EAiE		Piotrek Sobczyk Roman PIelka		Rok I		Grupa 7		Zespół 7
Pracownia fizyczna		Temat: Elektroliza						Ćwiczenie nr: 35
Data wyk. 25-03-97	Data oddania 8-04-97		Zwrot do pop.		Data oddania		Data zal.		Ocena

Cel ćwiczenia

Wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya metodą elektrolizy. Zapoznanie się ze sposobem precyzyjnego pomiaru masy na wadze analitycznej.

Wprowadzenie

Charakterystyczną grupę przewodników prądu elektrycznego stanowią elektrolity. Są to przeważnie wodne roztwory zasad, kwasów i soli. Przy rozpuszczaniu kryształu wiązania jonowe pękają i atomy przechodzą do roztworu w postaci jonów poruszających się bezwładnie w roztworze. Jeśli przez roztwór ten przepuścimy prąd elektryczny, to ruch jonów staje się uporządkowany. Kationy zdążają do ujemnej elektrody, aniony do katody. Przepływowi prądu towarzyszy zobojętnianie jonów na elektrodach i wydzielanie się substancji na elektrodach. Proces ten nazywamy elektrolizą.

Aby zobojętnić jeden jon, musi przepłynąć ładunek równy n ładunkom elementarnym. Liczba n jest warościowością związku chemicznego. Na przykład dla siarczanu miedzi n wynosi 2 (związkiem tym będziemy się posługiwać w naszym doświadczeniu).

Liczba wydzielonych na elektrodzie atomów jest równa stosunkowi wartości dostarczonego ładunku do ładunku pojedynczego jonu:

Aby otrzymać masę powstałych atomów trzeba wartość tę podzielić przez liczbę Avogadro N_A i pomnożyć przez masę molową.

Okazuje się, że wydzielona masa jest proporcjonalna do wartości przepływającego prądu oraz czasu:

Współczynnik proporcjonalności k jest stały dla danej substancji i nazywamy go elektrochemicznym równoważnikiem substancji. Rozbijając ostatnią równość otrzymujemy, że współczynnik k jest wprost proporcjonalny do masy molowej substancji a odwrotnie proporcjonalny do wartościowości pierwiastka. Wyrażenie e*N_A w tym wzorze nazywamy stałą Faradaya F=96500 C.

Aparatura

Wykonanie ćwiczenia

1. Przygotowanie pomiarów:

1. Wszystkie elektrody oczyścić papierem ściernym, wypłukać i osuszyć

2. Zważyć na wadze szalkowej, a następnie na analitycznej katodę i obie anody

3. Połączyć zgodnie z rysunkiem obwód elektryczny

2. Przeprowadzenie elektrolizy

1. włączyć prąd i uruchomić stoper

2. utrzymywać stałe natężenie prądu 0,5A lub jeśli jest to niemożliwe, zapisywać jego zmiany

3. przerwać elektrolizę po 1/2h, wyjąć elektrody, przemyć, osuszyć, a następnie je zważyć

Opracowanie wyników

1. Uzyskane wyniki:

Masa katody przed elektrolizą: 79,9693g

Masa anod przed elektrolizą: 175,0475g

Masa katody po elektrolizie: 80,2839g

Masa anod po elektrolizie: 174,7322g

Przyrost masy na katodzie: 0,3146g

Ubytek masy na anodach: 0,3153g

Wartość średnia: 0,3150g

Wartość natężenia prądu:

2. Na podstawie zależności

m=k I t

możemy obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi:

.

K=315mg / (0,54 A / 1800s) = 0,324 [mg/C]

3. Stałą Faradaya można policzyć korzystając z zależności:

Masa molowa miedzi - 63,5g/mol

Wartościowość Cu - 2

Na podstawie tych samych wzorów można obliczyć wartość ładunku elementarnego:

e=F/N_A=97993C/6,022*10²³mol^-1=1,63*10^-19C

4. Wartość błędu przy obliczaniu współczynnika k:

5. Jak widać, metoda pomiaru jest dość dokładna. O ile waga analityczna waży z dokładnością 0,1mg, to nie wiemy jaki jest błąd pochodzący z różnicy zmian masy katody i anod (bilans powinien być zerowy). Różnica ta pochodzi prawdopodobnie z nieznacznego ubytku masy elektrod podczas płukania.

1

---