Piotr Jankowiak gr. C 26. 04. 2000 r.

WM sem. IV ( mgr )

Ćwiczenie nr 25.

Temat: Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi.

m₁ - masa katody przed dysocjacją elektrolityczną

m₁ = 80,37 g

m₂ - masa katody po dysocjacji elektrolitycznej

m₂ = 80,82 g

I = 1 A

t = 1200 s

k = 3,75 * 10^-7 kg / C

e = 1,407 * 10^-19 C

Wodne roztwory kwasów, zasad i soli ulegają dysocjacji elektrolitycznej polegające na rozpadzie drobin na jony: dodatnie kationy oraz ujemne aniony. Dodatnimi jonami są metale i wodór, a ujemnymi reszta kwasowa lub grupa wodorotlenowa.

Dysocjacja nie jest całkowita, stąd pojęcie stopnia dysocjacji:

gdzie:

N_d - liczba drobin zdysocjowanych,

N - ogólna liczba drobin w roztworze.

Stopień dysocjacji zależy od wielu czynników (temperatura, stężenie), z których najważniejszą rolę odgrywa względna przenikalność dielektryczna ε_r rozpuszczalnika:

Im większe ε_r, tym wyższy stopień dysocjacji.

Jony pochodzące z dysocjowanych drobin mogą przewodzić prąd elektryczny (prąd konwekcyjny). Stąd też opór elektrolitu jest duży. Poza tym elektrolity zachowują się jak przewodniki.

Ponieważ w elektrolitach występują prądy konwekcyjne towarzyszy im transport masy. Jony oddają swój ładunek elektrodzie lub reagują z elektrodą bądź z roztworem. Ilość wydzielonej masy jest proporcjonalna do ładunku Q, który przepłynął przez elektrolit:

Współczynnik proporcjonalności k nazywamy równoważnikiem elektrochemicznym. Równanie m=kQ nazywamy pierwszym prawem Faradaya.

Oznaczając masę pojedynczego jonu m', jego ładunek e', a ilość wydzielonych jonów przez N' otrzymamy:

Ładunek jonu e'=We jest równy iloczynowi wartościowości i ładunku elementarnego, masa m' jonu jest równa stosunkowi masy atomowej do liczby Avogadra czyli m'=M / N_A, wówczas:

gdzie:

R - równoważnik chemiczny

F - stała Faradaya (F=96591,3 C).

W doświadczeniu przepuszczamy prąd przez szeregowo połączone woltametry, z których jeden jest przystosowany do elektrolizy substancji nie gazowej np. CuSO₄, ZnSO₄, drugi do elektrolitu wydzielającego gazy np. KOH, NaCl. Dysocjacja tych substancji przebiega według schematu:

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

ZnSO₄ → Zn²⁺ + SO₄^2-.

Na katodzie zachodzą wtórne reakcje chemiczne:

Cu²⁺ + 2e^- → Cu⁰

Na anodzie w każdym przypadku zachodzą reakcje wtórne z materiałem elektrody:

SO₄^2- + Zn⁰ → ZnSO₄ + 2e^-

SO₄^2- + Cu⁰ → CuSO₄ + 2e^-.

Przebieg ćwiczenia:

1. Oczyścić papierem ściernym katodę woltametru i zważyć ją (m₁).

2. Połączyć układ według schematu:

12V

+ -

+ -

A K

3. Załączyć układ do źródła prądu stałego. Prąd w obwodzie od 1A do 1,5A, czas 20 min.

4. Wyjąć katodę i zważyć ją (m₂).

Oszacowanie błędów metodą różniczki zupełnej.

5

A

---