Demonstrációs fizika labor

7.46. Galvánelem összeállítása, működésének vizsgálata

  A kísérlet célja

A galvánelemek felépítésének modellezése, működésük alapjának bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • rézlemez
  • cinklemez
  • réz-szulfát-oldat (CuSO4-oldat), 1 mol/dm3 koncentrációjú
  • cink-szulfát-oldat (ZnSO4-oldat), 1 mol/dm3 koncentrációjú
  • 1 db kisméretű főzőpohár (amibe a cinklemez belefér)
  • röpzsinórok
  • krokodilcsipeszek
  • kisméretű mázatlan cserépedény (alján nem lukas!)
  • kis üvegtál
  • demonstrációs V/A mérő

Leírás

1. Redukciós és oxidációs folyamatok vizsgálata

Öntsünk a főzőpohárba kevés réz-szulfát-oldatot, majd helyezzük az oldatba a cinklemezt! Egy-két percnyi várakozás után figyeljük meg, hogy a fémlemez felületén vörös bevonat jelent meg, réz vált ki rá az oldatból. A lemez cinkatomjai és az oldat rézionjai között ugyanis kémiai reakció, elektronátadás történt:

Zn + Cu2+ à Zn2+ + Cu

A cinkatomok elektront adtak le (oxidáció), a rézionok elektront vettek fel (redukció). A fenti reakcióban ez egyszerre történt, az elektronok közvetlenül a részecskék közt cserélődtek ki.

Ez a reakció elektromos áram termelésére használható, ha sikerül az oxidációs és a redukciós folyamatot térben elválasztani, és az átadott elektronokat vezetéken át vezetni. Ugyanakkor biztosítani kell az áramkör záródását, azaz az oldatok közt az ionok átjárását az oldatok keveredése nélkül. Ez megvalósítható, ha ún. diafragmával (pl. mázatlan cseréppel) választjuk el az oldatokat.

 

2. Galváncella (Daniell-elem) összeállítása

Öntsünk egy kis üvegtálba réz-szulfát-oldatot, és mártsunk ebbe rézlemezt! Öntsünk egy kis agyagcserépbe cink-szulfát-oldatot és mártsunk bele cinklemezt! Tegyük az agyagcserepet az üvegtálba! A két fémet röpzsinórok segítségével kapcsoljuk feszültségmérőhöz!

Figyeljük meg, hogy a két fém között feszültség mérhető. (A cinklemez mérete, tömege csökken, a rézlemezen vöröses anyag válik ki, tömege nő.)

Az előzőhöz hasonló módon a cinkatomokból cinkionok, a rézionokból rézatomok keletkeznek, de most a redoxireakcióban részt vevő elektronok a feszültségmérőn haladnak át.


7.46b.PNG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Mi a különbség az akkumulátorok és a galvánelemek között?

Módszertani kiegészítések

  • 1 mol/dm3 koncentrációjú oldatot úgy készíthetünk, hogy kimérünk annyi gramm anyagot, mint a vegyület moláris tömege és ebből 1 dm3 oldatot készítünk
    • a CuSO4∙5H2O moláris tömege 249,5 g/mol
    • a ZnSO4∙7H2O moláris tömege 287,5 g/mol
  • Mázatlan cserépedény hiányában úgynevezett sóhidat is használhatunk. Ehhez U alakú üvegcsőbe töltsünk kálium-nitrát(KNO3)-tartalmú kocsonyát (agar-agart), és ezt fordítsuk bele az egy-egy főzőpohárba öntött oldatokba. Végső esetben kálium-nitrát-oldatba mártott szűrőpapírcsíkot is használhatunk. 

  


7.46. Galvánelem összeállítása, működésének vizsgálata

  A kísérlet célja

A galvánelemek felépítésének modellezése, működésük alapjának bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • rézlemez
  • cinklemez
  • réz-szulfát-oldat (CuSO4-oldat), 1 mol/dm3 koncentrációjú
  • cink-szulfát-oldat (ZnSO4-oldat), 1 mol/dm3 koncentrációjú
  • 1 db kisméretű főzőpohár (amibe a cinklemez belefér)
  • röpzsinórok
  • krokodilcsipeszek
  • kisméretű mázatlan cserépedény (alján nem lukas!)
  • kis üvegtál
  • demonstrációs V/A mérő

Leírás

1. Redukciós és oxidációs folyamatok vizsgálata

Öntsünk a főzőpohárba kevés réz-szulfát-oldatot, majd helyezzük az oldatba a cinklemezt! Egy-két percnyi várakozás után figyeljük meg, hogy a fémlemez felületén vörös bevonat jelent meg, réz vált ki rá az oldatból. A lemez cinkatomjai és az oldat rézionjai között ugyanis kémiai reakció, elektronátadás történt:

Zn + Cu2+ à Zn2+ + Cu

A cinkatomok elektront adtak le (oxidáció), a rézionok elektront vettek fel (redukció). A fenti reakcióban ez egyszerre történt, az elektronok közvetlenül a részecskék közt cserélődtek ki.

Ez a reakció elektromos áram termelésére használható, ha sikerül az oxidációs és a redukciós folyamatot térben elválasztani, és az átadott elektronokat vezetéken át vezetni. Ugyanakkor biztosítani kell az áramkör záródását, azaz az oldatok közt az ionok átjárását az oldatok keveredése nélkül. Ez megvalósítható, ha ún. diafragmával (pl. mázatlan cseréppel) választjuk el az oldatokat.

 

2. Galváncella (Daniell-elem) összeállítása

Öntsünk egy kis üvegtálba réz-szulfát-oldatot, és mártsunk ebbe rézlemezt! Öntsünk egy kis agyagcserépbe cink-szulfát-oldatot és mártsunk bele cinklemezt! Tegyük az agyagcserepet az üvegtálba! A két fémet röpzsinórok segítségével kapcsoljuk feszültségmérőhöz!

Figyeljük meg, hogy a két fém között feszültség mérhető. (A cinklemez mérete, tömege csökken, a rézlemezen vöröses anyag válik ki, tömege nő.)

Az előzőhöz hasonló módon a cinkatomokból cinkionok, a rézionokból rézatomok keletkeznek, de most a redoxireakcióban részt vevő elektronok a feszültségmérőn haladnak át.


7.46b.PNG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Mi a különbség az akkumulátorok és a galvánelemek között?

Módszertani kiegészítések

  • 1 mol/dm3 koncentrációjú oldatot úgy készíthetünk, hogy kimérünk annyi gramm anyagot, mint a vegyület moláris tömege és ebből 1 dm3 oldatot készítünk
    • a CuSO4∙5H2O moláris tömege 249,5 g/mol
    • a ZnSO4∙7H2O moláris tömege 287,5 g/mol
  • Mázatlan cserépedény hiányában úgynevezett sóhidat is használhatunk. Ehhez U alakú üvegcsőbe töltsünk kálium-nitrát(KNO3)-tartalmú kocsonyát (agar-agart), és ezt fordítsuk bele az egy-egy főzőpohárba öntött oldatokba. Végső esetben kálium-nitrát-oldatba mártott szűrőpapírcsíkot is használhatunk.