Zespół 6 |
Imię i nazwisko: Kozub Szymon |
Wydział Fizyki, Matematyki i Informatyki Stosowanej Gr. 11, semestr 11/12 |
||
Nr ćw. 11 |
Temat ćwiczenia Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego wodoru. |
Data |
Ocena |
Podpis |
|
|
22. I. 2012r |
|
|
1. Wprowadzenie
Elektrolitem nazywamy przewodnik elektryczny zawierający ruchome jony - są nimi roztwory (najczęściej wodne) soli, kwasów i zasad oraz roztopione kryształy jonowe np. sól kuchenna. Elektrolizą nazywamy proces przepływu prądu przez elektrolit wraz z towarzyszącymi reakcjami chemicznymi - rozkładem kwasów, soli i zasad na składowe związki chemiczne - substancje te wydzielają się na elektrodach.
Prąd elektryczny, przepływając przez elektrolit, wydziela na elektrodach produkty dysocjacji elektrolitycznej . I prawo Faraday`a mówi, że masa jonów m wydzielona na elektrodzie jest proporcjonalna do przepływającego ładunku :
gdzie stałym współczynnikiem proporcjonalności jest k - równoważnik elektrochemiczny . Jest on liczbowo równy masie substancji wydzielonej przy przepływie przez elektrolit ładunku 1C.
II Prawo Faraday`a mówi z kolei, że masy substancji wydzielonych na elektrodach przy przepływie tego samego ładunku są proporcjonalne do odpowiednich równoważników chemicznych
równoważnikiem chemicznym nazywamy iloczyn masy atomowej substancji i wartościowości jonu.
(3)
Jako stałą Faraday`a definiujemy stosunek równoważnika chemicznego do równoważnika elektrochemicznego danej substancji:
(4)
Przepływ ładunku o takiej wartości przez elektrolit powoduje wydzielenie 1 równoważnika chemicznego substancji.
Stałą Faraday`a można również wyrazić wzorem:
(5)
gdzie qj - ładunek jonu , NA - liczba Avogadra
Rys.l. Schemat układu pomiarowego z woltametrem
2. Metoda pomiaru i obliczenia
Wyznaczania równoważnika elektrochemicznego wodoru, stałej Faraday`a i ładunku jonu wodorowego
Do tego celu używamy woltametru wodnego. Są to trzy szklane naczynia połączone ze sobą (rys.l). W dwóch biuretach, zaopatrzonych w szczelne korki, zbierają się gazowe produkty elektrolizy. Platynowe płytki, zamocowane w gumowych korkach zamykających od dołu biurety, służą jako elektrody. Środkowa rurka, zakończona otwartą bańką, służy do zbierania wypieranej cieczy i daje możliwość pomiaru ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez elektrolit na gazy.
Woltametr zasilany jest z zasilacza prądu stałego (12 V) poprzez regulowany opornik R, służący do ustalania stałej wartości prądu (pomiędzy 0,2 a 1,0 A). Woltametr wypełniony jest 10% roztworem kwasu siarkowego (H2 SO4 ). Podczas elektrolizy na elektrodzie dodatniej wydziela się tlen, a na ujemnej wodór. Możemy jednak wyznaczyć tylko równoważnik elektrochemiczny wodoru, ponieważ tlen w znacznym stopniu rozpuszcza się w roztworze.
wartość równoważnika elektrochemicznego wyznaczamy dla 3 różnych natężeń prądów zgodnie ze wzorem :
masa wodoru znajdująca się we wzorze (1) wyliczana jest z równania stanu gazu i zależności m=ρV:
Ciśnienie suchego wodoru obliczamy jako sumę ciśnienia atmosferycznego p1,ciśnienia hydrostatycznego p2=ρrhg pomniejszoną o ciśnienie p3 nasyconej pary wodnej w biurecie przy danej temperaturze.
z tablic odczytano :
gęstość roztworu (ρr): |
1,0669*103 |
kg/m3 |
gęstość wodoru (ρ0): |
0,08987 |
kg/m3 |
ciśn . normalne p0 |
1013 |
hPa |
temp. normalna T0 |
273,16 |
K |
g |
9,81 |
m/s2 |
a dla obliczenia stałej Faraday`a(wg. wzoru 6) i ład jonu wodorowego (ze wzoru 7) dodatkowo:
wartościowość jonów z : |
1 |
|
masa atomowa substancji A: |
1,008*10-3 |
kg/mol |
liczba Avogadra NA |
6,02*1023 |
mol-1 |
OTO OTRZYMANE WYNIKI - obliczenia dla 1 pomiaru:
LP: |
I[A] |
t[s] |
h1[m.] |
h2[m.] |
h[m] |
p3[hPa] |
p2=qrhg[Pa] |
p1[hPa] |
p=p1+p2-p3[Pa] |
T[K] |
V[cm3] |
k[kg/As] |
F[C/mol] |
e[C]: |
1 |
0,20 |
831 |
0,334 |
0,593 |
0,259 |
26,38 |
281,1869 |
976 |
1230,807 |
295,16 |
20 |
0,9651*10-8 |
|
|
t - czas elektrolizy
I - natężenie prądu
h1,h2,h - wysokości (zgodnie z rys.1)
V - objętość wydzielonego wodoru
T - temperatura roztworu
czyli wyznaczone k:
wartość tablicowa:
OBLICZENIA dla 1-go pomiaru:
więc:
ostatecznie:
STAŁA FARADAY`A:
z = 1
A = 1,008*10-3 kg/mol
co daje po podstawieniu do wzoru na stałą Faraday`a:
ŁADUNEK JONU WODOROWEGO:
NA = 6,02*1023 mol-1
5