Опыт 1. Определение ЭДС гальванического элемента Якоби-Даниэля

Методика проведения опыта: В один из двух чистых сухих стаканов на 200 см³ налейте раствор сульфата цинка, во второй – раствор сульфата меди такой же концентрации. Металлические пластины тщательно зачистите наждачной бумагой, промойте водой, промокните фильтровальной бумагой и погрузите в растворы своих солей. Цинковую пластину соедините с отрицательной клеммой потенциометра, а медную – с положительной клеммой. Отметьте, отклоняется ли стрелка гальванометра.

Затем соедините оба стакана сифонной трубкой и сразу после этого отметьте значение, которое показывает стрелка потенциометра. Запишите показания потенциометра в лабораторный журнал. Отметьте, изменится ли значение показания потенциометра через 5 мин после начала работы ГЭ.

После завершения опыта извлеките пластины из растворов, а сифонную трубку поместите в стакан с насыщенным раствором KCl.

По результатам эксперимента выполните следующие задания, сделайте соответствующие записи в лабораторном журнале и напишите выводы:

1. Объясните причину отсутствия тока во внешней цепи в отсутствие сифонной трубки.

2. Определите анод и катод, запишите уравнения электродных полуреакций и суммарной токообразующей реакции.

3. Рассчитайте величину ЭДС для стандартных условий и сравните её с экспериментально полученной величиной.

4. Объясните причину расхождения между рассчитанным (теоретическим) и экспериментальным значениями ЭДС.

5. Объясните, почему через некоторое время после начала работы гальванического элемента его ЭДС уменьшается (для объяснения привлеките понятие о концентрационной поляризации).

Опыт 2. Установление влияния концентрации растворов электролитов на величину электродных потенциалов и ЭДС гальванического элемента (УИРС)

Методика проведения опыта: Соберите медно-цинковый элемент Якоби-Даниэля по методике, описанной в опыте 1.

Получите задание у преподавателя, в соответствии с вариантами, указанными в табл. 8.1 (с. 21).

Залейте в сосуды растворы ZnSO₄ и CuSO₄ заданной концентрации. Запишите показания потенциометра в рабочий журнал. Для установления влияния концентрации растворов на величину электродных потенциалов воспользуйтесь данными других студентов и наблюдайте, как изменяются показания потенциометра.

Таблица 8.1 – Варианты заданий для опыта 2

После завершения опыта:

1. Определите, какой из электродов будет анодом, а какой – катодом. Для этого по формуле Нернста рассчитайте величины электродных потенциалов.

2. Запишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

3. Рассчитайте ЭДС для двух вариантов по Вашему заданию с учетом приведенных ниже значений электродных потенциалов Е_с (В) цинка и меди (табл. 8.2).

4. Результаты расчета и измерения запишите в таблицу 8.3.

Таблица 8.2 – Значения электродных потенциалов цинка и меди в зависимости от концентрации их катионов в растворе

Таблица 8.3 – Результаты расчета и измерения ЭДС

По полученным данным постройте график зависимости ЭДС от концентрации ионов металла в растворе.

В выводе объясните влияние концентрации ионов металла в растворе электролита на величину ЭДС.

Лабораторная работа № 8.2 Коррозия металлов и защита от коррозии (с элементами УИРС)

Цель работы: изучение условий возникновения микрогальванических элементов при электрохимической коррозии металлов и влияния некоторых факторов на скорость коррозии; ознакомление с наиболее важными методами защиты металлов от коррозии.

Коррозия металлов – это процесс разрушения металлических материалов, протекающий в результате их взаимодействия с агрессивными компонентами окружающей среды.

Коррозия вследствие термодинамической неустойчивости металлов протекает самопроизвольно (ΔG<0) и сопровождается ростом энтропии (рассеиванием вещества в виде продуктов коррозии).

Коррозионные процессы относятся к гетерогенным ОВР, в их основе лежит реакция окисления металлов, которая проходит на поверхности раздела металла и окружающей среды:

Ме ⁰ – nе – Ме ⁿ⁺

По механизму и условиям, в которых металлы подвергаются разрушению, различают химическую и электрохимическую коррозию.

Процесс разрушения металлов и сплавов, проходящий в среде газа или неэлектролита (т.е. без участия электролитов) и не сопровождающийся возникновением электрического тока, называют химической коррозией. В процессе химической коррозии происходит прямое окислительное взаимодействие металла со средой с образованием на поверхности пленок оксидов, хлоридов, сульфидов, карбонатов и т.д.

Электрохимическая коррозия (ЭХК) протекает на поверхности металла (сплава) только при его контакте с раствором электролита. Разрушение металла при электрохимической коррозии происходит в результате возникновения и работы очень большого числа микрогальванических элементов (МГЭ). Анод и катод в МГЭ имеют очень малые размеры и, в отличие от искусственных ГЭ, напрямую контактируют друг с другом.

Для возникновения ЭХК необходимы три условия: 1) неоднородность состава металлического материала; 2) его контакт с электролитом; 3) наличие в электролите деполяризатора (активного окислителя).

В процессах ЭХК на участках металлических изделий и конструкций, имеющих более отрицательное значение потенциала, возникает процесс окисления металла, а на участках с более положительным (или менее отрицательным) потенциалом возможен процесс восстановления. Поэтому общее взаимодействие металла с раствором электролита делят на два процесса:

а) Анодный процесс, который заключается в переходе металлов в раствор в виде гидратированных ионов с оставлением эквивалентного числа электронов на металле: Ме⁰ – nе – Меⁿ⁺ (процесс окисления).