ĆWICZENIE 23

WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA ELEKTROCHEMICZNEGO

MIEDZI ORAZ STAŁEJ FARADAYA

Opis układu pomiarowego

Zestaw pomiarowy wykorzystywany w ćwiczeniu składa się z dwóch części:

ĆWICZENIE 23

•

układu elektrycznego do przeprowadzenia elektrolizy (schemat układu przedstawiony jest na

rysunku) w skład, którego wchodzi: elektrolizer, amperomierz prądu stałego, klucz do
zamykania i przerywania prądu, źródło prądu stałego (zasilacz) oraz rezystor dla regulacji
natężenia prądu w obwodzie,

•

wagi analitycznej pozwalającej ważyć elektrodę, na której wydziela się miedź z dokładnością

do 0,0002 g.

Elektrolizer jest to prostopadłościenne naczynie szklane, w którym elektrodami są płaskie
blachy miedziane. Obie elektrody zanurzone są w roztworze CuSO

4

. Należy uważać, aby

katoda i anoda elektrolizera były odpowiednio połączone z biegunem źródła prądu stałego,
tzn. aby katoda miała potencjał ujemny w stosunku do anody. W przypadku przeciwnego
podłączenia biegunów otrzymujemy nie przyrost, lecz ubytek masy.
W czasie elektrolizy gęstość prądu nie może być zbyt duża (mniejsza niż 1 A/dm

2

). Dla

większej gęstości prądu osadzenie się miedzi byłoby zbyt szybkie i nierównomierne, a
nagromadzona w pewnych miejscach miedź mogłaby się odrywać od katody i spadać do
roztworu.

Przeprowadzenie pomiarów

1. Zaznajomić się z przeznaczeniem przyrządów wchodzących w skład zestawu

pomiarowego. Zmontować obwód elektryczny zgodnie ze schematem na rysunku.

2. Zanurzyć katodę w elektrolicie, wstawiając ją w otwór pokrywy elektrolizera.
3. Ustawić natężenie prądu płynącego w obwodzie o wartości nie większej niż 0,3 A, co

gwarantuje gęstość prądu mniejszą niż 1 A/dm

2

.

4. Przerwać prąd w obwodzie, wyciągnąć elektrodę z elektrolitu, opłukać ją pod kranem

wodą bieżącą, wysuszyć pod promiennikiem, następnie (jeśli zachodzi potrzeba)
wyczyścić papierem ściernym, jeszcze raz wypłukać i wysuszyć, następnie zważyć
elektrodę za pomocą wagi analitycznej (masa m

1

).

5. Wstawić zważoną elektrodę ponownie do elektrolizera i przepuszczać przez

elektrolizer prąd o natężeniu ustawionym poprzednio nie krócej niż pół godziny. Jeżeli
natężenie prądu w czasie trwania elektrolizy ulega wahaniom, należy notować co dwie
minuty wskazania amperomierza.

6. Po zakończeniu elektrolizy wyciągnąć katodę z elektrolitu, delikatnie opłukać wodą,

osuszyć i ponownie zważyć (masa m

2

).

7. Oszacować niepewności maksymalne

m

∆

,

I

∆

,

t

∆

. Przy szacowaniu należy

uwzględnić metodę pomiaru, użyty zestaw aparatury, staranność przeprowadzenia
pomiarów, czułość przyrządów itp. Niepewność maksymalna

m

∆

jest równa

podwójnej dokładności ważenia.

8. Jeżeli w czasie pomiaru natężenie prądu nie uległo zmianie, jako niepewność

maksymalną natężenia prądu

I

∆

przyjąć dokładność odczytu amperomierza. W

przypadku występowania podczas pomiaru wahań wartości natężenia prądu należy
określić średnią wartość

śr

I

ze wskazań przyrządu notowanych co 2 minuty oraz

wyznaczyć niepewność standardową

( )

(

)

(

)

n

n

I

I

I

u

n

i

i

I

1

1

2

−

−

=

=

∑

=

σ

.

ĆWICZENIE 23

Opracowanie wyników pomiarów

1. Obliczyć masę miedzi osadzonej na elektrodzie.
2. Korzystając z wzoru

t

I

k

m

⋅

⋅

=

, gdzie: I – natężenie prądu, t – czas, k – równoważnik

elektrochemiczny - obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi.

3. Na podstawie wzoru

F

R

k

=

wyznaczyć F – stałą Faradaya.

4. W oparciu w wzór

( )

3

x

x

u

∆

=

ze znajomości niepewności maksymalnych

m

∆

,

I

∆

,

t

∆

obliczyć niepewności standardowe dla mierzonych wartości.

5. Wyznaczyć niepewność złożoną względną i bezwzględną dla równoważnika

elektrochemicznego miedzi korzystając ze wzoru:

2

2

2

,

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(













+













+













=

=

t

t

u

I

I

u

m

m

u

k

k

u

k

u

c

r

c

6. Wyznaczyć niepewność złożoną względną i bezwzględną stałej Faradaya. Ponieważ
wartość gramorównoważnika jako tablicowa nie jest obarczona błędem zachodzi równość:

)

(

)

(

,

,

k

u

F

u

r

c

r

c

=

7. Wyznaczyć zgodnie z zależnością

( )

( )

F

u

k

F

U

⋅

=

niepewność rozszerzoną dla pomiaru

stałej Faradaya

F

przyjmując do obliczeń współczynnik rozszerzenia k=2. Sprawdzić

zgodność uzyskanej wartości stałej Faradaya z wartością tabelaryczną.

Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty, wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:

•

wyznaczenie stałej Faradaya;

•

wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi;

zostały osiągnięte.