Как сделать схему гальванического элемента
3.Определить, зная, что φк > φа, металл электрода-анода и металл электрода-катода.
4.Составить схему гальванического элемента, используя принятую форму записи.
5.Записать уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, идущих в элементе.
6.Рассчитать ЭДС гальванического элемента.
Гальванические элементы – это химические источники тока однократного действия. Применяются в виде сухих, наливных и топливных батарей.
ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
Химические источники тока делятся на первичные и вторичные источники тока. Первичные источники не перезаряжаются, т.е. израсходованные активные материалы в них не могут быть регенерированы или заменены, и батарею электропитания приходится выбрасывать. Вторичная (аккумуляторная) батарея может быть перезаряжена. Израсходованные активные материалы в ней могут быть регенерированы, и такая батарея электропитания допускает многократное повторное использование.
Первичные источники тока
Сухой элемент Лекланше. Большинство первичных источников тока, выпускаемых в настоящее время промышленностью, относятся к сухим батареям электропитания. Около 25% сухих батарей выполнены на основе марганцово-цинкового элемента Лекланше – одного из первых сухих элементов.
В сухом элементе Лекланше (рис. 6) имеется графитовый положительный электрод, окруженный электролитом в виде смеси диоксида марганца (MnO2), графитового порошка, хлорида аммония (NH4Cl), хлорида цинка (ZnCl2) и воды. Эта смесь служит также деполяризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. Если не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздувается, в результате чего нарушается ее герметичность и из нее вытекает электролит. Электролит и графитовый электрод находятся в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполняя функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки.
Рис. 6. ГРАФИТОВО-ЦИНКОВЫЙ СУХОЙ ЭЛЕМЕНТ
1 –бесшовный цинковый стаканчик (отрицательный электрод); 2 – графитовый стержень (положительный электрод); 3 – деполяризующая смесь; 4 – пастообразный электролит.
В элементе Лекланше электричество вырабатывается за счет химического взаимодействия электролита с цинковым электродом, являющимся анодом. При подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, например лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. Ток не прекращается, пока не растворится почти весь цинк. После этого батарейка теряет работоспособность, и ее необходимо заменить.
Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент.Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент отличается от сухого элемента Лекланше главным образом тем, что в нем в качестве электролита используется высокоактивная щелочь КОН.
Схема записи элемента:
Реакции, идущие на катоде и аноде в марганцово-цинковом гальваническом элементе:
A (-) Zn – 2e - ® Zn 2+
K (+) 4MnO2 = 4H + + 4e - ® 4MnO(OH)
В щелочном элементе примерно вдвое больше активных веществ, чем в элементе Лекланше, и он очень подходит для многих устройств со сравнительно большой потребляемой мощностью, таких, как лампы-вспышки фотоаппаратов, вращательные электроприводы и мощные стереофонические звуковые системы. Щелочные элементы применяются примерно в 50% бытовой электронной аппаратуры.
Щелочной марганцово-цинковый элемент дает напряжение 1,5 В.
Топливные элементы.
Топливные элементымогут работать в непрерывном режиме без простоев для перезарядки, так как их активный материал (водород, СО2, уголь, жидкие и газообразные углеводороды) подводится из внешнего источника. Их электролит в процессе работы не изменяется. В топливных элементах энергия химических реакций, выделяющаяся в процессе окисления топлива, непосредственно преобразуется в электричество. Их теоретический КПД близок к 100%. т.к. окислительно-восстановительная реакция горения топлива используется непосредственно для прямого получения электрического тока в топливном элементе.
Топливные элементы в будущем могут использоваться как автономные источники тока для автомобилей и катеров, электрогенераторы для индивидуальных домашних хозяйств, переносные силовые блоки для инструментов и другого оборудования.
Электрическую энергию получают непрерывно до тех пор, пока в анодное пространство элемента не прекратится подача топлива, а в катодное – кислорода (или воздуха). Схема записи низкотемпературного Н2/О2 топливного элемента:
В основе работы гальванического элемента, или элемента Даниэля, лежат химические реакции для выработки электрической энергии. Несколько гальванических элементов соединенных между собой составляют батарею. Расчет такой электрохимической ячейки не составляет трудностей.
- Как составить схему гальванического элемента
- Как составить гальванический элемент
- как рассчитать эдс гальванических элементов
- Справочная литература
- База по окислительно-восстановительным потенциалам
- Стандартные электродные потенциалы при 25o С
- Ручка
- Листок бумаги
Подобрать химические элементы, которые будут использованы для работы с помощью базы по окислительно-восстановительным потенциалам. Очень часто в таких целях используют сульфат цинка и медный купорос, потому что их очень легко приобрести в любом садоводческом магазине.
Записать формулу гальванического элемента в стандартном виде. Например:
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
Здесь вертикальная линия обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия – солевой мостик.
Записать электродные полуреакции, пользуясь таблицей электродных потенциалов. Обычно их записывают в виде реакций восстановления. Для нашего примера это выглядит следующим образом:
Правый электрод: +2Cu + 2e = Cu
Левый электрод: +2Zn + 2e = Zn
Записать общую реакцию на гальваническом элементе. Она представляет собой разность между реакциями на правом и левом электродах:
+2Cu + Zn = Cu + Zn2+
Рассчитать электродвижущую силу (ЭДС) для гальванического элемента. Она, в общем случае, равна разности потенциалов левого и правого электродов. Если ЭДС положительна, то реакция на электродах протекает самопроизвольно. Если ЭДС отрицательна, то самопроизвольно протекает обратная реакция. Для большинства гальванических элементов ЭДС находится в пределах 1.1 Вольта.
Старайтесь выбирать те химические элементы, которые не являются токсичными или особо вредными, так как их будет сложно найти в продаже, и они могут нанести непоправимый вред вашему здоровью.
Перед тем как выбирать вещества для гальванического элемента, посоветуйтесь со специалистом или найдите в справочной литературе, какая пара даст наибольшую положительную разность потенциалов.
Проверьте свои расчеты несколько раз или дайте их на проверку опытному человеку.
В основе работы гальванического элемента, или элемента Даниэля, лежат химические реакции для выработки электрической энергии. Несколько гальванических элементов соединенных между собой составляют батарею. Расчет такой электрохимической ячейки не составляет трудностей.
Вам понадобится
- Справочная литература
- База по окислительно-восстановительным потенциалам
- Стандартные электродные потенциалы при 25o С
- Ручка
- Листок бумаги
Инструкция
Подобрать химические элементы, которые будут использованы для работы с помощью базы по окислительно-восстановительным потенциалам. Очень часто в таких целях используют сульфат цинка и медный купорос, потому что их очень легко приобрести в любом садоводческом магазине.
Записать формулу гальванического элемента в стандартном виде. Например:
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
Здесь вертикальная линия обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия – солевой мостик.
Записать электродные полуреакции, пользуясь таблицей электродных потенциалов. Обычно их записывают в виде реакций восстановления. Для нашего примера это выглядит следующим образом:
Правый электрод: +2Cu + 2e = Cu
Левый электрод: +2Zn + 2e = Zn
Записать общую реакцию на гальваническом элементе. Она представляет собой разность между реакциями на правом и левом электродах:
+2Cu + Zn = Cu + Zn2+
Рассчитать электродвижущую силу (ЭДС) для гальванического элемента. Она, в общем случае, равна разности потенциалов левого и правого электродов. Если ЭДС положительна, то реакция на электродах протекает самопроизвольно. Если ЭДС отрицательна, то самопроизвольно протекает обратная реакция. Для большинства гальванических элементов ЭДС находится в пределах 1.1 Вольта.
Обратите внимание
Старайтесь выбирать те химические элементы, которые не являются токсичными или особо вредными, так как их будет сложно найти в продаже, и они могут нанести непоправимый вред вашему здоровью.
Полезный совет
Перед тем как выбирать вещества для гальванического элемента, посоветуйтесь со специалистом или найдите в справочной литературе, какая пара даст наибольшую положительную разность потенциалов.
Проверьте свои расчеты несколько раз или дайте их на проверку опытному человеку.
ДРУГОЕ
Как найти разность потенциалов
Электростатика – один из наиболее сложных разделов физики. При изучении силовых полей важно знать о такой величине, как…
Что такое заряд конденсатора
Конденсатор представляется собой элемент электрической цепи, позволяющий скапливать электрические заряды.…
Как рассчитать эдс гальванических элементов
Гальваническим элементом называют устройство, предназначенное для превращения энергии окислительно-восстановительной…
Какие реакции относятся к окислительно-восстановительным
Окислительно-восстановительные реакции играют важнейшую роль в организме человека. Без них невозможны обмен веществ и…
Как сделать самодельную батарейку
Не все радиокомпоненты требуют для изготовления сверхчистых веществ, высоких температур, вакуума. Некоторые из них…
Как вычислить долю по формуле
Массовая доля какого-либо компонента в веществе показывает, которая часть от общей массы приходится на атомы именно…
Как определить окислительно-восстановительные уравнения
Химическая реакция – это процесс превращения веществ, протекающий с изменением их состава. Те вещества, которые…
Как определить анод и катод
Определить, какой из электродов является анодом, а какой – катодом, на первый взгляд кажется просто. Принято считать,…
Как вычислить массовую долю элемента в веществе
Массовая доля элемента в веществе – это одна из тем, которая входит в курс химии. Навыки и умения по определению этого…
Как определять исходную концентрацию вещества
Вещества, вступающие в химическую реакцию, претерпевают изменения состава и строения, превращаясь в продукты реакции.…
Как вычислить степень окисления
Степень окисления — часто встречающаяся в учебниках химии характеристика элементов. Существует большое количество…
Как определить массовую долю вещества
Массовая доля вещества показывает его содержание в более сложной структуре, например, в сплаве или смеси. Если известна…
Как найти массовую долю элемента
Что такое массовая доля элемента? Из самого названия можно понять, что это величина, указывающая, в каком соотношении…
Как найти массу элемента
Масса химического элемента - масса молекулы какого-либо химического элемента, которая выражается в единицах атомной…
Как составить гальванический элемент
Гальваническим элементом называют химический источник тока. Из нескольких таких элементов можно составить батарею,…
Как определить массовую долю элемента
Чтобы определить массовую долю элемента, определите химическую формулу вещества, массовые доли элементов которого…
Как сделать гальванический элемент
Для создания гальванического элемента понадобится емкость типа ведра, стальная и медная пластины. Залейте землю в ведре…
Как найти общее сопротивление
Сопротивление - это некая способность элемента электрической цепи препятствовать прохождению по нему электрического…
Как получить ток
Чтобы получить ток, создайте электрическое поле внутри вещества, в котором есть свободные заряды (в проводнике). Для…
Что такое гальванический элемент
Конструкция из трех разных химических веществ, соединенных определенным образом, названа по имени итальянского ученого…
Как писать химические формулы
Для удобства записи химического состава и структуры химического вещества были созданы определенные правила составления…
Используя уравнение Нернста рассчитать величины электродных потенциалов.
Определить, зная, что φк φа, электрод-анод и электрод-катод.
Составить схему гальванического элемента, используя принятую форму записи.
Записываем уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, идущих в элементе.
Рассчитать ЭДС гальванического элемента.
Пример 1. Составить схему гальванического элемента, анодом которого является магний, погруженный в раствор соли с концентрацией 0,01М.
Решение. 1. Записываем схему электрода: Mg|Mg 2+
По уравнению. Нернста рассчитываем величину электродного потенциала:
Следовательно, .
Записываем схему гальванического элемента:
А(-) Mg|Mg 2+ ||Zn 2+ |Zn (+)K
Записываем электродные реакции:
А(-) Mg 2e - Mg 2+
K(+) Zn 2+ + 2e - Zn 0
Суммарная реакция: Mg 0 + Zn 2+ Mg 2+ + Zn 0
Рассчитываем ЭДС гальванического элемента:
Пример 2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с рН =3 и железного электрода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.1М. Рассчитайте ЭДС элемента.
Решение. 1. Записываем схемы электродов:
Водородный – 2Н + | Н2 (Pt);
Железный – Fe|Fe 2+
По уравнению Нернста рассчитываем величину электродного потенциала железного электрода:
Используя уравнение Нернста (4) рассчитываем величину электродного потенциала водородного электрода:
Используя соотношение φк φа определяем электрод-анод.
Так как величина φ-потенциала железного электрода меньше следовательно этот электрод является анодом.
Записываем схему гальванического элемента:
А(-) Fe|Fe 2+ ||2H + |H2 (+) K
Рассчитываем ЭДС гальванического элемента.
Задания для самоконтроля
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из никелевого электрода-катода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.02М. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванического элемента.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из медного электрода, погруженного в раствор соли меди с концентрацией 0.01М и железного электрода, погруженного в раствор соли железа с концентрацией 0.1М. Напишите уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС гальванического элемента.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода и ртутного электрода. Рассчитайте его ЭДС при [Hg 2+ ]=0,1 М. Напишите уравнения электродных реакций.
Составьте схему и рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента, составленного из двух железных электродов, погруженных в раствор соли железа с концентрациями 1 М и 0,01 М. Напишите уравнения электродных реакций.
В гальваническом элементе протекает химическая реакция
Напишите его схему и уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС этого элемента при стандартных условиях. Какой металл вместо никеля можно взять, чтобы увеличить ЭДС?
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=5, и марганцевого электрода, погруженного в раствор соли марганца с концентрацией 0,2 М. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте его ЭДС.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=10, и серебряного электрода, погруженного в раствор соли серебра с концентрацией 0,01 М. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте его ЭДС.
Читайте также: