Zespół 6	Imię i nazwisko: Kozub Szymon	Wydział Fizyki, Matematyki i Informatyki Stosowanej Gr. 11, semestr 11/12
Nr ćw. 11	Temat ćwiczenia Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego wodoru.	Data	Ocena	Podpis
				22. I. 2012r

1. Wprowadzenie

Elektrolitem nazywamy przewodnik elektryczny zawierający ruchome jony - są nimi roztwory (najczęściej wodne) soli, kwasów i zasad oraz roztopione kryształy jonowe np. sól kuchenna. Elektrolizą nazywamy proces przepływu prądu przez elektrolit wraz z towarzyszącymi reakcjami chemicznymi - rozkładem kwasów, soli i zasad na składowe związki chemiczne - substancje te wydzielają się na elektrodach.

Prąd elektryczny, przepływając przez elektrolit, wydziela na elektrodach produkty dysocjacji elektrolitycznej . I prawo Faraday`a mówi, że masa jonów m wydzielona na elektrodzie jest proporcjonalna do przepływającego ładunku :

gdzie stałym współczynnikiem proporcjonalności jest k - równoważnik elektrochemiczny . Jest on liczbowo równy masie substancji wydzielonej przy przepływie przez elektrolit ładunku 1C.

II Prawo Faraday`a mówi z kolei, że masy substancji wydzielonych na elektrodach przy przepływie tego samego ładunku są proporcjonalne do odpowiednich równoważników chemicznych

równoważnikiem chemicznym nazywamy iloczyn masy atomowej substancji i wartościowości jonu.

(3)

Jako stałą Faraday`a definiujemy stosunek równoważnika chemicznego do równoważnika elektrochemicznego danej substancji:

(4)

Przepływ ładunku o takiej wartości przez elektrolit powoduje wydzielenie 1 równoważnika chemicznego substancji.

Stałą Faraday`a można również wyrazić wzorem:

(5)

gdzie q_j - ładunek jonu , N_A - liczba Avogadra

Rys.l. Schemat układu pomiarowego z woltametrem

2. Metoda pomiaru i obliczenia

Wyznaczania równoważnika elektrochemicznego wodoru, stałej Faraday`a i ładunku jonu wodorowego

Do tego celu używamy woltametru wodnego. Są to trzy szklane naczynia połączone ze sobą (rys.l). W dwóch biuretach, zaopa­trzonych w szczelne korki, zbierają się gazowe produkty elektrolizy. Pla­tynowe płytki, zamocowane w gu­mowych korkach zamykających od dołu biurety, służą jako elektrody. Środkowa rurka, zakończona otwartą bańką, służy do zbierania wypieranej cieczy i daje możliwość pomiaru ci­śnienia hydrostatycznego wywiera­nego przez elektrolit na gazy.

Woltametr zasilany jest z zasila­cza prądu stałego (12 V) poprzez re­gulowany opornik R, służący do ustalania stałej wartości prądu (pomiędzy 0,2 a 1,0 A). Woltametr wypełniony jest 10% roztworem kwasu siarkowego (H₂ SO₄ ). Podczas elektrolizy na elektrodzie do­datniej wydziela się tlen, a na ujemnej wodór. Możemy jednak wyznaczyć tyl­ko równoważnik elektrochemiczny wodoru, ponieważ tlen w znacznym stopniu rozpuszcza się w roztworze.

• wartość równoważnika elektrochemicznego wyznaczamy dla 3 różnych natężeń prądów zgodnie ze wzorem :

masa wodoru znajdująca się we wzorze (1) wyliczana jest z równania stanu gazu i zależności m=ρV:

Ciśnienie suchego wodoru obliczamy jako sumę ciśnienia atmosferycznego p_1­,ciśnienia hydrostatycznego p₂=ρ_rhg pomniejszoną o ciśnienie p₃ nasyconej pary wodnej w biurecie przy danej temperaturze.

• z tablic odczytano :

gęstość roztworu (ρr):	1,0669*10^3	kg/m^3
gęstość wodoru (ρ0):	0,08987	kg/m^3
ciśn . normalne p0	1013	hPa
temp. normalna T0	273,16	K
g	9,81	m/s^2

a dla obliczenia stałej Faraday`a(wg. wzoru 6) i ład jonu wodorowego (ze wzoru 7) dodatkowo:

wartościowość jonów z :	1
masa atomowa substancji A:	1,008*10^-3	kg/mol
liczba Avogadra NA	6,02*10^23	mol^-1

OTO OTRZYMANE WYNIKI - obliczenia dla 1 pomiaru:

LP:	I[A]	t[s]	h1[m.]	h2[m.]	h[m]	p3[hPa]	p2=qrhg[Pa]	p1[hPa]	p=p1+p2-p3[Pa]	T[K]	V[cm^3]	k[kg/As]	F[C/mol]	e[C]:
1	0,20	831	0,334	0,593	0,259	26,38	281,1869	976	1230,807	295,16	20	0,9651*10^-8

t - czas elektrolizy

I - natężenie prądu

h₁,h₂,h - wysokości (zgodnie z rys.1)

V - objętość wydzielonego wodoru

T - temperatura roztworu

czyli wyznaczone k:

wartość tablicowa:

OBLICZENIA dla 1-go pomiaru:

więc:

ostatecznie:

STAŁA FARADAY`A:

z = 1

A = 1,008*10^-3 kg/mol

co daje po podstawieniu do wzoru na stałą Faraday`a:

ŁADUNEK JONU WODOROWEGO:

N_A = 6,02*10²³ mol^-1

5