Wydział Fizyki Technicznej Edukacja techniczno-informatyczna Studia stacjonarne		Data wykonywania ćwiczenia: 2.12.2011
Nr Grupy: 2 Nr zespołu: 3	Nr ćwiczenia: 4	mgr Łukasz Waliszewski

1. Temat ćwiczenia:

Wyznaczenie potencjału wydzielania wodoru

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne przebadanie krzywych prąd - napięcie (metodą galwanostatyczną) dla wydzielania wodoru na platynie i na miedzi oraz wyznaczenie nadnapięcia wydzielania wodoru na Pt i Cu.

3. Pomiary:

Katoda Cu						Katoda Pt
	Potencjał Roztworów [V]							Potencjał Roztworów [V]
Prąd [mA]	NaOH 0.1N	NaOH 0.01N	H2SO4 0.1N	H2SO4 0.01N			Prąd [mA]	NaOH 0.1N	NaOH 0.01N	H2SO4 0.1N	H2SO4 0.01N
0,2	1,2	1,17	0,61	0,78			0,2	1,14	0,84	0,56	0,62
0,4	1,41	1,4	0,66	0,84			0,4	1,36	1,36	0,62	0,71
0,6	1,45	1,43	0,69	0,87			0,6	1,45	1,45	0,64	0,77
0,8	1,48	1,48	0,71	0,91			0,8	1,5	1,5	0,66	0,82
1	1,5	1,51	0,72	0,93			1	1,55	1,55	0,68	0,85
1,2	1,52	1,53	0,73	0,94			1,2	1,58	1,58	0,7	0,88
1,4	1,53	1,56	0,75	0,96			1,4	1,61	1,61	0,71	0,91
1,6	1,54	1,59	0,76	0,98			1,6	1,66	1,66	0,73	0,94
1,8	1,55	1,61	0,77	1			1,8	1,69	1,69	0,73	0,96
2	1,56	1,63	0,77	1,02			2	1,73	1,73	0,74	1
2,2	1,57	1,64	0,78	1,03			2,2	1,75	1,75	0,76	1,02
2,4	1,58	1,66	0,79	1,05			2,4	1,77	1,77	0,76	1,04
2,6	1,59	1,69	0,8	1,07			2,6	1,81	1,81	0,78	1,07
2,8	1,6	1,71	0,8	1,08			2,8	1,83	1,83	0,78	1,09
3	1,6	1,74	0,81	1,09			3	1,85	1,85	0,79	1,11
3,2	1,61	1,76	0,81	1,1			3,2	1,88	1,88	0,8	1,13
3,4	1,62	1,78	0,82	1,12			3,4	1,91	1,91	0,8	1,15
3,6	1,62	1,8	0,82	1,14			3,6	1,95	1,95	0,81	1,17
3,8	1,63	1,82	0,83	1,16			3,8	1,98	1,98	0,82	1,2
4	1,64	1,84	0,84	1,16			4	2	2	0,82	1,23
4,2	1,64	1,85	0,84	1,18			4,2	2,04	2,04	0,83	1,25
4,4	1,65	1,87	0,85	1,19			4,4	2,05	2,05	0,83	1,29
4,6	1,65	1,89	0,85	1,2			4,6	2,09	2,09	0,83	1,31
4,8	1,66	1,91	0,85	1,21			4,8	2,11	2,11	0,85	1,33
5	1,67	1,93	0,86	1,23			5	2,14	2,14	0,85	1,36

4. Wykresy

Krzywe prąd - potencjał.

























5. Obliczenia

Odczytanie z wykresów wartości potencjałów wydzielania - E_{w (w skali kalomelowej)}

Katoda Cu				Katoda Pt
	NaOH	H2SO4				NaOH	H2SO4
0,1N	1,45V	0,71V			0,1N	1,55V	0,64V
0,01N	1,43V	0,87V			0,01N	1,45V	0,85V

Wartości potencjałów wydzielania w skali wodorowej

E_{w (w skali wodorowej)} =E_{w (w skali kalomelowej) +} 0,274V

Dla elektrody Cu

NaOH 0,1N E_w = 1,45V + 0,274V = 1,724V

0,01N E_w = 1,43V + 0,274V = 1,704V

H₂SO₄ 0,1N E_w = 0,71V + 0,274V = 0,984V

0,01N E_w = 0,87V + 0,274V = 1,144V

Dla elektrody Pt

NaOH 0,1N E_w = 1,55V + 0,274V = 1,824V
0,01N E_w = 1,45V + 0,274V = 1,724V

H₂SO₄ 0,1N E_w = 0,64V + 0,274V = 0,914V

0,01N E_w = 0,85V + 0,274V = 1,124V

Obliczanie potencjału spoczynkowego E zgodnie z równaniem Nernst'a:




R - stała gazowa równa 8,314 J·K^-1 mol^-1

T - temperatura wyrażona w kelwinach

n - liczba elektronów wymienianych w reakcji połówkowej

F - stała Faradaya równa 96485 C·mol^-1

Dla NaOH:

Stężenie jonów
















Dla H₂SO₄

Stężenie jonów










Obliczanie średniej wartości nadnapięcia wydzielania wodoru dla poszczególnych układów:

E_w = E + η

η = E_w - E

Dla elektrody Cu

NaOH:

η = 1,724V - (-0,769V)

η = 2,493V

H₂SO₄:

η = 0,984V - (-0,059V)

η = 1,043V

Wartość średnia nadnapięcia η dla miedzi wynosi: η_średnia = 1.768V

Dla elektrody Pt

NaOH:

η = 1,824V - (-0,769V)

η = 2,593V

H₂SO₄:

η = 0,914V - (-0,059V)

η = 0,973V

Wartość średnia nadnapięcia η dla platyny wynosi: η_średnia = 1.783V

6. Wnioski:

Obliczona wartość nadnapięcia η dla NaOH jest większa na obu elektrodach niż dla H₂SO₄, co oznacza, że do spoczynkowego potencjału E elektrody Cu i Pt w roztworze NaOH należy dodatkowo przyłożyć większe napięcie (niż w roztworze H₂SO₄), aby uzyskać potencjał wydzielania wodoru E_w.

Wartość nadnapięcia jest zależna od stężenia jonów wodorowych [H⁺].

Średnia wartość nadnapięcia jest większa dla platyny niż dla miedzi.

---