4. determinarea experimentala a marimilor termodinamice ale unei pile galvanice zn

Lucrari de Laborator pentru “Studiul Proceselor Fizico- Chimice de Suprafata si Coroziune”

DETERMINAREA EXPERIMENTALA A MARIMILOR TERMODINAMICE ALE

UNEI PILE GALVANICE Zn/Zn2+//Ni2+/Ni

INTRODUCERE

Măsurarea tensiunii electromotoare a unei pile galvanice reversibile, în

funcţie de variaţia temperaturii, constituie o metodă uzuală pentru obţinerea

valorilor mărimilor termodinamice ce caracterizează reacţiile chimice. Aceste

mărimi sunt: variaţia energiei libere standard G0, variaţia entalpiei standard H0

si variaţia entropiei standard S0.

Pila galvanică cu următorul lanţ electrochimic:

(-) Zn/Zn2+ // Ni2+/Ni (+)

Reacţiile ce au loc la electrozi sunt:

la anod: (-) ZnZn2+ + 2e-

la catod: (+) Ni2+ + 2e-Ni

Când pila functionează reversibil, lucrul electric efectuat se poate determina din

variaţia energiei libere Gibbs, care însoţeşte reacţia pilei:

G0=-nFE0 (1)

unde E0, este t.e.m. standard a pilei.

Dacă se derivează relaţia (1) în funcţie de temperatura, la presiune şi compoziţie

constantă se obţine:

S0= - = nF (2)

unde este coeficientul de temperatura standard al pilei.

Cunoscând cele doua mărimi termodinamice se poate calcula H0

utilizând expresia:

H0 = G0 + TS0 (3)

Determinarea experimentala a marimilor termodinamice ale unei pile galvanice

Zn/Zn2+//Ni2+/Ni


SCOPUL LUCRARII

Scopul acestei lucrări consta in determinarea variaţiei energiei libere

standard G0, variaţia entalpiei H0 si variaţia entropiei standard S0 ale reacţiilor

electrochimice pornind de la măsurarea forţei electromotoare debitata de reactia

chimica a unei pile electrice.

MATERIALE SI METODICA

Materiale:

50 ml de soluţie 1M ZnSO4; 50 ml soluţie 1M NiSO4;

soluţie HCl:HNO3 = 2:3;

electrozi de Zn si Ni;

2 pahare Berzelius de 50 ml;

termostat;

gheata;

termometru;

punte de sare (tub in forma de U umplut cu soluţie de KCl saturata, cu agar la

extremităţi);

voltmetru.

Mod de lucru:

1. Se curata cu hârtie de şmirghel suprafaţa electrozilor de Zn si Ni si se spală cu

amestec diluat de HCl:HNO3 = 2:3, apoi se clăteşte cu apa.

2 Se realizează electrozii de Zn/ZnSO4 si Ni/NiSO4 in doua pahare Berzelius de

50 ml.

3 Se introduce puntea de sare in cele doua pahare cu electrozi.

4 Cei doi electrozi se conecteaza la un voltmetru electronic conform figurii 1.

5 Pila astfel formata se introduce intr-un vas cu apa aflat in cuva unei bai

termostatate.

6 Se răceşte apa din vas pina la 10C, adăugând gheata.

7 Se citeşte prima valoare a tensiunii electromotoare atunci când temperatura

rămâne constanta.


Zn/Zn2+//Ni2+/Ni


8 Se porneşte termostatul fixând, pe rând, următoarele valori de temperatura: 15;

20; 30; 35; 40; 45 si 50C si se va măsura tensiunea electromotoare la fiecare

temperatura.

Figura 1. Schema electrica pentru măsurarea tensiunii electromotoare a unui

element galvanic: 1-milivoltmetru electronic; 2-electrod de nichel; 3-punte de

sare; 4-electrod de zinc; 5-baie termostată.

PRELUCRAREA REZULTATELOR

1.Datele experimentale se sistematizează intr-un tabel de forma:

Nr. crt Temperatura, C E, V Temperatura, K

2. Se calculează valorile variaţiei potenţialelor termodinamice H0, G0, S0,

folosind relaţiile (1), (2) si (3) astfel: din relaţia (1) se va calcula G0 la 25C.

3. Se trasează diagrama variaţiei tensiunii electromotoare cu temperatura

folosind programul Excel, ecuaţia dreptei obţinute se aproximează cu ecuaţia

E= , din relaţia (2).


Zn/Zn2+//Ni2+/Ni


4. Se determina analitic m, panta dreptei. Panta dreptei va fi S/nF, de unde se

calculează S0 = m nF. Raportul S/nF se numeşte coeficientul de temperatura

al elementului galvanic si se măsoară in [mV/grd]. Din ecuaţia (3) se calculează

H0.

5. Scrieţi pila alcătuita, reacţiile proceselor de electrod si reactia globala,

expresia celor doua potenţiale de electrod si a tensiunii electromotoare.


Zn/Zn2+//Ni2+/Ni

4. determinarea experimentala a marimilor termodinamice ale unei pile galvanice zn

Documents