9.1 Spenningsrekke og reduksjonspotensialer

I spenningsrekken står et stoff oppført etter hvor lett det reduserer et annet stoff. Sink reduserer hydrogenioner og står derfor før hydrogen i spennings-rekken (Zn, ..., H2, ...,). Hydrogen kan igjen redusere klor, og hydrogen står derfor før klor i spenningsrekken (Zn, ..., H2, ..., Cl2, ...).

Et mål for den reduserende evnen til et stoff er stoffets standard reduksjonspotensial. I tabellen over standard reduksjonpotensialer er et stoff oppført etter hvor lett det lar seg redusere. Klor reduseres mye lettere enn hydrogen og sink og står derfor øverst av de tre. Her er et utdrag av tabellen med standard reduksjonspotensialer (se side 210 i grunnboken):

Cl2(aq) + 2e 2Cl(aq)       = 1,36 V

2H+(aq) + 2e H2(g)           = 0,00 V

Zn2+(aq) + 2e Zn(s)         = –0,76 V

Redoksparene 2Cl/Cl2 og Zn/Zn2+ utgjør det vi kaller elektroder. I denne aktiviteten skal du lage forskjellige elektroder og også en referanseelektrode av Cu/Cu2+. Du skal måle cellespenningen mellom hver elektrode og denne kobber-referanseelektroden. Dessuten finnes det en stasjon med ferdiglaget hydrogenelektrode og klorelektrode i laboratoriet.

Problemstilling

Hvordan kan du lage en referanseelektrode, og hvordan kan du bruke den til å sette opp en spenningsrekke?

UTSTYR

Fellesutstyr

•   0,1 M AgNO3*

•   0,1 M CuSO4*

•   0,1 M Pb(NO3)2*

•   0,1 M FeSO4*

•   0,1 M ZnSO4*

•   1 M HCl*

•   agarløsning til saltbro* (som holdes varm)

Fellesutstyr for hydrogen- og klorelektrode (egen stasjon som bør lages av lærer, se oppskrift på side 167)

•   2 platinaelektroder (4 cm platinatråder)

•   likestrømskilde (4,5 V batteri)

•   2 ledninger med krokodilleklemmer

•   2 små dråpetellere i plast

•   lite begerglass (skal passe til dråpetellerne ovenfor slik at de står fast)

Utstyr for gruppen

•   6 små reagensrør i stativ

•   metallstrimler eller tråder av sølv, bly, jern og sink

•   kobbertråd, 5 cm

•   3 plastdråpetellere

•   vaskeflaske

•   voltmeter

•   2 ledninger med krokodilleklemmer

* Oppskriftene står på sidene 194–197.

 

Fremgangsmåte og observasjoner

1)  Lag elektroder av sølv, bly, jern og sink ved å sette en strimmel eller tråd av hvert metall ned i et reagensglass med sin respektive metallion-løsning, se bildet nedenfor.

2)  Lag en kobber-referanseelektrode slik: Ta en plastdråpeteller og sug den nesten full med CuSO4(aq). Snu den rundt og klem ut det meste av luften. Snu den tilbake, stikk spissen ned i varm saltbro-agar-løsning og sug opp en del av den. La agaren stivne. Stikk så kobbertråden gjennom toppen av plastdråpetelleren slik at en del av tråden står ned i kobber(II)sulfatløsningen. Se bildet nedenfor.

Referanseelektroden din er nå klar, og den kan legges på benken uten at noe renner ut.

3)  Mål spenningen mellom referanseelektroden og hver av de andre metallelektrodene slik bildet nedenfor viser. Noter cellespenningen og merk deg hvordan terminalene (pluss og minus) på voltmeteret er koplet. Etter hver måling skyller du tuppen på referanseelektroden med litt vann.

4)  Mål så spenningen mellom kobber-referanse-elektroden din og hydrogenelektroden ved å kople den positive inngangen på voltmeteret til kobberelektroden og den negative inngangen til hydrogenelektroden. Stikk tuppen på kobberelektroden ned i saltsyren som hydrogen- og klorlektrodene står i. Noter deg spenningen. Mål også spenningen over hydrogen- og klorelektroden.

Resultater og spørsmål

a)  Trekk en vannrett linje på et ark og lag en inndeling der 1 cm tilsvarer 0,1 V. Merk av kobber med et punkt ganske langt til høyre på linjen og la det være nullpunktet på aksen. Merk så av de spenningene du målte for de andre metallene mot kobber-referanseelektroden.

b)  Plasser også hydrogen på linjen ut fra målingen med kobber-referanseelektroden. Plasser så klor på linjen ut fra målingen på cellen med hydrogenelektroden og klorelektroden.

c)  Sett opp alle metallene og hydrogen og klor i en spenningsrekke ut fra dine resultater.

d)  Du har målt reduksjonspotensialer for mange metaller og for hydrogen mot en kobber-referanseelektrode. Beregn dine reduksjonspotensialer for metall- og klorelektrodene når du vet at standard reduksjonspotensialet for hydrogenelektroden er satt lik 0,00 V. Lag en tabell med halvreaksjoner og dine målte reduksjonspotensialer.

e)  Sammenlign dine verdier for standard reduksjonspotensialer med dem som er oppgitt i tabellen på side 210 i grunnboken. Hvilke forhold i aktiviteten tilsier at du ikke får helt de samme verdiene?

RISIKOVURDERING

Egenskaper ved stoffene

•   0,1 M FeSO4, 1 M HCl og saltbro-agarløsning: Vurdert ikke merkepliktig.

•   0,1 M CuSO4: Giftig, med langtidsvirkning, for liv i vann.

•   0,1 M ZnSO4: Gir alvorlig øyeirritasjon. Skadelig, med langtidsvirkning, for liv i vann.

•   0,1 M AgNO3: Gir alvorlig øyeirritasjon. Meget giftig, med langtidsvirkning, for liv i vann.

•   0,1 M Pb(NO3)2: Kan skade forplantningsevnen eller gi fosterskader. Meget giftig, med langtidsvirkning, for liv i vann.

Faremoment ved gjennomføringen

Ingen

Spesielle tiltak

Unngå å ta på stoffene. Hvis du får noe på hendene, vasker du med såpe og vann. 

Avfallshåndtering

Løsninger av Pb(NO3)2 tømmes i resteflaske for blyioner. Løsninger av FeSO4, CuSO4, AgNO3 og ZnSO4 tømmes i resteflaske for metallioner.

Til lærer:

Hydrogen- og klorelektroder rigges opp på ett sted i laboratoriet og brukes av alle elevgruppene. Elektrodene lages slik:

Klipp av stilkene på to plastdråpetellere slik at bare 2 cm er igjen. Pass på at de kan stå støtt, side om side, nede i det lille begerglasset. Stikk så en platinatråd inn gjennom toppen på hver av disse plastdråpetellerne, i nesten hele ballongens lengde, men slik at en god del av tråden stikker ut. Sett dråpetellerne på plass i begerglasset med stilkene ned og fyll halvveis opp med 1 M HCl. Sug opp nok saltsyre i hver av dråpetellerne slik at platinatråden stikker godt nedi. Pass på at det er sammenhengende væske i dråpetellerne og i bunnen av begerglasset. Merk dråpetellerne, en med pluss- og en med minustegn. Kopl til batteriet: pluss til pluss og minus til minus. Elektrolyser til det er dannet gass på elektrodene. Så koples batteriet fra. Mål spenningen over elektrodene og noter den når den begynner å stabilisere seg. Nå er platinatråden i dråpetelleren merket minus en hydrogenelektrode og platinatråden ved pluss en klorelektrode. Merk elektrodene (hydrogen og klor).