MODUŁ. Elektrochemia

Transkrypt

1 MODUŁ Warsztaty badawczo-naukowe: Elektrochemia 1. Zakładane efekty kształcenia modułu Poznanie podstawowych pojęć z zakresu elektrochemii takich jak: przewodnictwo, półogniwo (elektroda), ogniwo, elektroliza, odczyn ph. Bezpośrednie zapoznanie się z pracą ogniw, elektrolizera, konduktometru i ph-metru. Poznanie zastosowań ogniw oraz elektrolizy. Zdobycie umiejętności zapisu schematów ogniw, elektrolizera oraz reakcji zachodzących podczas ich pracy i podczas procesu elektrolizy. Zdobycie praktycznej wiedzy dotyczącej planowania eksperymentu w laboratorium, Umiejętność prowadzenia obserwacji i wyciągania wniosków z przeprowadzonych eksperymentów. 2. Opis modułu Opis W trakcie warsztatów uczniowie i uczennice zapoznają się z zasadą budowy ogniw różnego typu, ze sposobami pomiaru ph, działania ph metru, konduktometru, z elektrolizą oraz będą realizować eksperymenty mające na celu rozwiązanie przedstawionych w instrukcjach laboratoryjnych problemów badawczych. Rozwiną technikę pracy laboratoryjnej oraz umiejętność planowania i wykonania eksperymentu. W ramach niniejszych warsztatów uczniowie zapoznają się bezpośrednio z wybranymi półogniwami, ogniwami, z elektrolizą i z zastosowaniami ogniw oraz procesu elektrolizy. Dzięki przeprowadzanym ćwiczeniom lepiej zapamiętają reguły dotyczące budowy ogniw, zapisu schematów ogniw oraz procesów zachodzących podczas pracy ogniwa i elektrolizera. Zdobędą też wiedzę na temat czynników, które wpływają na przewodnictwo elektrolityczne oraz na pomiar ph. Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

2 3. Opis zajęć i pracy uczestnika treści zajęć metody prowadzeni a zajęć liczba godzin dydaktyczn ych organizacja zajęć 1. Zapoznanie uczniów z zasadami BHP obowiązującymi podczas pracy w laboratorium, 2. Omówienie pracy na poszczególnych stanowiskach ze szczególnym uwzględnieniem zasady działania stosowanej aparatury, 3. Indywidualne wykonywanie ćwiczeń lub uczestnictwo w pokazach na przygotowanych stanowiskach oraz sporządzenie sprawozdań, 4. Omówienie praktycznego znaczenia przedstawionych zjawisk, 5. Dyskusja wyników i ewentualne omówienie zagadnień, które szczególnie zainteresowały uczniów lub wymagały szerszego wyjaśnienia. dyskusja, mini-wykład, rozwiązywanie problemów, 6 godzin dydaktycznych Zajęcia odbywają się w postaci sześciogodzinnego warsztatu podzielonego na dwie części. 4. Weryfikacja efektów kształcenia uzyskanych przez uczestników kompetencji: Weryfikacja uzyskanych kompetencji będzie przeprowadzona za pomocą pretestu i posttestu, obejmującego zadania sprawdzające wiedzę i umiejętności uczestników. Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

3 Ćwiczenia: program wraz z zagadnieniami do sprawozdania 1. Przygotować 10% roztwór soli mocnego kwasu i zasady (np Na2SO4) z dodatkiem wskaźnika (błękitu bromotymolowego). Roztwór przelać do zlewek. Prowadzić elektrolizę prądem stałym (napięcie 2-4 V) przy użyciu: klucza elektrolitycznego, bibuły nasączonej roztworem siarczanu (VI) sodu, drutu platynowego. Na katodzie zachodzi proces opisany równaniem:. towarzyszy temu zmiana barwy na: Na anodzie zachodzi proces opisany równaniem: towarzyszy temu zmiana barwy na:.. Różnica między wariantami jest następująca:.. 2. Przygotować 10% roztwór Na2SO4 i dodać do niego około 20% v/v perhydrolu. Przenieść roztwór do szeregowo połączonych aparatów Hofmanna, do jednego z nich dodać kilka kropel kwasu siarkowego (VI) i prowadzić elektrolizę prądem stałym o jak najmniejszym natężeniu. Objętości gazów w elektrolizerze 1 wynoszą : (K)... i (A)... Zachodzą reakcje: (K):.. (A):.. Objętości gazów w elektrolizerze 2 wynoszą : (K)... i (A).... Zachodzą reakcje: (K):.. (A):.. Wnioski: Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

4 3. Przygotować 3M roztwór NaOH. Wrzucić granulkę cynku i podgrzać kilkanaście sekund palnikiem. Wrzucić wstążkę miedzianą, a najlepiej monetę (Cu musi dotykać Zn!). Po zakończeniu reakcji miedź wyjąć, przemyć i ogrzać w palniku. 4. W aparacie Hofmanna umieścić 10% roztwór KOH, do elektrod platynowych przyłożyć napięcie rzędu 10 V i przez kilka minut prowadzić elektrolizę. Następnie odłączyć zasilacz od elektrod aparatu, na czas mniej niż 1 s zewrzeć elektrody i zmierzyć różnicę potencjałów występującą pomiędzy nimi. Na elektrodach wydzielają się gazy... w stosunku objętościowym:. Po odłączeniu zasilacza napięcie między elektrodami wynosi Wnioski: 5. Na szalce Petriego umieścić amoniakalny roztwór azotanu srebra i zanurzyć w nim anodę będącą platynowym drutem. W środku szalki od góry umieścić katodę w taki sposób, by ledwo dotykała powierzchni cieczy. Do elektrod przyłożyć napięcie od 5 do 15 V. 6. Do zlewki o objętości 100 ml nalać 35% roztworu kwasu siarkowego (VI) i umieścić w nim dwie elektrody ołowiane. Do elektrod przyłożyć napięcie maksymalnie 3,5 V i prowadzić proces elektrolizy przez kilka minut. Po dokonaniu obserwacji powierzchni elektrod zewrzeć elektrody ze sobą i po kilkunastu minutach ponownie dokonać obserwacji. Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

5 część 2 A. Półogniwa i ogniwa elektrochemiczne 1. Zbudować ogniwo Daniella, a następnie: a) wyznaczyć potencjał tego ogniwa.. b) zaproponować schemat tego ogniwa reakcje połówkowe oraz reakcję sumaryczną zachodzącą w tym ogniwie. 2. Zbudować i zaobserwować jak działa ogniwo stężeniowe wykorzystując półogniwa miedziowe 3. Zaobserwować, jak jest zbudowane i jak działa ogniwo redoks.. B. Pomiar przewodnictwa elektrolitycznego 4. Wyznaczyć przewodnictwo właściwe następujących substancji: c) wody destylowanej. d) wody kranowej. e) wody destylowanej z kilkoma kroplami kwasu cytrynowego.. oraz po dodaniu kolejnych kropli kwasu... f) coca-coli... g) wodnego r-ru mydła do rąk.., oraz tego r-ru po rozcieńczeniu wodą WNIOSKI: Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

6 C. Odczyn ph 5. Wyznaczyć przy pomocy ph-metru odczyn wybranych substancji oraz porównać uzyskane wyniki z tymi oszacowywanymi z wykorzystaniem papierków uniwersalnych Substancja Papierek uniwersalny PH metr WNIOSKI: Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

7 TEST KOMPETENCJI 1. Ogniwo drugiego rodzaju to: a) ogniwo litowo-jonowe najnowszej generacji b) ogniwo odwracalne (ładowalne) c) ogniwo paliwowe 2. Dlaczego akumulatorów nie ładuje się prądem o dużym natężeniu? a) ze względu na możliwość przegrzania ogniwa lub zwarcia elektrod b) akumulatorów nie da się ładować prądem o dużym natężeniu c) ogniwo może wówczas zgromadzić zbyt duży ładunek elektryczny 3. Elektroliza jest możliwa z wykorzystaniem prądu: a) stałego b) zmiennego c) obu powyższych 4. W czasie ładowania ogniwa kwasowo-ołowiowego zachodzą reakcje: a) Pb 2+ Pb e - Pb e - Pb 0 b) Pb 0 Pb e - Pb e - Pb 2+ c) Pb 2+ Pb 3+ + e - Pb e - Pb 0 5. Produktami elektrolizy 10% roztworu wodnego Na2SO4 w aparacie Hofmanna zasilanego prądem stałym są: a) tlen i wodór b) tlen i wodór (na elektrodzie rtęciowej sód) c) sód i jony S2O Wskaż prawdziwe zdania: a) elektrolitycznie można pokrywać miedź cynkiem b) elektrolitycznie można pokrywać cynk miedzią c) obie odpowiedzi są poprawne 7. Utleniacz jest to: Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl

8 a) reagent w reakcji redoks obniżający swój stopień utlenienia b) reagent w reakcji redoks podwyższający swój stopień utlenienia c) reagent w reakcji redoks utleniający inną substancję, a sam nie ulegający żadnej przemianie 8. Potencjał płytki metalowej zanurzony w roztworze jego jonów zależy od: a) stężenia jonów i temperatury b) stężenia jonów oraz ciśnienia c) nie zależy od temperatury 9. Ogniwo galwaniczne jest urządzeniem, w którym: a) w wyniku samorzutnego przebiegu reakcji chemicznej wytwarzany jest prąd elektryczny b) w wyniku wymuszonego przebiegu reakcji chemicznej wytwarzany jest prąd elektryczny c) w wyniku przepuszczania przez roztwór lub stopiony elektrolit prądu stałego zachodzą reakcje chemiczne 10. Elektroda miedziowa zanurzona w 1 molowym roztworze Cu2+ nie będzie katodą, jeśli połączymy ją w ogniwo z: a) żelazną zanurzoną w roztworze Fe2+ c = 1mol/dm3 b) cynkową zanurzoną w roztworze Zn2+ c = 1mol/dm3 c) srebrową zanurzoną w roztworze Ag+ c = 1mol/dm3 11. Przewodniki drugiego rodzaju, to: a) metale i ich stopy oraz roztwory elektrolitów i stopione sole b) półprzewodniki i izolatory c) żadna z powyższych odpowiedzi nie jest poprawna 12. Wskaż grupę, w której znajdują się wyłącznie substancje o ph < 7 (odczyn kwaśny) a) brokuł, wybielacz, ocet b) coca-cola, czarna kawa, pomidor c) mleko, mydło, woda Strona katarzyna.kowalska-szojda@us.edu.pl