оловна
Методичний кабінет
Дослідницькі роботи
Методики
Додаткові матеріали
Тестування
Контакти
Виготовлення та дослідження гальванічних елементів з овочів та фруктів
Avatar
Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.
Рівень складності Середній
Рівень небезпеки Безпечно
Доступність використовуваних матеріалів Можливо виконати в домашніх умовах
Орієнтовний час на виконання роботи До 2 годин
Резюме
Попередня Інформація
Обладнання
Експериментальна Процедура
Аналіз Отриманих Даних
Напрями Розвитку
Блок 1. Резюме
Мета роботи: виготовлення гальванічних елементів з овочів і фруктів та дослідження їхніх характеристик.
Завдання роботи: виготовити один або декілька гальванічних елементів з використанням овочів та фруктів та дослідити їхні характеристики.
Блок 2. Попередня інформація
Рис. 1. Варіант створення батареї гальванічних елементів з використанням овочів та фруктів
Гальванічний елемент – це хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт.
Як правило, такий елемент складається з двох різних металів, занурених в окремий електроліт. Кожен з електродів разом з електролітом, у який він занурений, утворює напівелемент. Напівелементи можуть бути з’єднані між собою за до соляного містка (рис. 2а) або відокремлені один від одного пористою мембраною (рис. 2б). Наприклад, це можуть бути цинковий і мідний електроди, занурені відповідно у розчини солей цинку та міді.
На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді іонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з’єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, у свою чергу, спричиняє перехід нових атомів з електроду в електроліт. У результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується зміною електродів: у зображених на рис. 2 прикладах відбувається розчинення цинкового електроду і відкладення міді на мідному.
Н2SO4 (конц.) окисляет все металлы в ряду стандартных электродных потенциалов до серебра включительно.
S6+ (SO42-) + ne S2-(H2S), So (S), S4+(SO2)
Этим процессам восстановления серной кислоты соответствуют следующие ионно-электронные равновесные полуреакции:
SO42- + 4H+ +2e ↔ SO2 + 2H2O Eo = +0,17B
SO42- + 10H+ +8e ↔ H2S + 4H2O Eo = +0,31B
SO42- + 8H+ +6e ↔ S + 4H2O Eo = +0,36B
Пользоваться данными значениями ОВПОТ некорректно, т.к. концентрация серной кислоты значительно превышает 1моль/л
Cхематично реакции окисления металлов в конц. Н2SO4 можно записать в виде:
Ме + Н2SO4 (конц.) = Мех(SO4)y + Н2О + (H2S, S, SO2)
H2S и S выделяются в случае активных металлов до цинка включительно (Еоме Ео Zn).
SO2 выделяется при взаимодействии металлов, стоящие в таблице СЭП, ниже цинка (Еоме Ео Zn).
Необходимо помнить, что при изменении условий реакция для одного и того же металла можно получить разные продукты, так что предложенная схема является до некоторой степени условной. Например, при длительном нагревании взаимодействие алюминия с конц. серной кислотой может идти до образования не только серы, но и сероводорода:
Al + Н2SO4 (конц.) = Al2(SO4)3 + Н2О + S
Al + Н2SO4 (конц.) = Al2(SO4)3 + Н2О + H2S
Со щелочными металлами серная кислота конц. и разб. взаимодействует одинаково по реакции: Na + Н2SO4 (разб.,конц.) = Na2SO4 + Н2О + H2S
Существуют особенности взаимодействия свинца с серной кислотой - образуется кислая растворимая соль – гидросульфат свинца:
Pb + 3H2SO4(конц.) = Pb(HSO4)2 + 2Н2О + SО2
К каждой реакции необходимо составить уравнения ионно-электронного баланса и расставить коэффициенты. Концентрированная серная кислота - сильный окислитель, и окисляет металлы, стоящие в таблице СЭПОТ до серебра включительно
Следует иметь в виду, что металлы, проявляющие разные степени окисления, в случае кислот, в которых окислителем является катион водорода, окисляются до низших степеней окисления, а в конц. Н2SO4 – до высших. Например, железо:
Fe + Н2SO4(разб.) = FeSO4 + H2
2Fe +6Н2SO4 (конц.) = Fe2(SO4)3 +6Н2О + 3SО2 (при нагревании)
Вторая реакция идет только при нагревании. В холодной конц. Н2SO4 железо, а также алюминий, хром, марганец - пассивируются. Реакцию пассивации можно написать следующим образом:
2Fe + 3Н2SO4 (конц.) = Fe2O3 + 3Н2О +3SО2 (на холоду)
