ĆWICZENIE 23
WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA ELEKTROCHEMICZNEGO
MIEDZI ORAZ STAA
EJ 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, z
ródło prądu stałego (zasilacz) oraz rezystor dla regulacji
natężenia prądu w obwodzie,
" wagi analitycznej pozwalającej ważyć elektrodę, na której wydziela się miedz
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 . Należy uważać, aby
4
katoda i anoda elektrolizera były odpowiednio połączone z biegunem z
ródła 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/dm2). Dla
większej gęstości prądu osadzenie się miedzi byłoby zbyt szybkie i nierównomierne, a
nagromadzona w pewnych miejscach miedz
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/dm2.
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
" m " t
7. Oszacować niepewności maksymalne , " I , . Przy szacowaniu należy
uwzględnić metodę pomiaru, użyty zestaw aparatury, staranność przeprowadzenia
" m
pomiarów, czułość przyrządów itp. Niepewność maksymalna 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
Iśr
określić średnią wartość ze wskazań przyrządu notowanych co 2 minuty oraz
n
2
(Ii - I )
"
wyznaczyć niepewność standardową u = � = i= 1 .
(I )
I
(n - 1) n
ĆWICZENIE 23
Opracowanie wyników pomiarów
1. Obliczyć masę miedzi osadzonej na elektrodzie.
2. Korzystając z wzoru m = k �" I �" t , gdzie: I  natężenie prądu, t  czas, k  równoważnik
elektrochemiczny - obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi.
R
k =
3. Na podstawie wzoru wyznaczyć F  stałą Faradaya.
F
" x
(
" m
4. W oparciu w wzór u x) = ze znajomości niepewności maksymalnych , " I ,
3
" t obliczyć niepewności standardowe dla mierzonych wartości.
5. Wyznaczyć niepewność złożoną względną i bezwzględną dla równoważnika
elektrochemicznego miedzi korzystając ze wzoru:
2 2 2
uc (k) u(m) u(I) u(t)
�ł �ł �ł �ł �ł �ł
uc,r (k) = = + +
�ł �ł �ł �ł �ł �ł
k m I t
�ł łł �ł łł �ł łł
6. Wyznaczyć niepewność złożoną względną i bezwzględną stałej Faradaya. Ponieważ
wartość gramorównoważnika jako tablicowa nie jest obarczona błędem zachodzi równość:
uc,r (F) = uc,r (k)
U(F) = k �" u(F)
7. Wyznaczyć zgodnie z zależnością 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.