Marcin NOWOSIAD 23.05.2001
IBD, LP-8, G-4
Temat ćwiczenia 23: “Sprawdzenie praw elektrolizy Faradaya.”
Zagadnienia do samodzielnego opracowania
1. Przepływ prądu przez elektrolity.
2. Pierwsze i drugie prawo Faradaya.
W ćwiczeniu stosowanym elektrolitem jest wodny roztwór CuSO4. Po zdysocjowaniu tworzą się jony dodatnie Cu+2 i jony ujemne SO4-2. Po wprowadzeniu do elektrolitu CuSO4 elektrod i połączeniu ich ze źródłem napięcia jony ujemne SO4-2 poruszają się z niewielką prędkością w kierunku anody A, jony dodatnie Cu+2 w kierunku katody K. W wyniku tej elektrolizy możemy stwierdzić, że na katodzie osadzi się Cu, na anodzie właściwie reszta kwasowa SO4, lecz grupa SO4 reaguje natychmiast z wodą:
SO4 + H2O = H2SO4 + ½ O2
Rezultat jest taki, że na anodzie wydziela się tlen. Celem ćwiczenia jest, przez zmierzenie wydzielonej masy miedzi na katodzie, wyliczenie współczynnika elekrochemicznego substancji i stałej Faradaya.
Przyrządy:
analityczna waga laboratoryjna, elektrody miedziowe, amperomierz, zasilacz, sekundomierz.
Kolejność czynności:
1. Połączyć obwód według schematu :
2. Sprawdzić poprawność obwodu elektrycznego zamykając na krótki czas. Równocześnie regulować natężenie prądu w obwodzie, tak aby gęstość nie przekraczała 0,5 A/dm2. (Natężenie prądu wyznaczyć w oparciu o powierzchnie elektrody).
3. Wyjąć katodę, oczyścić starannie papierem ściernym, wypłukać wodą. Wyznaczyć masę m1 katody z analitycznej wagi laboratoryjnej.
4. Umieścić ponownie katodę w elektrolicie, włączyć prąd uruchamiając jednocześnie zegar. Utrzymać stałą wartość natężenia prądu przez czas t = 30 minut.
5. Po upływie tego czasu przerwać przepływ prądu. Opłukać katodę wodą, osuszyć i wyznaczyć masę m2 katody. Masę wydzielonej miedzi obliczyć ze wzoru m = m2 - m1. Przekształcając wzór
obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi :
6. Z układu okresowego pierwiastków odczytać masę atomową miedzi mCu, wartościowość miedzi w = 2 i ze wzoru wyrażającego II prawo Faradaya obliczyć stałą Faradaya :
7. Wskazówki do opracowania błędów.
Masę miedzi wydzieloną w procesie elektrolizy wyznacza się ważąc katodę na wadze analitycznej przed zamknięciem obwodu i po przerwaniu elektrolizy. Za błąd jakim obarczona jest wydzielona masa miedzi uważać będziemy sumę błędów popełnionych przy obu ważeniach wynikającą z dokładności wagi. Aby osiągnąć dużą dokładność ważenia należy przed przystąpieniem do pomiarów sprawdzić poziome ustawienie wagi oraz wyznaczyć zerowe położenie wskazówki wagi nie obciążonej. Czas trwania elektrolizy mierzy się sekundomierzem. Ponieważ proces trwa 30 minut pomiar czasu można określić z dokładnością do kilkunastu sekund.
I |
m1 |
t |
m2 |
m |
k |
kk |
F |
FF |
[ m A] |
[g] |
[ s ] |
[g] |
[g] |
[g/mA⋅s] |
[g/mA⋅s] |
[mA⋅s] |
[mA⋅s] |
250 |
61,962 |
1800 |
62,142 |
0,18 |
4⋅10-7 |
4⋅10-7±3,5⋅10-9 |
7,946⋅107 |
7,946⋅107±694968,75 |
Obliczenia :
m = m2 - m1 = 62,142 - 61,962 = 0,18 [ g ]
Błędy pomiarów :
błąd pomiaru masy
m1 = m2 = 0,0002 [ g ]
błąd względny
błąd pomiaru czasu
t = 1 [ s ]
błąd względny
błąd pomiaru prądu
gdzie k - klasa przyrządu pomiarowego
ZP - zakres pomiarowy
błąd względny procentowy
błąd obliczeń równoważnika elektrochemicznego
błąd względny
błąd obliczeń stałej Faradaya
błąd względny
Wnioski :
Celem ćwiczenia było sprawdzenie praw elektrolizy Faradaya. Sprawdzanie tych praw polegało na wyznaczeniu równoważnika elektrochemicznego dla miedzi oraz stałej Faradaya. Równoważnik elektrochemiczny
, stała Faradaya
.