I Pracownia Zakładu Fizyki PL

Nazwisko Staniszewski Paweł i imię							Wydział ZiM 3,5 Grupa
Data 07,12,98 wyk. ćwicz		Numer ćwicz 7.1			Temat Wyznaczanie równoważników elektrochemicznych, metali stałej Faraday`a i ładunku elementarnego.
Zaliczenie		Ocena	Data		Podpis

Zestawienie wyników:

J = 1A

t = 1800s

m₁ = 0,2886 kg

m₂ = 0,2892 kg

Podstawy teoretyczne:

W wodnym roztworze siarczanu miedzi, pod wpływem wody cząsteczki CuSO₄ rozpada się na jony Cu²⁺ i SO₄^2-. Pole elektryczne wytworzone między katodą i anodą powoduje wędrówkę jonów do odpowiednich elektrod. Kationy Cu²⁺ dążą do katody, gdzie ulegają zobojętnieniu i osadzają się w postaci cienkiej warstwy miedzi. zachodzi wtedy reakcja:

Cu⁺² + 2e → Cu

Równocześnie aniony SO^2-₄ dążą do anody. Reszty kwasowe i grupy wodorotlenkowe nie występują w stanie wolnym, reagują więc z materiałem anody lub też cząsteczkami rozpuszczalnika.

Jeśli jednym ze składników materiału anody będzie miedź, wówczas zajdzie reakcja:

SO^2-₄ + Cu → CuSO₄ + 2e

Utworzona w ten sposób cząsteczka CuSO₄ przechodzi do roztworu i ulega znowu dysocjacji. W ten sposób roztwór siarczanu miedzi regeneruje się, na skutek czego stężenie roztworu, mimo osiadania jonów na elektrodach, nie ulega zmianie.

Równoważnik chemiczny wyliczamy z I prawa Faraday`a i jest równy liczbowo masie substancji wydzielonej w procesie elektrolizy na jednej z elektrod podczas przepływu ładunku jednostkowego (q).

Ładunek (q), można wyrazić przez natężenie prądu i czas trwania elektrolizy (q= i * t) , a więc ostatecznie wzór na równoważnik chemiczny ma postać:

Stała Faraday`a ma postać:

gdzie równoważnik chemiczny (R) jest równy ilorazowi masy atomowej (A)przez wartościowość (Z)

Natomiast wartość ładunku elementarnego jest ilorazem stałej Faraday`a (F) przez liczbę Avogadra (N_A)

Wykonanie ćwiczeni:

Schemat połączeń przedstawia rysunek.

Elektrody oczyszczamy odpowiednio papierem ściernym, spłukujemy wodą destylowaną i osuszamy. Następnie do woltametru wstawiamy katodę próbną , wlewamy elektrolit, włączamy wyłącznik W

i opornikiem R_S regulujemy natężenie prądu w obwodzie. Wartość natężenia ustalamy na 1A. Po tych czynnościach wstępnych ważymy elektrodę pomiarową (m₁) i wstawiamy w miejsce elektrody próbnej. Zamykamy obwód włącznikiem W, włączając jednocześnie sekundomierz. Czas trwania elektrolizy 30min (1800s). Po zakończeniu elektrolizy, katodę opłukujemy wodą zakwaszoną kwasem siarkowym, osuszamy i ponownie ważymy (m₂).

Opracowanie wyników:

Równoważnik chemiczny wyliczamy ze wzoru:

Stałą Faraday`a :

a ładunek elementarny wynosi:

Dyskusja błędu metodą różniczkową:

Błąd względny maksymalny wyliczamy logarytmując, a następnie różniczkując równanie
, gdzie ∆m = m₂ - m₁

gdzie

∆(∆m) = 2*10^-5kg

∆m = 0,0006 kg

∆i = (1 * 1,5)A/100 +1,5/75 = 0,015A + 0,02A = 0,035A

∆t = 3 * 0,2s = 0,6s

Błąd względny maksymalny wynosi:

6,86%

Wnioski:

Ćwiczenie nie nastręcza wiele kłopotów w czasie jego wykonania. Duży wpływ na błąd ma niedokładność wagi technicznej ,na której ważono elektrodę, oraz błąd wskazania amperomierza.

4

1

---