Sprawozdanie z ćwiczenia 2
Wyznaczanie liczby przenoszenia metodą Hittorfa.
DOKOŃCZENIE
Wykonanie doświadczenia
Pomiar wykonałyśmy kulometrem miedziowym przy natężeniu prądu około 50 mA. Kulometr składa się z naczynia przykrytego pokrywą, z umocowanymi w niej elektrodami miedziowymi : pierścieniową anodą i katodą, którą można wyjmować.
Przepuszczając przez kulometr prąd przez czas około 15 min. pokryłyśmy wstępnie katodę miedzią. Po wyłączeniu prądu wyjęłyśmy katodę, spłukałyśmy wodą destylowaną i etanolem, wysuszyłyśmy i zważyłyśmy.
Kolejnym etapem naszego doświadczenia było przeprowadzenie elektrolizy. Roztworem, dla którego wyznaczałyśmy liczby przenoszenia był kwas siarkowy o stężeniu 1 N.
Przed wykonaniem elektrolizy oznaczyłyśmy miano kwasu siarkowego miareczkując go 0,1M roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny.
Układ pomiarowy do wyznaczania liczb przenoszenia metodą Hittorfa
1-źródło prądu
2-opornica suwakowa
3-miliamperomierz
4-wyłącznik
5-naczynie pomiarowe
6-kulometr miedziowy
Opracowanie wyników pomiarów
Znając przyrost masy katody podczas elektrolizy badanego roztworu kwasu siarkowego (VI),
Obliczyłyśmy ilość ładunku, który przepłynął przez roztwór, korzystając z zależności:
m2 - m1
Q = ----------------- * F
31,77
m1- masa katody przed elektrolizą -25.949g
m2- masa katody po elektrolizie -25990g
25,990-25.949
Q = ---------------------- * 96500 = 124.536C
31,77
Oznaczenie miana H2SO4:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2 SO4 + 2 H2O
n = C * V
n = 0,1 * 0,01 = 0,001 mola NaOH
1 - 2
x - 0,001
stąd x= 0,0005 mola H2SO4
C = n / V
C = 0,0005 / 0,010 = 0,05 M
Czyli n= 0,05 * 0,080
n1 = 0,004 - ilość moli H2SO4 przed elektrolizą
Obliczyłyśmy ilość moli H2SO4 po elektrolizie na katodzie i anodzie.
Anoda
NaOH C = 0,1 M
V = 10.1cm
n= 0,1 * 0,01 = 0,00101 mola NaOH
1 - 2
x - 0,00101
stąd x= 0,000505 mola H2SO4
C = n / V
C= 0,000505/ 0,010 = 0,0505 M
Czyli n= 0,0505 * 0,080
nA = 0,00404 mola H2SO4 na anodzie
Katoda
Na OH C= 0,1 M
V = 9,5 ccm
n= 0,1 * 0,0095 = 0,00095 mola NaOH
1 - 2
x - 0,00095
stąd x= 0,000475 mola H2SO4
C = n / V
C= 0,000475 / 0,0095 = 0,05 M
Czyli n=0,05 * 0,080 = 0,004 mola
nK = 0,004 mola HsSO4
Δ nA = 0,00404 - 0, 00388 = 0,00016 mola
Δ nK = 0,004 - 0,00388 = 0,00012 mola
Zmiany, jakie zaszły podczas elektrolizy w przestrzeniach przyelektrodowych można przedstawić w taki oto sposób :
Anoda Katoda
˝ H2O = Ľ O2 + H+ + e H+ + e = ˝ H2
Efekt migracji
- t+ gR H+ + t+ gR H+
+ t- gR SO42- - t- gR SO42-
Efekt elektrolizy
+ 1 gR H+ - t+ gR H+ = t- gR H+ - 1 gR H+ + + t+ gR H+ = - t+ gR H+
t- gR SO42- - t- gRSO42-
Sumarycznie:
t- gR H+ + t- gR SO42- = t- gR H2SO4 - t+ gR H+ - t- gR SO42- = - t- gRH2SO4
F 96500
t- = Δ nA * _ = 0,00016 * __ = 0,113
Q 136,68
+ t+ = 1
t+ = 1- t-
t+ = 1- 0,113= 0,887
Z danych literaturowych wynika, iż liczba przenoszenia anionów roztworu kwasu siarkowego (VI) wynosi 0,172.
Zatem błąd pomiaru liczby przenoszenia metodą Hittorfa wynosi:
0,172 - 100%
0,113 - x
stąd x = 65.7
Δ%= 100-65.7=34.3%
Wyznaczyłyśmy błąd pomiaru kulometrycznego.
Ilość ładunku, który przepłynął przez układ można wyliczyć z zależności :
Q = I * t
I = 50 mA = 0,05 A
t = 40 min = 2400 s
Q = 0,05 * 2400 = 120 C
Natomiast obliczony wcześniej ładunek wynosi 124.536C,
Stąd porównując oba wyniki otrzymujemy błąd pomiaru:
120 - 100%
124.536- x
x=103.78
Δ% =103.78- 100 = 3.78%
Analizując otrzymane wyniki pomiaru kulometrycznego i wyznaczania liczb przenoszenia widać, iż odbiegają one od wartości literaturowych. Na dokładność pomiarów mógł wpłynąć błąd podczas miareczkowania - niedokładne oznaczenie miana kwasu siarkowego (VI) w wyniku niedokładnego oznaczenia zużytego roztworu NaOH oraz niedokładne oznaczenie zużytego NaOH w miareczkowaniu po elektrolizie.
Na dokładność pomiarów mogło też wpłynąć to, iż warstwa miedzi osadzona na katodzie mogła ulec uszkodzeniu lub utlenieniu, co doprowadziło do błędnego określenia przyrostu masy katody.
Wahania napięcia prądu w sieci mogły również spowodować błąd pomiaru, gdyż w czasie 40 min. miliamperomierz nie wskazywał stałej wartości 50 mA.