Membina sel voltan ringkas

Membina sel voltan ringkas ialah tempat bab Keseimbangan Redoks memberi hasilnya: pemindahan elektron yang anda lihat dalam penyesaran dan dalam eksperimen “elektron pada suatu jarak” kini melakukan kerja berguna, memacu arus melalui wayar. Dalam Tingkatan 5, ia mengaitkan siri elektrokimia terus kepada voltan yang boleh diukur, dan ia menerangkan cara sel kimia menukar tenaga kimia kepada tenaga elektrik. Bina sel itu, bandingkan pasangan logam, kemudian latih jawapan Kertas 3.

Tujuan

Untuk membina sel voltan ringkas daripada dua logam berbeza dalam elektrolit, menunjukkan ia menghasilkan elektrik, dan mengaitkan terminal serta voltan dengan kedudukan logam dalam siri elektrokimia.

Radas dan bahan

• Bikar
• Jalur logam berbeza, seperti zink, kuprum, magnesium dan ferum
• Elektrolit, seperti asid sulfurik cair atau larutan natrium klorida
• Voltmeter atau galvanometer
• Wayar penyambung dengan klip buaya
• Kertas pasir
• Gogal keselamatan

Prosedur

1. Bersihkan sejalur zink dan sejalur kuprum dengan kertas pasir sehingga berkilat.
2. Tuang elektrolit ke dalam bikar.
3. Celup kedua-dua jalur logam ke dalam elektrolit, kekalkan ia berasingan supaya tidak bersentuhan.
4. Sambungkan kedua-dua jalur ke voltmeter dengan wayar dan klip buaya.
5. Catat bacaan voltmeter, dan rekod logam mana ditunjukkan voltmeter sebagai terminal negatif dan mana sebagai positif.
6. Ulang langkah 1 hingga 5 dengan pasangan logam lain, contohnya magnesium dan kuprum, atau zink dan ferum, membersihkan jalur setiap kali.
7. Rekod terminal negatif dan saiz bacaan voltmeter bagi setiap pasangan dalam jadual.

Pemerhatian yang dijangka

• Voltmeter memberi bacaan, menunjukkan sel menghasilkan elektrik.
• Logam yang lebih reaktif dalam setiap pasangan ditunjukkan sebagai terminal negatif; bagi zink dan kuprum, zink negatif dan kuprum positif.
• Apabila kedua-dua logam lebih jauh dalam siri elektrokimia, seperti magnesium dan kuprum, bacaan voltmeter lebih besar; apabila lebih rapat, bacaan lebih kecil.
• Gelembung mungkin muncul di elektrod yang kurang reaktif, dan elektrod yang lebih reaktif mungkin perlahan-lahan susut.

Laporkan logam mana terminal negatif dan sama ada bacaan lebih besar atau lebih kecil bagi setiap pasangan; jangan mereka nilai voltan tertentu.

Inferens dan kesimpulan

Sel voltan ringkas menukar tenaga kimia kepada tenaga elektrik. Logam yang lebih elektropositif (lebih reaktif) ialah terminal negatif, tempat ia teroksida dan kehilangan elektron membentuk ion. Elektron ini mengalir melalui wayar luar ke logam yang kurang elektropositif, iaitu terminal positif, tempat penurunan berlaku. Kerana pengoksidaan berlaku di satu elektrod dan penurunan di elektrod yang lain, sel ini berfungsi melalui tindak balas redoks. Saiz voltan bergantung pada perbezaan antara kedua-dua logam dalam siri elektrokimia: semakin besar perbezaan keelektropositifannya, semakin besar beza keupayaan yang dihasilkan. Inilah sebabnya pasangan magnesium-kuprum memberi bacaan lebih besar berbanding pasangan zink-kuprum. Jika logam yang sama digunakan untuk kedua-dua elektrod, tiada perbezaan keelektropositifan dan tiada voltan dihasilkan.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

• Hipotesis. “Semakin besar perbezaan kedudukan kedua-dua logam dalam siri elektrokimia, semakin tinggi voltan sel.” Nyatakan hubungan yang boleh diuji.
• Pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah pasangan logam yang digunakan (jarak pemisahannya dalam siri elektrokimia); pemboleh ubah bergerak balas ialah bacaan voltmeter; pemboleh ubah dimalarkan ialah jenis dan kepekatan elektrolit, suhu, saiz elektrod dan jarak antaranya.
• Menjadualkan data. Gunakan lajur untuk pasangan logam, terminal negatif, dan sama ada bacaan lebih besar atau lebih kecil, supaya pasangan boleh disusun.
• Membuat inferens. Daripada zink menjadi terminal negatif terhadap kuprum, infer bahawa zink lebih elektropositif berbanding kuprum.
• Definisi secara operasi. “Terminal negatif sel voltan ialah logam yang lebih elektropositif, tempat elektron mengalir keluar melalui wayar luar, ditunjukkan di sini oleh voltmeter yang menanda zink sebagai negatif terhadap kuprum.”

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid sulfurik cair menghakis dan berbahaya jika terpercik ke mata.
• Kekalkan kedua-dua jalur logam berasingan, supaya sel tidak terpintas.
• Kendalikan kertas pasir dengan berhati-hati dan jauh daripada orang lain, supaya serpihan tidak masuk ke mata.
• Lupuskan elektrolit seperti diarahkan dan bukan ke dalam sinki, dan basuh tangan selepasnya.

Kesilapan lazim

• Membiarkan kedua-dua jalur logam bersentuhan, yang memintaskan sel jadi voltmeter tidak membaca apa-apa.
• Tidak membersihkan logam, jadi lapisan oksida merendahkan atau menyembunyikan bacaan.
• Menggunakan logam yang sama untuk kedua-dua elektrod dan menjangka voltan; dua logam serupa tidak memberi beza keupayaan.
• Menyambung voltmeter secara terbalik dan tersalah baca terminal mana negatif.
• Membandingkan pasangan dengan elektrolit atau kepekatan berbeza, yang menjadikan perbandingan voltan tidak adil.
• Membiarkan jarak antara elektrod berbeza bagi setiap pasangan, jadi bacaan voltan dipengaruhi faktor lain dan bukan hanya perbezaan keelektropositifan logam.
• Membaca voltmeter sebelum sambungan stabil, jadi bacaan sementara tersilap dicatat sebagai voltan sebenar sel.

Bagaimana kami membantu

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu dalam talian kami, yang diajar dalam bahasa Inggeris, guru kami mengaitkan sel voltan kembali kepada siri elektrokimia, supaya anda dapat meramal terminal negatif dan voltan relatif bagi mana-mana pasangan logam serta menulis tindak balas elektrod dengan yakin. Yuran bermula dari RM50 sejam, dengan pelajaran percubaan satu jam berbayar supaya anda dapat melihat penaakulan diajar sebelum membuat komitmen. Kerana sel voltan ialah destinasi yang dituju oleh penyesaran, pemindahan elektron dan siri elektrokimia dalam Kimia SPM, menguasainya mengikat keseluruhan bab Keseimbangan Redoks untuk Kertas 2 dan Kertas 3.