К., Касенова Н. Б. Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар
Өзін-өзі тексеруге арналған жаттығулар
жүктеу/скачать 2,71 Mb.
|
Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар методичка
- Бұл бет үшін навигация:
- ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №11
| Өзін-өзі тексеруге арналған жаттығулар:
Тотығу-тотықсыздану реакциясы үшін қай зат тотықтырғыш, қай зат тотықсыздандырғыш болатынын көрсетіңдер. Электронды баланс әдісі бойынша коэффициенттерді таңдандар.
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №11Электрохимиялық процестерЖұмыстың мақсаты: Металдардың электродтық потенциалдарын өлшеп үйрену және есептеу. Нернст теңдеуін пайдаланып гальваникалық элементтің э.қ.к. есептеу. Маңызды түсініктер. Тотығу-тотықсыздану потенциалдары. Гальваникалық элемент. Электрохимиялық тотығу-тотықсыздану реакциялары. Электролиз. ! Білу керек. 1. Жартылай реакция әдісін қолданып, реакция теңдеуін құрастыру. 2. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының жүзеге асуын болжау үшін жартылай реакцияның электродты потенциалын қолдану. 3. Жартылай реакцияның электродты потенциалына сәйкес келетін мәліметтер бойынша гальваникалық элементтің ЭҚК есептеу. 4. Электролиз кезіндегі катодта және анодтағы электродты процестер схемасын жазу. ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ Электрохимия – ТТР нәтижесінде электр тоғы пайда болуын (гальваникалық элементтер) және электр тоғы әсерінен ТТР-ларының (электролиз) жүру заңдылығын зерттейтін химияның бір бөлімі. Металдар – тотықсыздандырғыштар, бірақ әр металдың электрон бергіштігі әр түрлі. Металдардың тотықсыздандырғыш қабілетін Н.Н. Бекетов зерттеп, олардың бұл қабілетінің азаюына байланысты орналастырып металдардың кернеу қатарын түзеді. Металды суға батырғанда полюсті су молекулалары әсерінен металдардың бет жағы ептеп ериді. Осының нәтижесінде электрондар металл пластинкасының бетінде қалып, ал катиондар ерітіндіге көшеді. Бірақ металдардың еру процесі көпке бармайды, аздан кейін тепе-теңдік күйге көшеді, яғни белгілі бір уақыт ішінде қанша катион ерітіндіге көшсе, сонша катион қайтадан металл пластикансына ауысады: Me + mH2O ↔ Men+ * nH2O + ne Металдардың бетінде қалған электрондардың есебінен металл пластинкасы теріс зарядталады, ал ерітіндіге көшкен металл катиондары оны оң зарядтайды. Судың орнына металдардың өз тұздарын да алуға болады. Бұл жағдайда металдар (актив металдар) тұздардың ерітінділеріне батырғанда, металл ерімейді, керісінше, ерітінділердегі катиондар металдың бетіне көшеді де оны оң зарядтайды, ал қалған аниондар оң пластинкаға тартылып, ерітіндіні теріс зарядтайды. Сонымен металл мен ерітіндінің жанасқан бетінде потенциалдар айырмасы пайда болады, оны металдардың электрондық потенциалы (Е0) деп атайды. Е0 мәні аз болған сайын, металдың тотықсыздандырғыш қабілеті көбірек болады. Е0 сандық мәні металдардың табиғатына (активтігіне), ерітіндідегі иондардың концентрациясына, температураға байланысты болады. Е0 абсолюттік мәндерін тікелей өлшеу осы уақытқа дейін мүмкін болмай отыр, тек салыстырмалы потенциалдарын өлшейді. Салыстырмалы электрод ретінде сутектік электрод қолданылады да оның потенциалы нольге тең деп алынады. Е0 мәндерін салыстырып металдардың орын басу реакцияға түсу мүмкіндігін анықтауға болады. Е0 мәні аз болған сайын, металдардың тотықсыздандырғыш қабілеті көп болады, сондықтан металдар бір-бірін тұздарынан ығыстырып шығара алады. Е0 мәні теріс болатын металдар тұз қышқылы мен сұйық күкірт қышқылынан сутегін ығыстырып шығарады. Ал кернеу қатарында сутегіден оң тұрған металдар бұл қышқылдармен әрекеттеспейді. Концентрлі күкірт қышқылы мен азот қышқылы (сұйытылған және концентрлі) – күшті тотықтырғыш. Бұл қышқылдарда тотықтырғыштар күкірт пен азот атомдары. Сондықтан бұл қышқылдар кернеу қатарында сутегінің оң жағында тұрған металдарды да еріте алады, бірақ сутегі бөлінбейді, себебі азот пен күкірт атомдары сутегіден күшті тотықтырғыш. Металдар концентрлі күкірт қышқылымен әрекеттескенде металдардың активтіген байланысты, температураға байланысты күкірт SO2, S немесе S2- -ке дейін тотықсызданады. Металл активтігі көп болған сайын және температура жоғары болған сайын күкірттің тотықсыздануы жоғары болады. Азот қышқылы металдармен әркеттескенде мына қатармен тотықсызданады: HNO3 → NO2 → HNO2 → NO → N2O → N2→ NH3(NH4OH). Азот қышқылының тотықсыздану дәрежесі оның концентрациясы мен металдардың активтігіне байланысты. Концентрлі азот қышқылы NO2 –ге дейін тотықсызданады, ал сұйытылған азот қышқылы NO-ға дейін, металдардың активтігіне байланысты N2 немесе NH3-ке дейін тотықсызданады. Е0 – стандартты электродтық потенциал металдар ионының концентрациясы 1 моль/л температура 250С болғандағы мәні. Ал басқа температура мен концентрация үшін электродтық потенциал мына Нернст теңдеуі арқылы табылады: ∆E = E0 + (0,059/n) lgCMen+ CMen+ - металл иондарының молярлы концентрациясы n- металл иондарының заряды. Гальваникалық элементтер – химиялық электр энергиясының көзі, электр тоғы ТТР нәтижесінде пайда болады. Гальваникалық элементтерде тотығу процесі бір электродта (анодта), тотықсыздану процесі екінші электродта (катодта) жүреді. Мұның өзі электродтарда әр түрлі потенциалдар айырмасы болып тұруын қамтамасыз етеді. Элементтің электр қозғаушы күші (э.қ.к) – де сол потенциалдар айырмасына байланысты болады. Анод ретінде электродтардың потенциал мәні төменірек металды алады: Еа < Ек. Мысалы: мыс-мырыш элементтерінде не Даниель-Якоби элементтерінде (-) Zn/Zn2+ ║ Cu2+/Cu (+) Cu – оң электрод, катод. Элементте мына процесс жүреді: (A) Zn -2e →Zn2+ - тотығу процесі (K) Cu +2e → Cu0 – тотықсыздану процесі Zn – анод, электрондар көзі. Э.Қ.К. табу үшін мәні үлкен электродтық потенциалдан (оң электродтың потенциалы) мәні кіші (терісірек) потенциал алынады: Э.Қ.К. = ∆Е = Ек -Еа ∆E = E0Cu2+/Cu – E0Zn2+/Zn ∆E = 0,34 – (-0,76) = 1,10В Сонымен мыс-мырыш гальваникалық элемент 1,10 В электр тоғын береді. Екі бірдей электрод концентрациясы әр түрлі ерітінділерге салынған болса, концентрациялы гальвани элементін құрайды. Мысалы, мыс электродының концентрациясы әр түрлі (CICu2+ < CIICu2+) мыс сульфаты ерітіндісіне бастырса, схеманы былай жазуға болады: (-) Cu/Cu2+CI ║ Cu2+CII /Cu(+) Осылайша гальвани элементін алуға болады. Мұндай гальвани элементінде анод концентрациясы төмен ерітіндідегі электрод болады. Гальваникалық элементте жұмыс істелінгенде: (A) Cu0 -2e → Cu2+; (K) Cu2+ +2e → Cu0 Э.Қ.К. концентрациялы гальвани элементінде электролит иондарының концентрациясының қатынасына байланысты: ∆E = (0,059/n) lgCII/CI Химиялық тоқ көзі ретінде гальваникалық элемент техникада көп қолданылады. Бірақ гальваникалық элементтер өте аз уақыт жұмыс істейді, себебі электродтардың потенциалдары өзгереді, поляризацияланады. Мысалы, мырыш пен мыс пластиналары күкірт қышқылына батырылып жасалған Вольт элементтеріндегі мыс электроды потенциалының азаюы оның бетінде сутегінің адсорбцияланып, сутегі электроды сияқты жұмыс істеуіне байланысты, ал мырыш электроды потенциалының оңға қарай ауысуы, оның ерітіндідегі иондарының көбейіп, мырыштың еруінің азаюына байланысты. Электродтардың поляризациясын жою үшін оған әр түрлі заттар – деполяризаторлар қосады. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ Реактивтер мен құралдар: KI, фенолфталеин, натрий тиосульфаты Na2S2O3, мыс сульфаты CuSO4; қорғасын нитраты Pb(NO3)2; мырыш сульфаты ZnSO4, калий хлориді KCl, мырыш және мыс, темір пластинкалары. Тәжірибе №1. Калий иодиді ерітіндісінің электролизі. KI бар электролизерге графитті электродты түсіріңдер және оны тұрақты тоқ көзіне жалғаңдар. Катодты кеңістік маңайына бірнеше тамшы фенолфталеин құйыңдар. Ерітіндідегі катод және анод маңайында түстің өзгеруін түсіңдіріңдер. Тәжірибе аяқталғаннан кейін анодта иодты кетіру үшін натрий тиосульфаты Na2S2O3 ерітіндісімен жуыңдар, кейін дистильденген сумен. Иодтың қалдықтарын арнайы шыны ыдысқа құйыңдар. Тәжірибе №2. Мыс-мырыш гальваникалық элементтің э.қ.к. өлшеу. С уретте көрсетілгендей етіп, мыс пен мырыштың электродынан тұратын гальваникалық электрод жинаңдар. Бұл металдардың тұздарының концентрациясын оқытушы айтады. Сурет 11.1.. Гальваникалық элемент. 1-мыс электроды, 2- мырыш электроды, 3- мыс сульфаты ерітіндісі, 4- мырыш сульфатының ерітіндісі, 5- электролиттік кілт, 6- өткізгіш сым. Өткізгіш сым потенциометр клемасымен жалғасады. Мырыш-теріс, мыс электродын оң полюске қосып, элементтің э.қ.к. есептеңдер. ΔЕтеор. = Е Cu2+/Cu - E0Zn2+/Zn Салыстырмалы қатені табыңдар: % қате= ((ΔЕтеор.-ΔЕтәж.)/ΔЕтеор.)∙100% Тәжірибе №3. Концентрациялы гальваникалық элементтің э.қ.к. есептеу. Мыс электродынан немесе мырыш электродынан тұратын гальваникалық элементтің схемасын жинақтаңдар. Электродтарды концентрациясы әр түрлі өз тұздарының ерітіндісіне батырыңдар. Ерітінділер концентрациясын мұғалім көрсетеді. Тәжірибе жүзінде ΔЕтәж. өлшеңдер және теориялық ΔЕтеор. мына формула бойынша есептеңдер: ΔЕтеор. = (0,059/n) lgCІІ/СІ, CІІ<СІ Салыстырмалы қатені табыңдар. Тәжірибе №4. Металлдардың белсенділігін зерттеу. Жеке стакандарға белгісіне дейін келесі тұздардың ерітіндісін құйыңдар: CuSO4; Pb(NO3)2; ZnSO4. Мыс тұзынан басқа барлық ерітінділерге мыс пластинкасын салыңдар. Неліктен ешбір сынауықта реакция жүрмеді? Әрбір сынауыққа темір пластинкасын салыңдар. Қай металдар өз тұзынан темірмен ығыстырылып шығарылады? Барлық сынауыққа мырыш пластинкасын енгізіңдер. Темір және мырыштың металл тұздарымен әрекеттесу реакция теңдеуін жазыңдар. Тотықсыздандырғыштық белсенділігі төмендеу реті бойынша металдарды орналастырыңдар, берілген жұмыста қолданылатын металдардың стандартты электродты потенциалын жазыңдар. Тәжірибе №5. Гальваникалық элементті дайындау. Екі стакан алыңдар. Біреуін мырыш сульфатымен ZnSO4, екіншісін мыс сульфатымен CuSO4 толтырыңдар. Агар-агар қоспасы бар KCl ерітіндісімен толтырылған электролиттік көпірмен стакандарды жалғаңдар. Мырыш сульфаты ерітіндісіне мырыш пластинкасын, мыс сульфаты ерітіндісіне мыс пластинкасын салыңдар. Пластинкаларды гальваномертмен жалғаңдар. Тізбекті жауып, гальванометр көрсеткішінің ауытқуын бақылаңдар. Мырыш пен мыстың стандартты электродты потенциалын жазыңдар және оларды салыстырыңдар. Қай металл анод, қай металл катод болатынын анықтаңдар, гальваникалық элементтің схемасын жазыңдар, тізбек бойынша электрондар қозғалысын көрсетіңдер, электродты процесстерді құрастырыңдар, гальваникалық элементтің ЭҚК есептеңдер. жүктеу/скачать 2,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|