Temat: Badanie elektrolitów.
1 Wstęp teoretyczny
Pierwsze prawo Faradaya stwierdza, że masa m dowolnej substancji wydzielonej na katodzie podczas elektrolizy jest proporcjonalna do całkowitego ładunku elektrycznego Q, jaki płynął przez elektrolit, czyli
m = k * Q lub m = k * I * t
Współczynnik proporcjonalności k nazywa się równoważnikiem elektrochemicznym. Jest on równy masie substancji wydzielonej na katodzie przy przepływie ładunku elektrycznego 1 kulomba.
Drugie prawo Faradaya stwierdza, że równoważniki elektrochemiczne pierwiastków są wprost proporcjonalne do równoważników chemicznych. Równoważnikiem chemicznym danego pierwiastka nazywamy stosunek jego ciężaru atomowego A do wartościowości ω. Drugie prawo Faradaya zapisujemy w postaci
Współczynnik proporcjonalności C jest stałą uniwersalną, której odwrotność , nazywa się stałą Faradaya.
Łącząc wzory otrzymujemy równość, która wyraża oba prawa Faradaya
2 Ćwiczenie 1
Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya.
Użyte przyrządy
- dwie elektrody
- roztwór CuSO4
- zasilacz
- amperomierz magnetoelektryczny kl. 1,5 zakres 3 [A]
Rysunek poglądowy
A - anoda K - katoda m - masa substancji wydzielonej na katodzie F - stała Faradaya A - masa atomowa pier- wiastka lub grupy ω - wartościowość Q - ładunek |
|---|
Ćwiczenie 1 polegało na wyznaczeniu równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya. W tym celu dokładnie oczyszczono elektrody. Wiedząc, że gęstość prądu jest równa 1 A na dm2 obliczono największy dopuszczalny prąd dla danych elektrod.
x = I = 0,63[A]
Dla pewności przyjęto prąd równy 0,6 [A].
Następnie zważono katode w celu wyznaczenia przyrostu jej masy po przeprowadzeniu elektrolizy. Zanurzono obie elektrody w CuSO4 i na 30 min podłączono prąd 0,6 A. Korzystając z następujących wzorów obliczono współczynnik elektrochemiczny i stałą Faradaya:
k - współczynnik elektrochemiczny
m - masa substancji która osadziła się na katodzie [kg]
I - natężenie prądu [A]
t - czas trwania elektrolizy [s]
F - stała Faradaya
C - równoważnik chemiczny
A - masa atomowa pierwiastka lub grupy
ω - wartościowość
Zestawienie wyników
| m | t | I | k | Δk | F | ΔF |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [kg] | [s] | [A] | kg/C | kg/C | [C] | [C] |
| 0,4*10-3 | 1800 | 0,6 | 0,37*10-6 | 0,12*10-6 | 85787 | 27928 |
- niepewność pomiarową Δk obliczono ze wzorów:
Δm = 0,1*10-3 [kg]
ΔI =
Δt = 1 [s]
- niepewność pomiarową ΔF obliczono ze wzorów:
Δm = 0,1*10-3 [kg]
ΔI =
Δt = 1 [s]
4 Wnioski i spostrzeżenia.
Przeprowadzone ćwiczenia pozwoliły z 11% dokładnością (w porównaniu z danymi zaczerpniętymi z tabel) wyznaczyć współczynnik elektrochemiczny i stałą Faradaya. Dokładność tę można by znacznie poprawić używając amperomierza o mniejszym błędzie bezwzględnym, tzn. wyższej klasie lub mniejszym zakresie pomiarowym.