Nr 8	Temat: Przepływ prądu przez elektrolity. Wyznaczenie liczb przenoszenia metodą Hittorfa	Data wykonania 08.06.2009
Rok II Grupa 5a	Za W	Ocena

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z przepływem prądu przez elektrolit oraz wyznaczenie liczb przenoszenia metodą Hittorfa.

2. Zagadnienia teoretyczne:

• Katoda - nazywamy elektrodę na której zachodzi proces redukcji. W przypadku elektrolizy będzie to elektroda ujemna a ogniwa galwanicznego dodatnia.

• Anoda - nazywamy elektrodę na której zachodzi proces utleniania. W przypadku elektrolizy będzie to elektroda dodatnia a ogniwa galwanicznego ujemna.

• Przewodniki drugiego rodzaju - przewodzą one prąd dzięki ruchowi jonów , zwane również przewodnikami jonowymi lub elektrolitami (wodne roztwory soli , kwasów i zasad, stopione sole ).

• Elektroliza - zespół zjawisk jaki zachodzi podczas przepływu prądu przez przewodnik jonowy.

• Elektroda - jest to układ składający się z kontaktującego się ze sobą: przewodnika elektronowego i jonowego.

• Stała Faradaja F = N * e

• Pierwsze prawo Faradaja - masa substancji wydzielonej lub rozpuszczonej na elektrodzie w czasie elektrolizy jest proporcjonalna do ładunku elektrycznego , który przepływa przez elektrodę

• m = k* Q

• gdzie : k=R/F - równoważnik elektrochemiczny

• Drugie prawo Faradaja - taki sam ładunek elektryczny , przepływając przez różne elektrody , powoduje wydzielenie się lub rozpuszczenie substancji w ilościach chemicznie sobie równoważnych , to znaczy masy tych substancji są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych.

• Liczba przenoszeń jonów - jest to stosunek ładunku elektrycznego przenoszonego przez dany rodzaj jonów do sumarycznego ładunku elektrycznego przepływającego przez obwód.

3. Wykonanie ćwiczenia

Czyste naczyńko Hittorfa napełniliśmy 0,45M roztworem HCL. Po zamontowaniu obwodu elektrycznego według schematu przez około 1 godzinę przepuszczaliśmy przez obwód prąd elektryczny.

Po zakończeniu elektrolizy wyjęliśmy katodę z kulometru , umyliśmy ją i zważyliśmy . Roztwór z części katodowej wypuściliśmy i zmierzyliśmy jego objętość . Następnie miareczkowaliśmy go 0,005M roztworem NaOH . Miareczkowaniu poddaliśmy również roztwór z części środkowej naczyńka Hittorfa.

1. Tabela wyników miareczkowania NaOH z 5cm³ elektrolitu

Objętość roztworu części katodowej = 41 cm³

Początkowa masa katody = 9,5611g

Końcowa masa katody = 9,6301g

Początkowa masa anody = 5,9295g

Końcowa masa anody = 5,8551g

BADANE ROZTWORY	I MIARECZKOWANIE [cm^3]	II MIARECZKOWANIE [cm^3]
Roztwór z części katodowej	33,7	33,5
Roztwór z części środkowej	35,5	35,2

4 . Obliczenia :

• Liczba przenoszenia:

m_k =przyrost masy katody kulometru

m_k = 9,6301 - 9,5611 = 0,0690g

m_a =przyrost masy anody kulometru

m_a = 5,9295 - 5,8551 = 0,0744g

C_śr.cz.kat = [(33,7 + 33,5)*0,5 ] cm³ = 33,6 cm³

C_śr.cz.środ = [(35,5 + 35,2)*0,5 ] cm³ = 35,35 cm³

Część katodowa :

0,0336 dm³ --- x moli NaOH

1 dm³ --- 0,05 moli/dm³ NaOH

x = 0,00168 mola

NaOH + HCL  NaCL +H₂ O

1 mol NaOH zobojętnia 1 mol HCL

n_KHCL = n_NaOH = 0,00168 mola HCL

C_KHCL - stężenie katodowej cz. Naczyńka

Część środkowa:

n_NaOH=0,03535 dm³ * 0.05M =0,0017675 mola

n_HCL = n_NaOH = 0,0017675 mola

C = C_śr - C_kat = 0,3535M - 0,336M = 0,0175M

t_H+ + t_cl^- = 1

t_H+ = 1 - t_cl^- = 1 - 0,3303 =0,6697

• BŁĄD BEWZGLĘDNY

δ_i = x_i - x₀

C_NaOH =0,05M + 0,001M = 0,051M

Cz. katodowa :

n_NaOH = 0,0336 dm³ * 0,051 M = 0,0017136 moli

n_HCL= 0,0017136 moli

C_{HCL =} 0,34272

Cz. środkowa :

n_HCL= 0,00180285 moli

c_{HCL =} 0,36057M

c_HCL = 0,01785M

t_H+ =1- t_cl^- = 0,663

δ_względny = (t_cl^- - c_{NaOH =} 0,051- t_cl^-)/ t_cl^- = 0,02028459

δ_bezwzględny = t_cl^- _{- cNaOH = 0,051}- t_cl^- = 0,0067

Cz. katodowa :

n_NaOH = 0,0336dm³ * (0,050 - 0,001)M = 0,001646mola

n_HCL= 0,001646mola

c_HCL = 0,32928

Cz. środkowa :

n_HCL = 0,03535 dm³ * (0,050 - 0,001)M = 0,001732 mola

n_HCL= 0,001732mola

c_HCL = 0,34643

c_HCL = 0,01715

t_Cl^- = 0,3187

t_H⁺ = 1-0,3187=0,6813

δ_wzgl.=(t_Cl^-_{,cNaOH=0,0499} - t_Cl^-)/ t_Cl^- = (0,3303 - 0,3187) / 0,3187 = 0,03639787

δ_bezwzględny = 0,0116

W ćwiczeniu mógł również wystąpić błąd miareczkowania i w odczycie objętości zużytego NaOH . Mógł wystąpić również błąd w pipetowaniu.

Wysoka wartość liczby przenoszenia jonów wodorowych jest spowodowany tym że są one bardzo ruchliwe . To z kolei wynika z faktu że jony te są bardzo małe.

(-)Cu| CuSO₄ |Cu (+)

Anoda Cu → Cu²⁺ + 2e

Katoda Cu²⁺ + 2e → Cu

(-)Ag| AgNO₃ |Ag (+)

Anoda Ag → Ag⁺+e

Katoda Ag⁺+e→ Ag

(-)Pt| NaOH |Pt (+)

Anoda 2Cl^-+2e →Cl₂

• Katoda 2H₃⁺O + 2e→ 2H₂O + H₂

(-)Pt| NaCl |Pt (+)

Anoda 2Cl^- →Cl₂ + 2e

• Katoda Na⁺ + e→ Na

(-)Pt| H₂SO₄ |Pt (+)

Anoda 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e

Katoda 2H₃O⁺ + 2e→ 2H₂O + H₂

(-)Ni| NaOH |Ni (+)

Anoda 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e

Katoda 2H₃O⁺ + 2e→ 2H₂O + H₂

Wnioski :

W wyniku elektrolizy na katodzie osadziła się miedź (więc waga katody wzrosła) . W części katodowej roztworu wydzielił się H₂ , a na części anodowej wydzielił się chlor . Ponieważ wyniki miareczkowań roztworu części środkowej i katodowej były zbliżone, świadczy to o dokładności wykonania ćwiczenia .Obliczone (błędy) to również wielkości zbliżone .Liczba przenoszenia jonów dla wodoru jest bardzo wysoka w porównaniu z liczbą przenoszenia jonów dla chloru. Ponieważ masa miedzi osadzona na katodzie jest nieznacznie mniejsza od masy ubytku miedzi na anodzie, możemy wnioskować, że miedź zawierała bardzo małe ilości zanieczyszczeń, które nie wpływały na wyniki pomiarów.

5

---