Лабораторная работа 4
Определение редокс-потенциала
Краткая теория:
Система, содержащая в одной фазе окисленную и восстановленную форму одного и того же вещества или нескольких веществ, называется окислительно-восстановительной или редокс системой.
В момент динамического равновесия на поверхности электрода из инертного металла, помещенного в редокс-систему, возникнет равновесный потенциал, который называют окислительно-восстановительным (ОВ) или редокс – потенциалом Еr, который рассчитывается по уравнению Нернста:
(2.9)
где Er - стандартный редокс-потенциал; n - число электронов, передаваемых с донора (Red) на акцептор (Ох) в элементарном акте; CОх и CRed - концентрации окисленной и восстановленной форм, соответственно.
Цель работы: Измерить редокс-потенциал нескольких смесей различного состава, приготовленных из растворов солей K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль) и K4[Fe(CN)6] (жёлтая кровяная соль). Построить график зависимости редокс-потенциала этой системы от логарифма соотношений концентраций окисленной и восстановленной форм железа.
Оборудование: Штатив с бюретками, потенциометр (иономер), электроды: платиновый (измерительный) и хлорсеребряный (сравнения), химические стаканы.
Реактивы: Растворы красной K3[Fe(CN)6] и желтой K4[Fe(CN)6] кровяных солей одинаковой концентрации 0,01 моль×л-1, раствор KCl (2 моль×л-1), дистиллированная вода, бумажные фильтры.
Порядок работы:
1. Составить смеси растворов красной и желтой кровяных солей в соответствии с таблицей 4.
2. Измерить потенциометром ЭДС элемента:
(-) Ag | AgCl, КClнасыщ || K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6] | Pt (+)
для каждого соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм железа.
3. Рассчитать величину редокс-потенциала Еr по формуле:
Еr = E + ECl¯, Ag+/Ag,
где Еr - редокс-потенциал, В,
Е - измеренное потенциометром значение ЭДС, В,
ECl¯, Ag+/Ag - потенциал насыщенного хлорсеребряного электрода, величина которого для данной температуры (в °С) рассчитывается по формуле:
ECl¯, Ag+/Ag = 0.2224 – 0.00065 (t – 25).
Таблица 4.
Объем, мл | Cох /Cred | lg (Cох /Cred) | E, B | Er, B | ||
K3[Fe(CN)6] | K4[Fe(CN)6] | КС1 | ||||
20 | 2 | 10 | ||||
16 | 6 | 10 | ||||
11 | 11 | 10 | ||||
6 | 16 | 10 | ||||
2 | 20 | 10 |
4. Построить график зависимости Еr от lg (Cox/Cгеd). По оси ординат отложить значения Еr, начиная с 0,3 В (масштаб: 0.1 В – 2 см), а по оси абсцисс – значения lg (Cox/Cгеd), (масштаб: 1 ед. – 5 см).
5. Рассчитать из графика:
а) тангенс угла наклона построенной прямой,
б) величину Еоr.
6. Сравнить полученные значения с теоретическими:
а) с тангенсом угла наклона, рассчитанным по уравнению: RТ/nF = 0,059/n,
б) со стандартным редокс-потенциалом Еоr.
7. Объяснить расхождения между практическими и теоретическими значениями этих величин.
Вопросы и задачи к работе 4
1. Привести примеры окислительно-восстановительных систем; написать уравнения электрохимических реакций.
2. Что представляет собой окислительно-восстановительный электрод?
3. Какие электроды используют в качестве электродов сравнения?
4. Хлорсеребряный электрод: схема, строение, уравнение реакции, особенности.
5. Зависит ли потенциал редокс-электрода от температуры?
6. С какой целью во все исследуемые редокс-системы вводится раствор хлорида калия?
7. Каким металлом можно заменить платину в редокс-электроде?
8. Привести примеры редокс-систем. Какова функция платинового электрода в этих системах?
9. Потенциал редокс-электрода в системе Cr2O72-/Cr3+ равен 1,96 В, Ео (Cr2O72-/Cr3+) = 1,33 В. Определить отношение концентраций окисленной и восстановленной форм ионов хрома в этой системе.
10. Рассчитайте величину потенциала окислительно-восстановительного электрода Pt/Fe3+,Fe2+, если концентрации FeCl3 и FeCl2 соответственно равны 0,05 М и 0,85 М.
11. В какой из приведённых ниже систем возникает окислительно-восстановительный потенциал: а) Cu/Cu+2; б) Ag,AgCl/HCl; в) Pt/Cu+2,Cu+; г) Pt,H2/HCl. Рассчитайте Red-Ox потенциал этой системы при 25°С, если отношение концентраций окисленной и восстановленных форм равно 3?
12. Какие электроды можно использовать для измерения рН? Какой из приведённых ниже процессов протекает на поверхности стеклянного электрода?
Н+ + ē = 1/2Н2, Н+ + ОН - = Н2О
Н+р-р ↔ Н+пов-сть, Н+р-р + ē = Нпов-сть
13. Дан электрод Pt/Sn4+,Sn2+. Концентрации равны С(SnCl4)=0,01 М, C(SnCl2)=0,001 М. Определите тип электрода и его потенциал.
14. Чему равно отношение концентраций ионов Tl3+ и Tl+, если потенциал электрода Tl3+,Tl+/Pt равен нулю, а стандартный потенциал этого электрода по отношению к стандартному водородному электроду равен +1,25 В.
15. Определите при 298 В ЭДС элемента:
H2,Pt / CH3COOH(aq )/ HCOOH(aq) / Pt, H2
С1=1×10-4 М С2=1 М
Константа диссоциации муравьиной кислоты 1,81×10-4, уксусной - 1,81×10-5. Укажите знаки электродов элемента. Давление газообразного водорода в обоих электродах одинаково.
16. Определите знаки электродов амальгамного концентрационного элемента:
Cd(Hg) / CdSO4 / Cd(Hg)
С1 С2
Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 К, если С1=4,3×10-2 моль/л и С2=4,3×10-3 моль/л.
17. Вычислите теоретическое значение редокс-потенциала для системы, содержащей по 10 мл гексацианоферрата (III) и гексацианоферрата (II) калия с концентрациями 0,01 моль/л и 0,05 моль/л.
18. В растворе концентрация гексацинохромат (III)-ионов в 3 раза превышает концентрацию гексацинохромат (II)-ионов. Чему равен редокс-потенциал этой системы?
Приложение 4.
Стандартные электродные потенциалы при 25°С для реакции
Oxn+ + ne ® Red
Ме | E, B | Ме | E, B | Ме | E, B |
Li+/Li | -3,045 | Cd2+/Cd | -0,61 | Cu2+/Cu | 0,337 |
K+/K | -2,924 | Fe2+/Fe | -0,440 | I2/2I- | 0,536 |
Ca+2/Ca | -2,866 | Ni2+/Ni | -0,250 | Ag+/Ag | 0,799 |
Na+/Na | -2,714 | Mo3+/Mo | -0,200 | Pt2+/Pt | 1,188 |
Cr2+/Cr | -0,913 | Sn2+/Sn | -0,136 | Cl2/2Cl- | 1,359 |
Zn2+/Zn | -0,763 | 2H+/H2 | 0,0 | Au3+/Au | 1,498 |
Приложение 5.
Cтандартные редокс-потенциалы при 298 К
Электрод PtçOx, Red | Электродная реакцияOH+ + ze- + mH+ « Red | z | m | E0redox В |
Pt ç Co3+, Co2+ | Co3+ + e- « Co2+ | 1 | 0 | 1,82 |
Pt ç MnO4, Mn2+ | MnO4- + 8H+ + 5e- = 4OH- | 5 | 8 | 1,51 |
Pt ç Fe3+, Fe2+ | Fe3+ + e- « Fe2+ | 1 | 0 | 0,77 |
Pt ç Fe(CN)63-, Fe(CN)64- | Fe(CN)63- + e- « Fe(CN)64- | 1 | 0 | 0,36 |
Pt ç Cu2+, Cu+ | Cu2+ + e- « Cu+ | 1 | 0 | 0,153 |
Pt ç Sn4+, Sn2+ | Sn4+ + 2e- « Sn2+ | 2 | 0 | 0,15 |
Pt ç H+, H2 | 2H+ + 2e- « H2 | 2 | 0 | 0,0 |
Pt ç Cr3+, Cr2+ | Cr3+ + e- « Cr2+ | 1 | 0 | -0,41 |
Основные порталы (построено редакторами)