Конструирование гальванического элемента и изучение электродвижущей силы Работу выполнял ученик 8б класса Школы 244 Алексеев Николай Учитель: Малова С. Н.

Содержание: Введение 1.Литературный обзор 1.1. История создания первого гальванического элемента 1.2. Первые гальванические элементы таблица первых гальванических элементов 2. Принцип действия гальванических элементов 3.Приготовление растворов 3.1. приготовление растворов солей и оснований 3.2. приготовление растворов кислот 4. Измерение ЭДС 4.1. Материалы 4.2. Таблица результатов измерения ЭДС гальванических элементов при разных электролитах 5.Анализ результатов 5.1. Анализ 5.2. Достоверность значений ЭДС гальванического элемента (с погрешностью измерений) таблица достоверность значений ЭДС гальванического элемента (с погрешностью измерений) 6. Зависимость ЭДС 7. Вывод по работе ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.

Введение Электрический ток можно получить, используя различные источники тока. Имеются генераторы, фотоэлементы, термоэлементы, ядерные реакторы. Однако первыми источниками тока были гальванические элементы, в которых электрическая энергия получается за счёт химических окислительно- восстановительных реакций. В работе я подробно познакомлюсь с устройством и работой гальванического элемента, и попытаюсь самостоятельно его создать. Цель работы: Сконструировать и исследовать гальванический элемент и узнать от чего зависит электродвижущая сила гальванического элемента. Содержание: 1. История создания первого гальванического элемента. 2. Познакомиться с устройством и конструкцией гальванического элемента 3. Собрать гальванический элемент и изучить его действие. 4. Рассмотреть возможности применения моего исследования для школьной лабораторной работы.

1.1.История создания первого гальванического элемента Гальванические элементы – источники тока, в которых электрическая энергии получается за счёт энергии, освобождающейся при химических окислительно-восстановительных реакций, сопровождающих работу элемента. Своё название элементы получили по имени итальянского врача и анатома Луиджи Гальвани ( ). Проводя опыты с лягушками, Гальвани заметил, что свежепрепарированная лягушачья лапка, подвешенная на медном крючке к железному стержню, сокращается, когда к ней прикасались железом. Точно также она сокращалась при пропускании через неё электрического разряда. Объясняя, это явление позже итальянский физик Александро Вольта установил, что это было связано с наличием двух металлов железа и меди, соприкасавшихся с электролитом. Сама лягушачья лапка играла роль чувствительного прибора. Ещё Вольта предложил разделить все проводники на два рода: 1-металлы и уголь(сухие) 2-электролиты(влажные) прохождение тока через металлы не сопровождается химическими изменениями, можно предположить, что при прохождении тока атомы металла не перемещаются. гальвани

мальденштам папалекси Опытами Российских учёных Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси в 1912г. и американских ученых Стюарта и Толмена в 1916г. Было доказано, что носители электрического тока в металлах являются электроны. Шведский учёный Сванте Аррениус, изучая электропроводимость растворов различных веществ, пришёл к выводу в 1877г., что причиной электропроводимости является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролита в воде аррениус

Процесс распада электролита на ионы называется электричесской диссоциацией. При досоциации в воде электролиты диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы. Под действием электрического поля, положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока (катоду) и называются катионами, а отрицательно заряженные – к положительному полюсу (аноду) и называются анионами. Таким образом электролиты обладают электронной проводимостью.

1.2. Первые гальванические элементы Александро Вольта создал первый источник тока, который можно было использовать на практике. 20 марта 1800г. он сообщил о своих исследования Лондонскому королевскому обществу. Этот источник получил название «Вольтов столб». Этот источник состоял из медных и цинковых пластин, между которыми были проложены кружочки ткани, пропитанные раствором щёлочи, по форме источник напоминает столбик. Другие примеры гальванических элементов приведены в таблице:

2. Принцип действия гальванического элемента. Первым гальваническим элементом был элемент Вольта. Он состоял из цинковой и медной пластинок, погруженных в раствор серной кислоты. При соединении пластинок такого элемента проводником электроны перемещаются от цинка к меди, а с неё переходит на находящиеся в растворе вблизи медной пластинки ионы водорода, которые восстанавливаются, водород выделяется у медной пластинки реакция окисления и восстановления.

3.Приготовление растворов 3.1. Приготовление растворов При приготовлении растворов следует соблюдать технику безопасности!! Массу твердого вещества определить по следующей формуле: n=m (вещества) / m (раствора) n – концентрация Приготовление: *Взять 50мл воды *Взвесить на весах 0,51 г вещества *Смешать

3.2. Приготовление растворов кислот Используя следующую формулу, можно расчитать объём нужной кислоты: p=m / v (p-плотность вещества, m-масса вещества, v-объём вещества) Приготовление: *Взять 50 мл воды *Измерить с помощью «бюретки» 0,26 мл *Соблюдая правила безопасности, смешать. (по этой же инструкции смешивать остальные кислоты)

4. Измерение ЭДС 4.1. Материалы: ~ Медная пластинка ~Цинковая пластинка ~Кожная прослойка ~Вольтметр ~Два проводника ~Стаканчик ~Электролиты

4.2. Таблица результатов измерения ЭДС гальванических элементов при разных электролитах Электролит ЭДС(Е) В, средняя 1H 2 SO 4 0,82 2HCl0,73 3CuSO 4 0,68 4ZnSO 4 0,52 5NH 4 Cl0,72 6NaOH0,32

5. Анализ результатов 5.1. Анализ 1)Наибольшее значение ЭДС получено при использовании раствора серной кислоты (H2SO4) 0,82 В 2)Наименьшее значение ЭДС получено при использовании раствора гидроксида натрия (NaOH) 0,32 В 3)Примерно одинаковое значение ЭДС 0,7 В было при использовании растворов соляной кислоты (HCl), сульфата меди (II), хлорида аммония (NH4Cl)

5.2.Достоверность значений ЭДС гальванического элемента (с погрешностью измерений) электролитыЗначение ЭДС 1H 2 SO 4 0,82 В +- 0,11В 2HCl0,73 В +- 0,02 В 3CuSO 4 0,68 В +- 0,04 В 4ZnSO 4 0,52 В +- 0, 06 В 5NH 4 Cl0,72 В +- 0,04 В 6NaOH0,32 В +- 0,02 В

6. Зависимость ЭДС В ходе работы, мне стало интересно выяснить от чего зависит ЭДС гальванического элемента? Заглянув в дополнительную литературу я узнал что ЭДС гальванического элемента зависит от: 1.От концентрации раствора. 2.От расстояния между разнородными пластинами. 3.От площади электродов, помещённой в раствор повареной соли. 4.От рода металла. Пункты 2,3 я решил проверить опытным путём, пункт 1 мы проверили ранее в работе Для начала выясним что такое ЭДС: ЭДС – физическая величина, численно равная отношению работы сторонних сил по перемещению положительного электрического заряда внутри источника тока между его полюсами к значению заряда. Формула: E=A/Q

Опыт 2 Цель: Узнать, как зависит электродвижущая сила гальванического элемента от расстояния между разнородными пластинами Материалы: Медная и цинковая пластины, пластмассовый сосуд, вольтметр, раствор поваренной соли. Выполнение работы: 1. Я уменьшал расстояние между пластинами 2. Измерял показание вольтметра 3. Результаты заносил в таблицу.

На основе результатов, записанных в таблице построем график зависимости ЭДС гальванического элемента от расстояния между разнородными пластинами. Вывод: ЭДС гальванического элемента обратно пропорциональна расстоянию между разнородными пластинами при аргументе от 5см до 17 см и от 19 см до 23 см

Опыт 3 Цель: Узнать как зависит ЭДС гальванического элемента от площади электродов, помещённых в раствор поваренной соли. Материалы: Медная и цинковая пластины, сосуд, вольтметр. Выполнение работы: 1. Я постепенно поднимал разнородные пластины, при этом уменьшая площадь электрода, находящуюся в растворе поваренной соли. 2. Измеряла показания вольтметра 3. Результаты заносил в таблицу.

На основе полученных результатов построим график зависимости ЭДС гальванического элемента от площади электродов Вывод: ЭДС гальванического элемента прямо пропорциональна площади электродов при значении аргумента от 0 см до 0,1 см и от 0,15 см до 0,19 см

7.Вывод по работе Был сконструирован гальванический элемент и исследована зависимость ЭДС гальванического элемента от природы электролита. Наибольшее значение ЭДС получено при использовании раствора серной кислоты (H2SO4) 0.82 В. Наименьшее значение ЭДС получено при использовании раствора гидроксида натрия (NaOH) 0,32 В Примерно одинаковое значение ЭДС 0,7 В было при использовании растворов соляной кислоты (HCl), сульфата меди (II), хлорида аммония (NH4Cl) Экспериментально было подтверждено то, что ЭДС гальванического элемента зависит от: 1. От концентрации раствора. 2. От расстояния между разнородными пластинами. 3. От площади электродов, помещённой в раствор поваренной соли. Я считаю, что опыты, проведённые мною, можно использовать, как лабораторные работы.

Дополнительная литература: 1.Лансберг «Элементарный учебник физики 2том» издательство «Наука» 1969г. 2. А. В. Перышкин «Физика – 8», издательство «Дрофа» 2003г. 3. Г.Н. Степанова «Физика – 8» издательство «СТП школа» 2006г. 4.«Энциклопедия наука» издательство «Росмэн» 2005г. 5.«Энциклопедия физика» издательство «Аванта» 2005г. 6.Н. Л. Глинка «Общая химия» издательство «Химия» ленинградское отделение 1977г. 7.М. Я. Фиошин, В. В Павлов «Электролиз в неорганической химии» издательство «Наука» 1976г.