg ćwiczenia Przyrządy i odczynniki: woltomierz, 2 elektrody miedziane, 2 elektrody cynkowe, 2 elektrody kalomelowe nasycone, klucz elektrolityczny, naczyńka pomiarowe, termometr, papier ścierny, aceton, roztwory: CuSO4 i ZnSO4 o stężeniach: 1
mol mol mol mol ; 0,1 3 ; 0,01 3 ; 0,001 3 . 3 dm dm dm dm
Część 1: Oznaczanie potencjału elektrody. Oznaczyć potencjał elektrody przez pomiar SEM ogniwa zbudowanego z badanej elektrody oraz elektrody odniesienia ( elektrody kalomelowej ) – rys.4.
Rys.4. Schemat układu do oznaczenia potencjału elektrody: 1 – elektroda kalomelowa zanurzona do nasyconego roztworu KCl, 2 – badana elektroda ( Zn/Cu ), 3 – roztwór elektrolitu ( ZnSO4/CuSO4 ) , do którego zanurzona jest elektroda badana.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
4
Wykonanie doświadczenia: 1. Elektrody badane oczyścić papierem ściernym, opłukać wodą, odtłuścić acetonem i osuszyć. 2. Przygotować ogniwo według rys.4. kolejno dla elektrody cynkowej i miedzianej. 3. Zmierzyć wartość SEM. 4. Zmierzyć temperaturę. 5. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo Me/Men+ temperatura
o
SEM zmierzona wzgl. NEK V
Eobl. względem NEK V
Eobl. ze wzoru Nernsta V
C
Część 2: Oznaczenie SEM ogniw chemicznych.
Rys.5. Schemat ogniwa chemicznego: 1 – roztwór CuSO4, 2 – elektroda Cu, 3 – klucz elektrolityczny, 4 – elektroda Zn, 5 – roztwór ZnSO4 Wykonanie doświadczenia: 6. Przygotować ogniwo chemiczne według rys.5. 7. Zmierzyć wartość SEM. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo I Me/Men+ półogniwo II Me/Men+ SEM zmierzona V SEM obliczone V
8. Przedstawić za pomocą schematu ogniwo chemiczne. 9. Opisać równaniami chemicznymi procesy zachodzące na katodzie i anodzie. Wskazać kierunek przepływu elektronów w ogniwach.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 5
Część 3: Oznaczenie SEM ogniw stężeniowych.
Rys. 6. Schemat ogniwa stężeniowego: 1,5 – roztwory elektrolitu ( ZnSO4/CuSO4 ), 3 – klucz elektrolityczny, 2,4 – elektrody badane ( Zn/Cu ) Wykonanie doświadczenia: 10. Przygotować ogniwo stężeniowe według rys.6. 11. Zmierzyć wartość SEM. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo I Me/Men+ półogniwo II Me/Men+ SEM zmierzona V SEM obliczone V
12. Przedstawić za pomocą schematu ogniwo stężeniowe. 13. Opisać równaniami chemicznymi procesy zachodzące na katodzie i anodzie. Wskazać kierunek przepływu elektronów w ogniwach. Część 4: Badanie zjawiska polaryzacji. 14. Zmontować układ pomiarowy zgodnie ze schematem ( rys.3). 15. Oczyścić elektrody cynkową i miedzianą papierem ściernym, opłukać wodą, odtłuścić acetonem i wysuszyć. 16. Do jednej części naczyńka galwanicznego nalać 1 – molowy roztwór CuSO4 , a do drugiego 1 – molowy roztwór ZnSO4 . 17. Oczyszczone elektrody zanurzyć do roztworów własnych soli. 18. Zmierzyć potencjał katody i anody względem elektrody odniesienia ( elektrody kalomelowej ) – wyłącznik (6) jest rozwarty. Różnica między potencjałem katody i anody jest siłą elektromotoryczną ogniwa ( SEM ). 19. Ustawić pokrętła opornika dekadowego w położeniu maksymalnym ( opór największy ). Zamknąć przełącznik (6). 20. Zmniejszając wartość oporu opornika dekadowego zwiększać natężenie prądu płynącego przez ogniwo co 1mA.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 6
Wielkość prądu wskazuje miliamperomierz (5).Wartość potencjału katody i anody odczytywać po 5 minutach przepływu prądu o danym natężeniu. 21. Pomiary prowadzić aż do zmniejszenia oporu opornika dekadowego do 0 ( Rz = 0 Ω). 22. Otrzymane wyniki umieścić w tabeli:
Wartość oporu zewnętrznego RZ
Ω
Potencjał katody - Cu EK V
Potencjał anody - Zn EA V
Natężenie prądu w ogniwie I mA 0
Szybkość utleniania Vkor g/mm2·doba mm/rok
1 2 3
∞
0
23. Wartości potencjałów elektrod wyliczyć względem elektrody kalomelowej, wiedząc, że jej potencjał wynosi: Ekal = 0,242 - 7,6⋅10-4 ( t – 25 ) [ V ] gdzie: t – temperatura pomiaru [ oC ] 24. Sporządzić wykres: E = f( I ) w ogniwie oraz schemat zestawu pomiarowego. 25. W sprawozdaniu należy określić prąd płynący w ogniwie krótkozwartym ( maksymalna wartość prądu płynąca przez ogniwo przy Rz = 0) i korzystając z prawa Faradaya określić szybkość roztwarzania cynku w g/mm2 dobę i mm/rok. Przy obliczaniu szybkości roztwarzania w mm/rok konieczna jest znajomość powierzchni cynku, która jest zanurzona do roztworu ZnSO4 .
Vr = k ⋅
I ⋅ M ⋅ 3600 ⋅ 24 Ir = r Zn S F ⋅z⋅S
g ⎡ ⎤ ⎢ m 2 ⋅ doba ⎥ ⎣ ⎦
gdzie:
I r – natężenie prądu płynącego e krótkozwartym ogniwie Daniella
S – pole powierzchni anody m 2
[A]
[ ]
⎡ g ⎤ k – równoważnik elektrochemiczny metalu ⎢ ⎣ A⋅ h⎥ ⎦ M Zn – masa atomowa metalu ( Zn ) C ⎤ ⎡ F – stała Faradaya ⎢96500 mol ⎥ ⎣ ⎦ ⎡ g ⎤ ⎢ mol ⎥ ⎣ ⎦
z – wartościowość jonu metalu
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
7
Zagadnienia kontrolne 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Potencjał elektrody, potencjał standardowy. Elektrody odniesienia: wodorowa, kalomelowa. Rodzaje ogniw galwanicznych , ogniwo Daniella. Równanie Nernsta. Siła elektromotoryczna ogniwa. Zjawisko polaryzacji. Przyczyny polaryzacji. Pojęcie nadnapięcia. Szybkość utleniania i redukcji w ogniwie.
Literatura 1. Z.Jabłoński, Ćwiczenia laboratoryjne i rachunkowe z chemii ogólnej i technicznej, Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 1984, 2. A. Śliwy, Obliczenia chemiczne, PWN Warszawa 1973, 3. E.Jagodzińska,Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej,Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 1999, 4. M.Kamiński, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej, Warszawa 1978, 5. J.Baszkiewicz, M.Kamiński, Podstawy korozji materiałów, Warszawa 1997.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
8
01_Ogniwa galwaniczne
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: KOROZJA I OCHRONA PRZED KOROZJĄ ĆWICZENIA LABORATORYJNE Temat ćwiczenia: OGNIWA GALWANICZNE Cel ćwiczenia Poznanie budowy, zasady działania i pracy ogniw galwanicznych oraz metod pomiaru potencjału elektrodowego. Zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji w ogniwie Daniella: Zn⏐ZnSO4⏐⏐CuSO4⏐Cu. Wstęp Ogniwo galwaniczne dostarcza energię elektryczną w następstwie procesów utleniania i redukcji zachodzących w półogniwach. Przykładem ogniwa galwanicznego jest ogniwo Daniella. Ogniwo Daniella składa się z dwóch naczyń zawierających roztwory ZnSO4 i CuSO4, z zanurzonymi w nich elektrodami: cynkową i miedzianą. a) b) c)
Rys.1. Ogniwo Daniella: a) nie pracujące ogniwo, b) pracujące ogniwo, c) pracujące ogniwo zasilające odbiornik. Elektroda cynkowa jest w ogniwie anodą, a elektroda miedziana – katodą. Jeśli połączymy elektrody przewodnikiem, wówczas popłynie prąd elektryczny. Prąd płynie od katody do anody.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 1
Cynk, który ma niższy potencjał, utlenia się i przechodzi w stan jonowy ładując się ujemnie: Zn → Zn2+ + 2 e, natomiast miedź będąca metalem szlachetnym o wyższym potencjale standardowym ładuje się dodatnio: Cu2+ + 2 e → Cu. Schematycznie ogniwo Daniella można przedstawić w sposób następujący: (+) Cu ⏐ CuSO4(aq) ⏐⏐ klucz elektrolityczny⏐⏐ ZnSO4(aq) ⏐ Zn (-) Roztwory te połączone są ze sobą kluczem elektrolitycznym. Klucz elektrolityczny jest to rurka szklana w kształcie litery U napełniona stężonym wodnym roztworem KCl lub KNO3 zmieszanym z żelem agar-agar, który uniemożliwia wypłynięcie roztworu. Klucz elektrolityczny umożliwia ruch jonów, ale roztwory nie ulegają wymieszaniu. W wyniku tego procesu elektroda cynkowa ( anoda ) będzie się stopniowo roztwarzała, a na elektrodzie miedzianej ( katodzie ) będzie się osadzać miedź.
o Potencjał elektrody cynkowej równy jest: E Zn = E Zn + o Potencjał elektrody miedzianej równy jest: ECu = ECu
R ⋅T ⋅ ln C Zn 2 + , n⋅F R ⋅T + ⋅ ln C Cu 2 + , n⋅F
gdzie: E – potencjał elektrody ( V ), Eo – potencjał standardowy elektrody ( V ), R – stała gazowa ( 8,314
J ), mol ⋅ K
T – temperatura ( K ), n – wartościowość kationu metalu, F – stała Faraday’a ( 96484 C – stężenie molowe (
C ), mol mol ). dm 3
Siła elektromotoryczna ogniwa elektrody dodatniej i ujemnej:
o o SEM = E Cu − E Zn = E Cu − E Zn +
Daniella
równa
się
różnicy
potencjałów
C 2+ C 2+ R ⋅T R ⋅T o o ⋅ ln Cu = E Cu − E Zn + 2,303 log Cu n⋅F C Zn 2 + 2F C Zn 2 +
W przypadku gdy stężenia Zn 2+ i Cu 2+ są sobie równe, wówczas:
o o SEM o = ECu − E Zn
gdzie: SEM o - standardowa siła elektromotoryczna ogniwa Daniella.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
2
Ogniwo stężeniowe jest zbudowane z dwóch jednakowych elektrod, zanurzonych do roztworów o różnych stężeniach. Ogniwo takie można przedstawić schematycznie w następujący sposób: (+) Me ⏐ Men+(aq)⏐⏐ klucz elektrolityczny ⏐⏐Men+(aq) ⏐Me (-) C1 C2 Siła elektromotoryczna tego ogniwa równa się różnicy potencjałów: SEM = E1 - E 2
E1 = E o + 2,303
R ⋅T ⋅ log C1 n⋅F
E 2 = E o + 2,303
R ⋅T ⋅ log C 2 n⋅F
SEM = 2,303
C R ⋅T log 1 n⋅F C2
W trakcie pracy ogniwa zachodzi zjawisko zmiany potencjału elektrod zwane zjawiskiem polaryzacji. Graficznym przedstawieniem tego zjawiska są wykresy Evansa. Przedstawiają one krzywe polaryzacji, czyli zmiany potencjału anody i katody w funkcji przepływającego przez ogniwo prądu.
Rys.2. Wykres Evansa. Ilustracja zjawiska polaryzacji w ogniwie pracującym. ∆E k - polaryzacja katody, ∆E A - polaryzacja anody, I m - natężenie prądu.
Anoda staje się bardziej elektrododatnia ( bardziej szlachetna ), a katoda bardziej elektroujemna ( bardziej aktywna ). Gdy rezystancja układu będzie bliska zeru, wtedy potencjały elektrod prawie wyrównają się osiągając wartość potencjału mieszanego E m , któremu odpowiada I m płynący w układzie. Polaryzacja hamuje pracę ogniwa, czyli zmniejsza prędkość procesów elektrodowych. Dane doświadczalne wykazują, że polaryzacja elektrod przebiega z początku procesu korozji bardzo szybko, później znacznie wolniej, a wreszcie bardzo słabo, aż do zaniku.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 3
Rys.3. Schemat układu do badania polaryzacji ogniwa Daniella: 1 – ogniwo Daniella, 2 – elektroda odniesienia ( kalomelowa ), 3 – miliwoltomierz wysokooporowy, 4 – opornik dekadowy, 5 – miliamperomierz, 6 – wyłącznik. Przebieg ćwiczenia Przyrządy i odczynniki: woltomierz, 2 elektrody miedziane, 2 elektrody cynkowe, 2 elektrody kalomelowe nasycone, klucz elektrolityczny, naczyńka pomiarowe, termometr, papier ścierny, aceton, roztwory: CuSO4 i ZnSO4 o stężeniach: 1
mol mol mol mol ; 0,1 3 ; 0,01 3 ; 0,001 3 . 3 dm dm dm dm
Część 1: Oznaczanie potencjału elektrody. Oznaczyć potencjał elektrody przez pomiar SEM ogniwa zbudowanego z badanej elektrody oraz elektrody odniesienia ( elektrody kalomelowej ) – rys.4.
Rys.4. Schemat układu do oznaczenia potencjału elektrody: 1 – elektroda kalomelowa zanurzona do nasyconego roztworu KCl, 2 – badana elektroda ( Zn/Cu ), 3 – roztwór elektrolitu ( ZnSO4/CuSO4 ) , do którego zanurzona jest elektroda badana.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
4
Wykonanie doświadczenia: 1. Elektrody badane oczyścić papierem ściernym, opłukać wodą, odtłuścić acetonem i osuszyć. 2. Przygotować ogniwo według rys.4. kolejno dla elektrody cynkowej i miedzianej. 3. Zmierzyć wartość SEM. 4. Zmierzyć temperaturę. 5. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo Me/Men+ temperatura
o
SEM zmierzona wzgl. NEK V
Eobl. względem NEK V
Eobl. ze wzoru Nernsta V
C
Część 2: Oznaczenie SEM ogniw chemicznych.
Rys.5. Schemat ogniwa chemicznego: 1 – roztwór CuSO4, 2 – elektroda Cu, 3 – klucz elektrolityczny, 4 – elektroda Zn, 5 – roztwór ZnSO4 Wykonanie doświadczenia: 6. Przygotować ogniwo chemiczne według rys.5. 7. Zmierzyć wartość SEM. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo I Me/Men+ półogniwo II Me/Men+ SEM zmierzona V SEM obliczone V
8. Przedstawić za pomocą schematu ogniwo chemiczne. 9. Opisać równaniami chemicznymi procesy zachodzące na katodzie i anodzie. Wskazać kierunek przepływu elektronów w ogniwach.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 5
Część 3: Oznaczenie SEM ogniw stężeniowych.
Rys. 6. Schemat ogniwa stężeniowego: 1,5 – roztwory elektrolitu ( ZnSO4/CuSO4 ), 3 – klucz elektrolityczny, 2,4 – elektrody badane ( Zn/Cu ) Wykonanie doświadczenia: 10. Przygotować ogniwo stężeniowe według rys.6. 11. Zmierzyć wartość SEM. Wyniki zapisać w tabeli:
Lp półogniwo I Me/Men+ półogniwo II Me/Men+ SEM zmierzona V SEM obliczone V
12. Przedstawić za pomocą schematu ogniwo stężeniowe. 13. Opisać równaniami chemicznymi procesy zachodzące na katodzie i anodzie. Wskazać kierunek przepływu elektronów w ogniwach. Część 4: Badanie zjawiska polaryzacji. 14. Zmontować układ pomiarowy zgodnie ze schematem ( rys.3). 15. Oczyścić elektrody cynkową i miedzianą papierem ściernym, opłukać wodą, odtłuścić acetonem i wysuszyć. 16. Do jednej części naczyńka galwanicznego nalać 1 – molowy roztwór CuSO4 , a do drugiego 1 – molowy roztwór ZnSO4 . 17. Oczyszczone elektrody zanurzyć do roztworów własnych soli. 18. Zmierzyć potencjał katody i anody względem elektrody odniesienia ( elektrody kalomelowej ) – wyłącznik (6) jest rozwarty. Różnica między potencjałem katody i anody jest siłą elektromotoryczną ogniwa ( SEM ). 19. Ustawić pokrętła opornika dekadowego w położeniu maksymalnym ( opór największy ). Zamknąć przełącznik (6). 20. Zmniejszając wartość oporu opornika dekadowego zwiększać natężenie prądu płynącego przez ogniwo co 1mA.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne 6
Wielkość prądu wskazuje miliamperomierz (5).Wartość potencjału katody i anody odczytywać po 5 minutach przepływu prądu o danym natężeniu. 21. Pomiary prowadzić aż do zmniejszenia oporu opornika dekadowego do 0 ( Rz = 0 Ω). 22. Otrzymane wyniki umieścić w tabeli:
Wartość oporu zewnętrznego RZ
Ω
Potencjał katody - Cu EK V
Potencjał anody - Zn EA V
Natężenie prądu w ogniwie I mA 0
Szybkość utleniania Vkor g/mm2·doba mm/rok
1 2 3
∞
0
23. Wartości potencjałów elektrod wyliczyć względem elektrody kalomelowej, wiedząc, że jej potencjał wynosi: Ekal = 0,242 - 7,6⋅10-4 ( t – 25 ) [ V ] gdzie: t – temperatura pomiaru [ oC ] 24. Sporządzić wykres: E = f( I ) w ogniwie oraz schemat zestawu pomiarowego. 25. W sprawozdaniu należy określić prąd płynący w ogniwie krótkozwartym ( maksymalna wartość prądu płynąca przez ogniwo przy Rz = 0) i korzystając z prawa Faradaya określić szybkość roztwarzania cynku w g/mm2 dobę i mm/rok. Przy obliczaniu szybkości roztwarzania w mm/rok konieczna jest znajomość powierzchni cynku, która jest zanurzona do roztworu ZnSO4 .
Vr = k ⋅
I ⋅ M ⋅ 3600 ⋅ 24 Ir = r Zn S F ⋅z⋅S
g ⎡ ⎤ ⎢ m 2 ⋅ doba ⎥ ⎣ ⎦
gdzie:
I r – natężenie prądu płynącego e krótkozwartym ogniwie Daniella
S – pole powierzchni anody m 2
[A]
[ ]
⎡ g ⎤ k – równoważnik elektrochemiczny metalu ⎢ ⎣ A⋅ h⎥ ⎦ M Zn – masa atomowa metalu ( Zn ) C ⎤ ⎡ F – stała Faradaya ⎢96500 mol ⎥ ⎣ ⎦ ⎡ g ⎤ ⎢ mol ⎥ ⎣ ⎦
z – wartościowość jonu metalu
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
7
Zagadnienia kontrolne 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Potencjał elektrody, potencjał standardowy. Elektrody odniesienia: wodorowa, kalomelowa. Rodzaje ogniw galwanicznych , ogniwo Daniella. Równanie Nernsta. Siła elektromotoryczna ogniwa. Zjawisko polaryzacji. Przyczyny polaryzacji. Pojęcie nadnapięcia. Szybkość utleniania i redukcji w ogniwie.
Literatura 1. Z.Jabłoński, Ćwiczenia laboratoryjne i rachunkowe z chemii ogólnej i technicznej, Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 1984, 2. A. Śliwy, Obliczenia chemiczne, PWN Warszawa 1973, 3. E.Jagodzińska,Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej,Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 1999, 4. M.Kamiński, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej, Warszawa 1978, 5. J.Baszkiewicz, M.Kamiński, Podstawy korozji materiałów, Warszawa 1997.
OGNIWA GALWANICZNE – ćwiczenia laboratoryjne
8
