Ćwiczenie 11
Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego
wodoru i miedzi
1. Wprowadzenie
Substancje o wiązaniu jonowym (niektóre kwasy, zasady i sole) rozpuszczane w cieczy o dużej stałej dielektrycznej (np. w wodzie, o εr = 81) ulegają rozpadowi na jony, czyli dysocjacji elektrolitycznej. Roztwory takie nazywamy elektrolitami.
Rozpad cząstek obojętnych na jony pod wpływem wody następuje w wyniku osłabienia kulombowskich sił wiązania, danych wzorem :
. (1)
W elektrolitach równolegle do dysocjacji przebiega proces rekombinacji jonów. W wyniku tych procesów ustala się równowaga dynamiczna pomiędzy liczbą cząstek rozpadających się i powstających. W roztworze istnieje zatem pewien stopień dysocjacji α , określony jako stosunek liczby cząstek zdysocjowanych n, do ogólnej liczby cząstek n0 zawartych w jednostce objętości :
. (2)
Przykładami dysocjacji elektrolitycznej może być dysocjacja cząsteczek
kwasu siarkowego:
H2O
H2 SO4 2H+ + SO4- - ,
siarczanu miedzi :
H2O
Cu SO4 Cu++ + SO4 - - . (3)
Przewodnictwo elektryczne elektrolitów polega na ruchu jonów dodatnich
(kationów) ku elektrodzie ujemnej (katodzie), a jonów ujemnych (anionów) ku elektrodzie dodatniej (anodzie). Ładunki jonów po dojściu do anody i katody ulegają zobojętnieniu i na elektrodach wydzielają się pierwiastki w czystej chemicznie postaci, bądź wchodzą w reakcje z atomami elektrod lub innymi atomami otoczenia. Przewodnictwo elektryczne elektrolitów rośnie ze wzrostem temperatury (przeciwnie niż w metalach), ponieważ rośnie stopień dysocjacji i ruchliwości jonów.
Przepływ prądu przez elektrolity i towarzyszące mu reakcje chemiczne określa się mianem elektrolizy.
Wspomniane już wydzielanie się substancji chemicznych na elektrodach podlega prawom Faraday'a . Pierwsze z nich mówi, że masa substancji wydzielonej na każdej z elektrod jest proporcjonalna do wartości ładunku przeniesionego przez elektrolit:
m = k⋅ Q = k⋅ I⋅ τ , (4)
gdzie: k to równoważnik elektrochemiczny, Q - ładunek elektryczny (Q = I τ ),
I - natężenie prądu, τ - czas elektrolizy. Równoważnik elektrochemiczny k jest równy liczbowo masie substancji wydzielonej przy przepływie przez elektrolit ładunku 1 C.
Drugie prawo elektrolizy Faraday'a podaje, że masy substancji wydzielonych na różnych elektrodach przy przepływie tego samego ładunku, są proporcjonalne do odpowiednich równoważników chemicznych tych substancji :
, (5)
gdzie: R = A/z to równoważnik chemiczny substancji, A - masa atomowa
substancji , z - wartościowość jonów .
Z równań (4) i (5) wynika , że stosunek równoważnika chemicznego do elektrochemicznego jest wielkością stałą:
, (6)
gdzie: F = 96500 C jest stałą Faraday'a .
Przepływ takiego ładunku przez elektrolit powoduje wydzielenie 1 równoważnika chemicznego substancji.
Stałą Faraday'a można również zapisać jako iloczyn ładunku jonu (qj = z⋅e) i liczby Avogadra NA :
Rys.1. Schemat układu pomiarowego z
woltametrem
F = z⋅ e⋅ NA . (7)
2. Metoda pomiaru
2.1. Wyznaczania równoważnika
elektrochemicznego wodoru
Do tego celu często używamy woltametru wodnego. Są to trzy szklane naczynia połączone ze sobą (rys.1). 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 (0,2÷1,0 A). Woltametr wypełniony jest 10% roztworem kwasu siarkowego (H2SO4). 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.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA ELEKTROCHEMICZ, LABORATORIUM Z PRZETWORNIK˙W
Cw 25 - Wyznaczenie rownowaznika elektrochemicznego miedzi, AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA W BYDGOSZCZ
Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi, laboratorium fizyczne, Laboratorium semestr 2 RÓ
Wyznaczanie równoważników elektrochemicznych metali, stałej?raday’a i ładunku elementarnego
wyznaczanie rownowaznika elektrochemicznego miedzi
wyznaczanie rownowaznika elektrochemicznego wodoru i miedzi, Inżynieria Środowiska PK, Semestr 1, Fi
Wyznaczanie równoważników elektrochemicznych, metali stałej?raday`a i ładunku elementarnego
sprawozdanie? Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi i stałej?radaya
Elek- Wyznaczanie równoważnika elektrochemicz miedzi i sta(2, Sprawozdania - Fizyka
Wyznaczanie równoważników elektrochemicznych metali, stałej?raday’a i ładunku elementarnego (2)
Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi i stałej?radaya na podstawie elektrolizy CuSO4x
24.WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA ELEKTROCHEMICZNEGO MIEDZI ORAZ STAŁEJ FARADAYA., Fizyka
wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz st
Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi i stałej?radaya na podstawie elektrolizy CuSO4
23 Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya
więcej podobnych podstron