Marcin NOWOSIAD 23.05.2001

IBD, LP-8, G-4

Temat ćwiczenia 23: “Sprawdzenie praw elektrolizy Faradaya.”

Zagadnienia do samodzielnego opracowania

1. Przepływ prądu przez elektrolity.

2. Pierwsze i drugie prawo Faradaya.

W ćwiczeniu stosowanym elektrolitem jest wodny roztwór CuSO₄. Po zdysocjowaniu tworzą się jony dodatnie Cu⁺² i jony ujemne SO₄^-2. Po wprowadzeniu do elektrolitu CuSO₄ elektrod i połączeniu ich ze źródłem napięcia jony ujemne SO₄^-2 poruszają się z niewielką prędkością w kierunku anody A, jony dodatnie Cu⁺² w kierunku katody K. W wyniku tej elektrolizy możemy stwierdzić, że na katodzie osadzi się Cu, na anodzie właściwie reszta kwasowa SO₄, lecz grupa SO₄ reaguje natychmiast z wodą:

SO₄ + H₂O = H₂SO₄ + ½ O₂

Rezultat jest taki, że na anodzie wydziela się tlen. Celem ćwiczenia jest, przez zmierzenie wydzielonej masy miedzi na katodzie, wyliczenie współczynnika elekrochemicznego substancji i stałej Faradaya.

Przyrządy:

analityczna waga laboratoryjna, elektrody miedziowe, amperomierz, zasilacz, sekundomierz.

Kolejność czynności:

1. Połączyć obwód według schematu :

2. Sprawdzić poprawność obwodu elektrycznego zamykając na krótki czas. Równocześnie regulować natężenie prądu w obwodzie, tak aby gęstość nie przekraczała 0,5 A/dm2. (Natężenie prądu wyznaczyć w oparciu o powierzchnie elektrody).

3. Wyjąć katodę, oczyścić starannie papierem ściernym, wypłukać wodą. Wyznaczyć masę m1 katody z analitycznej wagi laboratoryjnej.

4. Umieścić ponownie katodę w elektrolicie, włączyć prąd uruchamiając jednocześnie zegar. Utrzymać stałą wartość natężenia prądu przez czas t = 30 minut.

5. Po upływie tego czasu przerwać przepływ prądu. Opłukać katodę wodą, osuszyć i wyznaczyć masę m2 katody. Masę wydzielonej miedzi obliczyć ze wzoru m = m2 - m1. Przekształcając wzór
obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi :

6. Z układu okresowego pierwiastków odczytać masę atomową miedzi mCu, wartościowość miedzi w = 2 i ze wzoru wyrażającego II prawo Faradaya obliczyć stałą Faradaya :

7. Wskazówki do opracowania błędów.

Masę miedzi wydzieloną w procesie elektrolizy wyznacza się ważąc katodę na wadze analitycznej przed zamknięciem obwodu i po przerwaniu elektrolizy. Za błąd jakim obarczona jest wydzielona masa miedzi uważać będziemy sumę błędów popełnionych przy obu ważeniach wynikającą z dokładności wagi. Aby osiągnąć dużą dokładność ważenia należy przed przystąpieniem do pomiarów sprawdzić poziome ustawienie wagi oraz wyznaczyć zerowe położenie wskazówki wagi nie obciążonej. Czas trwania elektrolizy mierzy się sekundomierzem. Ponieważ proces trwa 30 minut pomiar czasu można określić z dokładnością do kilkunastu sekund.

I	m1	t	m2	m	k	kk	F	FF
[ m A]	[g]	[ s ]	[g]	[g]	[g/mA⋅s]	[g/mA⋅s]	[mA⋅s]	[mA⋅s]
250	61,962	1800	62,142	0,18	4⋅10^-7	4⋅10^-7±3,5⋅10^-9	7,946⋅10^7	7,946⋅10^7±694968,75

Obliczenia :

m = m2 - m1 = 62,142 - 61,962 = 0,18 [ g ]

Błędy pomiarów :

błąd pomiaru masy

m1 = m2 = 0,0002 [ g ]

błąd względny

błąd pomiaru czasu

t = 1 [ s ]

błąd względny

błąd pomiaru prądu

gdzie k - klasa przyrządu pomiarowego

ZP - zakres pomiarowy

błąd względny procentowy

błąd obliczeń równoważnika elektrochemicznego

błąd względny

błąd obliczeń stałej Faradaya

błąd względny

Wnioski :

Celem ćwiczenia było sprawdzenie praw elektrolizy Faradaya. Sprawdzanie tych praw polegało na wyznaczeniu równoważnika elektrochemicznego dla miedzi oraz stałej Faradaya. Równoważnik elektrochemiczny
, stała Faradaya
.

---