Celem mojego ćwiczenia jest wyznaczenie równoważnika chemicznego za pomocą elektrolizy, jak i również zapoznanie się ze zjawiskami zachodzącymi podczas przepływu prądu przez elektrolity.

Całość zjawisk zachodzących przy przepływie prądu elektrycznego przez elektrolity nazywamy elektrolizą.

Elektrolizę opisują ilościowo prawa Faradaya.

I prawo elektrolizy Faraday'a 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.

II prawo elektrolizy Faraday'a 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.

Przepływ takiego samego ładunku przez dwa elektrolity powoduje wydzielanie się na elektrodach substancji, których masy są wprost proporcjonalne do ich równoważników chemicznych:

Wyznaczanie równoważnika chemicznego miedzi.

Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystujemy dwa woltametry połączone szeregowo-miedziowy oraz wodorotlenowy.

W woltametrze miedziowym elektrody miedziane zanurzone są w roztworze CuSO₄ , a woltametr wodorotlenowy zbudowany jest z wanny z roztworem kwasu siarkowego oraz dwóch kalibrowanych cylindrów, całkowicie napełnionych tym samym roztworem H₂SO_4, i umieszczonych do góry dnem w wannie. Do cylindrów doprowadzone są dwie elektrody niklowe. W czasie elektrolizy na katodzie woltametru miedziowego osadza się miedź, natomiast na katodzie woltametru wodorotlenowego wydziela się wodór, który zbiera się w cylindrze na roztworem. Na anodzie woltametru wodorotlenowego wydziela się tlen, który również zbiera się w cylindrze.

Aby wyznaczyć równoważnik chemiczny miedzi
trzeba znać masę wydzielonej miedzi
i masę wydzielonego wodoru

R
- równoważnik chemiczny wodoru - 1,008g;

Masę wodoru liczymy z iloczynu objętości wodoru i jego gęstości mierzonych w warunkach normalnych, czyli T_o=273,15K i p_o=101,3 kPa

Objętość
wyznaczamy z równania stanu gazu doskonałego:

gdzie:

T, V, p - temperatura równa temperaturze pokojowej, objętość wydzielonego doświadczlnie wodoru (odczytujemy na cylindrze z wodorem) i ciśnienie cząstkowe wodoru

W cylindrze oprócz wodoru znajduje się również nasycona para wodna, która wywiera ciśnienie cząstkowe. Zgodnie z prawem Daltona ciśnienie całkowite nad roztworem jest równe sumie ciśnień p i p_n . Suma tych ciśnień i ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy o wysokości h jest równoważona przez ciśnienie atmosferyczne p_a

gdzie: q-gęstość elektrolitu; g- przyspieszenie ziemskie równe 9,81; p_n-ciśnienie odczytane z tabeli; p_a-ciśnienie atmosferyczne = 101,3 kPa.

Ciśnienie wodoru liczymy, więc ze wzoru:

Za gęstość elektrolitu przyjmujemy gęstość wody, ponieważ stężenie kwasu siarkowego jest bardzo małe.

PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA:

- czyszczę dokładnie papierem ściernym obie powierzchnie katody miedzianej, spłukuję strumieniem wody i suszę suszarką elektryczną

- następnie ważę katodę z dokładnością 10mg

- napełniam cylindry całkowicie roztworem kwasu siarkowego, odwracam do góry dnem i wkładam do wanny (wypełnionej takim samym elektrolitem) tak, aby nie dostały się do cylindra pęcherzyki powietrza

- do każdego cylindra wsuwam elektrodę i mocuję do obudowy

- łącze obwód i włączam z zasilacz prądu stałego

- po wydzielenie się około 100cm3 wodoru wyłączam napięcie

- odczytuję objętość wydzielonego wodoru i mierze wysokość słupka elektrolitu względem poziomu cieczy w wannie

- wyjmuję katodę miedzianą, ostrożnie spłukuję wodą, suszę a następnie ważę

- obliczam masę wydzielonej miedzi, masę wydzielonego wodoru oraz wartość równoważnika chemicznego miedzi.

OBLICZENIA:

1. Masa elektrody przed doświadczeniem: m₁ = 176,55g

2. Masa elektrody po doświadczeniu: m₂ = 176,83g

3. Masa wydzielonej miedzi: m_Cu = m₁ - m₂ = 0,28g

4. Objętość wydzielonego wodoru: V= 100 cm³

5. Temperatura wydzielonego wodoru (pokojowa): T = 297 K

6. Ciśnienie nasyconej pary wodnej w temp. T: p_n = 2,99 kPa

7. Ciśnienie atmosferyczne: p_a = 97,90 kPa

8. Wysokość słupka elektrolitu: h = 48 mm = 4,8 cm = 0,048m

9. Ciśnienie wydzielonego wodoru: p_h = p_a - p_n - qgh

p_{h =}

10. Gęstość wodoru w warunkach normalnych: d₀ = 0.090

11. Objętość wydzielonego wodoru w war. normalnych: V₀

→

12. Masa wydzielonego wodoru:

13. Równoważnik chemiczny wodoru: R_H=1,008 g

14.Obliczony równoważnik chemiczny miedzi:

15. Wartość tablicowa R dla miedzi: R_tab = 31,8g

16. Błąd bezwzględny wzgl. wartości tablicowej:

17. Błąd względny wzgl. Wartości tablicowej:

18. Błąd względny z rachunku błędów:

Dane:

V = 1 cm³

T = 1K

p_a = 0,5kPa

h = 1cm = 0,01m

m_Cu = 20 mg = 0,02g

WNIOSKI:

Wartość równoważnika chemicznego miedzi zależy bezpośrednio od jej wydzielonej masy, masy wydzielonego wodoru a także od równoważnika chemicznego wodoru.

Wraz ze wzrostem masy miedzi rośnie jej wartość równoważnika chemicznego.

Natomiast, podczas gdy maleje masa wydzielonego wodoru, maleje także równoważnik chemiczny 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.

4

---