Zespół 1	Ćwiczenia z chemii fizycznej: „Przepływ prądu przez elektrolity. Wyznaczenie liczb przenoszenia metodą Hittorfa”	6 grudzień 1999
Piotr Czerwiński Tomasz Furtak
Nr ćw: 9	ROK I , GRUPA I	Uwagi:

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z przepływem prądu przez elektrolit oraz wyznaczenie liczb przenoszenia metodą Hittorfa.

2. Zagadnienia teoretyczne:

• Katoda - nazywamy elektrodę na której zachodzi proces redukcji. W przypadku elektrolizy będzie to elektroda ujemna a ogniwa galwanicznego dodatnia.

• Anoda - nazywamy elektrodę na której zachodzi proces utleniania. W przypadku elektrolizy będzie to elektroda dodatnia a ogniwa galwanicznego ujemna.

• Przewodniki drugiego rodzaju - przewodzą one prąd dzięki ruchowi jonów , zwane również przewodnikami jonowymi lub elektrolitami (wodne roztwory soli , kwasów i zasad, stopione sole ).

• Elektroliza - zespół zjawisk jaki zachodzi podczas przepływu prądu przez przewodnik jonowy.

• Elektroda - jest to układ składający się z kontaktującego się ze sobą: przewodnika elektronowego i jonowego.

• Stała Faradaja F = N * e

• Pierwsze prawo Faradaja - masa substancji wydzielonej lub rozpuszczonej na elektrodzie w czasie elektrolizy jest proporcjonalna do ładunku elektrycznego , który przepływa przez elektrodę

• m = k* Q

• gdzie : k=R/F - równoważnik elektrochemiczny

• Drugie prawo Faradaja - taki sam ładunek elektryczny , przepływając przez różne elektrody , powoduje wydzielenie się lub rozpuszczenie substancji w ilościach chemicznie sobie równoważnych , to znaczy masy tych substancji są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych.

• Liczba przenoszeń jonów - jest to stosunek ładunku elektrycznego przenoszonego przez dany rodzaj jonów do sumarycznego ładunku elektrycznego przepływającego przez obwód.

3. Wykonanie ćwiczenia

Czyste naczyńko Hittorfa napełniliśmy 0,45M roztworem HCL. Po zamontowaniu obwodu elektrycznego według schematu przez około 1 godzinę przepuszczaliśmy przez obwód prąd elektryczny.

Po zakończeniu elektrolizy wyjęliśmy katodę z kulometru , umyliśmy ją i zważyliśmy . Roztwór z części katodowej wypuściliśmy i zmierzyliśmy jego objętość . Następnie miareczkowaliśmy go 0,005M roztworem NaOH . Miareczkowaniu poddaliśmy również roztwór z części środkowej naczyńka Hittorfa.

1. Tabela wyników miareczkowania NaOH z 5cm³ elektrolitu

Objętość roztworu części katodowej = 38 cm³

Początkowa masa katody = 12,4620 g

Końcowa masa katody = 12,4996 g

BADANE ROZTWORY	I MIARECZKOWANIE [cm^3]	II MIARECZKOWANIE [cm^3]
Roztwór z części katodowej	44,4	44,3
Roztwór z części środkowej	44,3	44,5

4 . Obliczenia :

Liczba przenoszenia:

Δm =przyrost masy katody kulometru

Δm = 12,4996 - 12,4620 = 0,0376 g

C_śr.cz.kat = [(44,4 + 44,3)*0,5 ] cm³ = 44,35 cm³

C_śr.cz.środ = [(44,3 + 44,5)*0,5 ] cm³ = 44,4 cm³

Część katodowa :

0,04435 dm³ --- x moli NaOH

1 dm³ --- 0,05 moli/dm³ NaOH

x = 0,0022175 mola

NaOH + HCL ⇒ NaCL +H₂ O

1 mol NaOH zobojętnia 1 mol HCL

n_KHCL = n_NaOH = 0,0022175 mola HCL

C_KHCL - stężenie katodowej cz. naczyńka

Część środkowa:

n_NaOH=0,0444 dm³ * 0.05 M =0,00222mola

n_HCL = n_NaOH = 0,00222 mola

ΔC = ΔC_śr - ΔC_kat = 0,444M - 0,4435M = 0,0005M

t_H+ + t_cl^- = 1

t_H+ = 1 - t_cl^- = 1 - 0,016 =0,984

BŁĄD BEWZGLĘDNY

δ_i = x_i - x₀

C_NaOH =0,05M + 0,001M = 0,051M

Cz. katodowa :

n_NaOH = 0,04435 dm³ * 0,051 M = 0,00226185 moli

n_HCL= 0,00226185 moli

C_{HCL =} 0,45237

Cz. środkowa :

n_HCL= 0,0022644 moli

c_{HCL =}0,45288 M

Δc_HCL = 0,00051M

t_H+ =1- t_cl^- = 0,98363

δ_względny = (t_cl^- - c_{NaOH =} 0,051- t_cl^-)/ t_cl^- = 0,022

δ_względny = t_cl^- _{- cNaOH = 0,051}- t_cl^- = 0,0002

Cz. katodowa :

n_NaOH = 0,04435dm³ * (0,050 - 0,001)M = 0,0022mola

c_HCL = 0,044261314

Cz. środkowa :

n_HCL = 0,00221

c_HCL = 0,0443112

Δc_HCL = 0,000499

t_Cl^- = 0,01602

t_H⁺ = 1-0,01602 =0,98398

δ_wzgl.=(t_Cl^-_{,cNaOH=0,0499} - t_Cl^-)/ t_Cl^- = (0,01602 - 0,01605) / 0,01605 = - 0,00165

δ_bezwzględny = -0,00003

W ćwiczeniu mógł również wystąpić błąd miareczkowania i w odczycie objętości zużytego NaOH . Mógł wystąpić również błąd w pipetowaniu.

Wysoka wartość liczby przenoszenia jonów wodorowych jest spowodowany tym że są one bardzo ruchliwe . To z kolei wynika z faktu że jony te są bardzo małe.

(-)Cu| CuSO₄ |Cu (+)

Anoda Cu → Cu²⁺ + 2e

Katoda Cu²⁺ + 2e → Cu

(-)Ag| AgNO₃ |Ag (+)

Anoda Ag → Ag⁺+e

Katoda Ag⁺+e→ Ag

(-)Pt| NaOH |Pt (+)

Anoda 2Cl^-+2e →Cl₂

Katoda 2H₃⁺O + 2e→ 2H₂O + H₂

(-)Pt| NaCl |Pt (+)

Anoda 2Cl^- →Cl₂ + 2e

Katoda Na⁺ + e→ Na

(-)Pt| H₂SO₄ |Pt (+)

Anoda 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e

Katoda 2H₃O⁺ + 2e→ 2H₂O + H₂

(-)Ni| NaOH |Ni (+)

Anoda 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e

Katoda 2H₃O⁺ + 2e→ 2H₂O + H₂

Wnioski :

W wyniku elektrolizy na katodzie osadziła się miedź (więc waga katody wzrosła) . W części katodowej roztworu wydzielił się H₂ , a na części anodowej wydzielił się chlor . Ponieważ wyniki miareczkowań roztworu części środkowej i katodowej były zbliżone , więc świadczy to o dokładności wykonania ćwiczenia .Obliczone (błędy) to również wielkości zbliżone .Liczba przenoszenia jonów dla wodoru jest bardzo wysoka w porównaniu z liczbą przenoszenia jonów dla chloru.

4

---