2.2.3. Работа п-3. Измерение температурного коэффициента эдс гальванического элемента и расчёт термодинамических величин

Целью работы является измерение температурного коэффициента гальванического элемента и расчёт изменения энергии Гиббса и энтропии при протекании химической реакции в гальваническом элементе. Исследуется процесс в элементе, составленном из водородного и хлорсеребряного электродов с HCl в качестве электролита.

В разделе «Термодинамика гальванического элемента» показано, что существует простое соотношение (2.3), связывающее ЭДС гальванического элемента E и изменение энергии Гиббса в ходе реакции:

Дифференцируя это соотношение по температуре, получаем выражение для изменения энтропии в ходе реакции:

В работе используется гальванический элемент, составленный из водородного и хлорсеребряного электродов с HCl в качестве электролита:

В элементе протекает реакция

1/2 H₂ + AgCl = HCl + Ag.

Потенциал левого (водородного) электрода равен

Если давление водорода равно 1 атм, то

Потенциал правого (хлорсеребряного) электрода –

Разность электродных потенциалов элемента, составленного из этих электродов, –

,

где E⁰ – стандартная разность электродных потенциалов элемента. Поскольку концентрации H⁺ и Cl^– равны, формула сводится к следующей:

.

Коэффициент активности необходимый для расчёта рекомендуется взять из справочника [12].

Экспериментальная часть

В данной работе используется оборудование, описанное в работе П-1. Порядок выполнения работы отличается только тем, что измерения проводятся при нескольких температурах.

Экспериментальная установка состоит из гальванической ячейки, составленной из водородного и хлорсеребряного электродов, генератора водорода для питания водородного электрода, термостата и рН-метра, который работает в режиме измерения ЭДС (рис. 2.11).

Измерения начинаются при температуре 25 ^С, термостат включается лаборантом. Студентам следует ознакомиться с инструкцией по работе с термостатом, периодически контролировать температуру. Генератор водорода заранее включается лаборантом, студентам следует ознакомиться с его устройством по описанию.

В работе используется один готовый раствор c концентрацией HCl от 0,1 до 1,0 N (по указанию преподавателя или лаборанта).

Проведение измерений

Электрохимическую ячейку, заполненную раствором НCl, поместить в термостат, установленный на температуру 25 ^С, и выдержать 10–15 мин. Измерить ЭДС с точностью не менее 1 мВ несколько раз до тех пор, пока показания рН-метра не перестанут меняться. Аналогичные измерения провести при температурах 35, 45 и 55 ^С. Результаты занести в таблицу.

Таблица 2.5

Результаты измерений

СHCl моль/л	Т,°С	E, В		В

Далее следует построить график зависимости от температуры, определить значения производной (E⁰/T)_P и вычислить _rG⁰ и _rS⁰.

Для химической реакции, протекающей в элементе, с помощью таблиц стандартных термодинамических величин рассчитать _rG⁰ и _rS⁰. Сравнить расчётные и экспериментальные величины.