IAD 10.10.2007

Laboratorium z fizyki

Sprawozdanie nr 23

Sprawdzanie praw elektrolizy Faraday'a

Ozimek Andrzej

Kurek Michał

L02

I. Wymagania do ćwiczenia

1. Mechanizm przepływu prądu przez elektrolity.

2. Prawa Faraday'a.

1. Wydzielana na elektrodzie masa jest proporcjonalna do ładunku przepuszczonego przez elektrolit

m=kQ=kIt

gdzie I - natężenie prądu płynącego przez elektrolit, t - czas jego przepływu

2. Współczynniki elektrochemiczne poszczególnych pierwiastków są wprost proporcjonalne do ich równoważników chemicznych

gdzie: F- stała Faraday'a = 9,65 * 10 ⁷ C/kmol, µ/w - stosunek masy atomowej pierwiastka do jego wartościowości czyli równoważnik chemiczny.

II. Metodologia wykonania ćwiczenia.

Komplet urządzeń do wykonania ćwiczenia stanowią: szklane naczynie na elektrolit, elektrody miedziane, zasilacz, amperomierz, miernik do pomiaru czasu, waga laboratoryjna.

1. Połączyć obwód według schematu przedstawionego na rysunku

Schemat obwodu pomiarowego

2. Sprawdzić poprawność obwodu elektrycznego zamykając obwód na krótki czas. Jednocześnie wyregulować natężenie prądu w obwodzie tak, by gęstość prądu nie przekraczała
   (j = I/S jest gęstością prądu). Natężenie prądu wyznaczyć w odniesieniu do zanurzonej w elektrolicie powierzchni elektrody).

3. Wyjąć katodę, osuszyć, oczyścić starannie papierem ściernym, przepłukać wodą. Wyznaczyć masę
   katody korzystając z wagi analitycznej.

4. Umieścić ponownie katodę w elektrolicie, włączyć prąd uruchamiając jednocześnie zegar. Utrzymywać stałą wartość natężenia prądu przez czas
   .

5. Po upływie tego czasu przerwać dopływ prądu. Opłukać katodę wodą, osuszyć i wyznaczyć masę
   katody.

6. Wartości zmierzonych wielkości zapisać w tabeli.

I		t		M	k		F
[A ]	[ kg ]	[ s ]	[ kg ]	[ µ ]	[kg/A∙s]	[ kg/A∙s]	[ C/kmol ]	[ C/kmol ]
0,270	0,072391	2400	0,072606	63,54	3,32∙10^-7	3,32∙10^-7 ±5∙10^-9	9,57∙10^7	9,57∙10^7 ±1,4∙10^6

Wymiary płytki: 0,65dm x 0,42dm = 0,273 dm² ,a że są dwie strony to powierzchnia jest równa 2∙0,273 dm²=0,546 dm²

III. Obliczenia

1. Masę wydzielonej miedzi obliczyć ze wzoru
   . Przekształcając wzór
   obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi:

2. Z układu okresowego pierwiastków odczytać masę atomową miedzi
   , wartościowość miedzi
   . Ze wzoru wyrażającego drugie prawo elektrolizy
   obliczyć stałą Faraday'a:
   

3. Niepewność standardową
   wydzielonej masy miedzi obliczyć jako niepewność typu B jako
   Δ/
   , gdzie Δ jest dokładnością pomiaru wagi analitycznej. Niepewność pomiaru natężenia prądu określamy korzystając z dokładności miernika. Podobnie postępujemy z niepewnością pomiaru czasu. Wartości
   ,
   obliczyć jako niepewność złożoną.

4. Obliczam równoważnik chemiczny miedzi ze wzoru:

5. Obliczam stałą Faraday'a

6. Obliczam niepewności pomiarowe

Niepewność wagi analitycznej: Δm′=1 mg=0,001g=0,000001kg

Niepewność pomiaru masy:

Niepewność pomiaru czasu: Δt=1 s

Niepewność pomiaru natężenia prądu:

Niepewność pomiarowa równoważnika elektrochemicznego k:

Niepewność pomiarowa stałej Faraday'a:

Wnioski:

Wartość tablicowa stałej Faraday'a wynosi 9,65∙10⁷ C/kmol. Obliczona przeze mnie wartość wynosi 9,57∙10⁷ ± 1,4∙10⁶ C/kmol i wartość ta mieści się w granicy obliczonego błędu pomiarowego.

---