Ćwiczenie 47

Celem doświadczenia jest wyznaczenie równoważnika chemicznego miedzi za pomocą elektrolizy. Całość zjawisk zachodzących przy przepływie prądu elektrycznego przez elektrolity nazywamy elektrolizą. Elektrolizę opisują ilościowo prawa Faradaya.

Pierwsze prawo elektrolizy stwierdza, że masa substancji wydzielającej się na elektrodzie podczas elektrolizy jest proporcjonalna do ładunku elektrycznego q, który przepłynął przez elektrolit:

Ponieważ q=It, masa m jest proporcjonalna do natężenia prądu I i czasu jego przepływu t:

gdzie k jest równoważnikiem elektrochemicznym.

Drugie prawo elektrolizy mówi, że równoważniki elektrochemiczne pierwiastków wydzielających się na elektrodach podczas elektrolizy są wprost proporcjonalne do ich równoważników chemicznych R:

gdzie F jest stałą uniwersalną zwaną stałą Faradaya, F=96500 C/mol

Rownoważnik chemiczny lub inaczej gramorównoważnik, jest to liczba gramów pierwiastka równa stosunkowi jego masy atomowej A do wartościowości w.

Z wyżej podanych wzorów wynika, że przepływ takiego samego ładunku przez dwa elektrolity powoduje wydzielanie się na elektrodach substancji, których masy są wprost proporcjonalne do ich równoważników chemicznych:

Wykonanie ćwiczenia:

Na początku oczyściłem papierem ściernym obie powierzchnie katody miedzianej, spłukałem wodą i wysuszyłem suszarką elektryczną. Zważyłem katodę z dokładnością do 10mg. Oba cylindry napełniłem roztworem kwasu siarkowego i włożyłem do wanny wypełnionej takim samym elektrolitem. Do każdego cylindra wsunąłem elektrodę. Połączyłem obwód wg poniższego rysunku:

Włączyłem zasilacz prądu stałego i ustawiłem taką wartość napięcia, aby intensywność elektrolizy była umiarkowana (8-10V). Po wydzieleniu się około 100 wodoru wyłączyłem napięcie.

Odczytałem objętość wydzielonego wodoru i zmierzyłem wysokość słupka elektrolitu względem poziomy cieczy w wannie. Wyjąłem miedzianą katodę, spłukałem wodą i po wysuszeniu zważyłem. Następnie obliczyłem masę wydzielonej miedzi i wodoru a potem wyznaczyłem wartość równoważnika chemicznego miedzi.

OBLICZENIA:

Masa elektrody przed doświadczeniem		[g]	221,5
Masa elekrtody po doświadczeniu		[g]	221,8
Objętość wydzielonego wodoru	V	[cm3]	105
Temp.wydzielonego wodoru (pokojowa)	T	[K]	296
Ciśnienie nasyconej pary wodnej w temp. T		[kPa]	2,81
Ciśnienie atmosferyczne		[kPa]	100,76
Wysokość słupka elektrolitu	h	[mm]	24
Gęstość wodoru w warunkach normalnych		[Kg/m3]	0,090
Równoważnik chemiczny wodoru		[g]	1,008

Obliczam ciśnienie cząstkowe wodoru p:

g- przyspieszenie ziemskie

q- gęstość elektrolitu (gęstość wody)

Obliczam objętość wydzielonego wodoru w warunkach normalnych :

objętość wodoru w warunkach normalnych

Obliczam masę wydzielonego wodoru:

Obliczam równoważnik chemiczny miedzi:

masa wydzielonej miedzi

Rachunek błędów:

T=296K

szacuję biorąc pod uwagę dokładność bezpośrednich pomiarów odpowiednich wielkości

,

Wnioski:

Wartość równoważnika chemicznego miedzi zależy bezbośrednio od jej wydzielonej masy, masy wydzielonego wodoru a także od równoważnika chemicznego wodoru. Wraz ze wzrostem masy miedzi rośnie jej wartość równoważnika chem.. Natomiast podczas gdy maleje masa wydzielonego wodoru, maleje także równoważnik chem. miedzi. Istotną wielkością jest ciśnienie cząstkowe wodoru od, którego zależy jego objętość w warunkach normalnych. Wraz ze wzrostem tego ciśnienia, rośnie objętość wodoru a co za tym idzie zwiększa się także jego masa. Drugim czynnikiem kształtującym objętość wodoru jest temperatura, która zwiększając się powoduje zmniejszenie objętości wodoru doprowadzając do zmniejszenia jego masy.

---