Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego wodoru.

A.    Teoria.

Prąd elektryczny, przepływając przez elektrolit, wydziela na elektrodach produkty dyspozycji elektrolitycznej.

Prawo Faraday’a: Masa jonów wydzielana na elektrodzie jest proporcjonalna do natężenia prądu oraz czasu jego przepływu.

m=kIT

k-współczynnik proporcjonalności zwany równoważnikiem elektrochemicznym.

Dyspozycja elektrolityczna – jet to zachodzący w roztworach proces rozpadu cząstek elektroliów na kationy i aniony.

Elektroliza – proces zachodzący na elektronach podczas przepływu stałego prądu elektrycznego przez elektrolit. Pod wpływem pola elektrycznego między elektrodami, kationy dążą do katody, gdzie pobierają elektrony i w postaci zredukowanej wydzielają się, natomiast aniony oddają elektrony na anodzie i wydzielają się w postaci utlenionej.

Drugie prawo Faradaya:

m - masa molowa atomu (jonów)

w - elektrowartościowość jonów

Ilości różnych substancji ulegające reakcji na elektrodach przy przepływie równych ilości elektryczności są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych.

Stała Faraday’a: współczynnik, przez który należy pomnożyc liczbę równoważników chemicznych jonów, aby otrzymać ładunek przenoszony przez te jony.

Elektrolity: substancje, które po rozpuszczeniu w odpowiednim rozpuszczaliku ulegają dysocjacji elektrolitycznej i w skutek tego w stanie ciekłym lub roztworze przewodzą prąd elektryczny.

Pomiary przewodnictwa muszą być wykonywae  dokładnym zachowaniem stałości temperatury, ponieważ zmiana tempertury o 1oC zmienia przewodnictwo elektrolitów średnio o 2-2,5%..

Prawo Ohma.

R – opór przewodnika

U – napięcie

I – natężenie

Prędkości jonów są proporcjonalne do natężenia pola. Prędkości jonów przy jednostkowym natężeniu pola nazywamy ich ruchliwościami bezwzględnymi. Najruchliwszym jonem jest jon wodoru (prędkość około 0,003 cm/s).

Prawo gazów doskonałych.

Prawo Avokadra: jednakowe objętości różnych gazów, znajdujących się pod tym samym ciśnieniem i w tej samej temperaturze, zawierają jednakową liczbę cząstek . Obj. Molowa: V=22,415 l

Prawo Boyle’a: iloczyn ciśnienia i objętości jest wielkością stałą w stałj temperaturze pV=const.

Prawo Gay - Luccasa: wszystkie gazy ogrzewane pod stałym ciśnieniem rozszerzają się zgodnie z zależnością p=Vo(1+at).

Vo – objętość danej masy gazu pod danym ciśnieniem w temperaturze równej 0oC

a - współczynnik rozszerzalności równy 1/237,16.

B.     Doświadczenie.

·         Obliczenia do pomiaru pierwszego.

po = 1008 [hPa] = 100800 [Pa] – ciśnienie normalne.

p1 =( 98800±50 )[Pa] = 98800 [Pa] – ciśnienie atmosferyczne.

p 3 = 26,38 [hPa] = 2638 [Pa] – prężność nasyconej pary wodnej dla 22oC.

r = 1066,9 [kg/m3] – gęstość 10% H2SO4

ro = 0,08987 [kg/m3] – gęstość normalna wodoru.

Ciśnienie hydrostatyczne słupa roztworu

p2 = hrg                                                        h = 0,225 [m]

p2 = 0,225×1066,9×9,8105

p2 = 2355,035 [Pa]

Ciśnienie suchego wodoru.

p = p1 + p2 – p3

p = 98800+2355,035-2638

p = 98517,03 [Pa]

Objętość normalna Vo.

                                                        V = 0,0000165 m3

Masa wydzielanego wodoru.

m = Vor                                                                                                               

m = 0,000016×0,08987                                                                      To = 273 [K]

m = 0,0000014 [kg] = 1,4 [mg]                                                        T = 295 [K]

p = 98800 [Pa]

po = 100800 [Pa]

ro = 0,08987

r = 0,08987

Obliczanie równoważnika elektrochemicznego.

                                                                                    I = 0,25 [A]

                                                                                                  t = 497,1 [s]

k = 0,01126 [mg/As]

Obliczanie stałej Faraday’a:

F=R/k                                                        R=1,008×10-3

F=95100[C/mol]

Obliczanie błędu pomiaru.

                                                                                    r=1066,9[kg/m3]

                                                                                    [Pa]

Dp=70,93[Pa]

Dr=(2,3×10-4)[kg/m3]

                                                                      DV=0,5×10-6[m]

                                          DI=0,01[A]              Dt=0,2[s]

Zestawienie wyników.

p =( 98517,03±70,93) [Pa]                            Dp/p=0,07%

m =(1,4±0,04) [mg]                                          Dm/m=2,8%

k = (0,01126±0,0006) [mg/As]                            Dk/k=4,9%

F=(95100±5300)[C/mol]                                          DF/F=5,2%

Obliczenia dla pomiaru drugiego.

p 3 = 31,58 [hPa] = 3158 [Pa] – prężność nasyconej pary wodnej dla 25oC.

Ciśnienie hydrostatyczne słupa roztworu

p2 = hrg                                                        h = 0,23 [m]

p2 = 0,23×1066,9×9,8105

p2 = 2407 [Pa]

Ciśnienie suchego wodoru.

p = p1 + p2 – p3

p = 98800+2407-3158

p = 98049,36 [Pa]

Objętość normalna Vo.

                                                        V = 0,000017 m3

Masa wydzielanego wodoru.

m = Vor                                                                                                               

m = 0,0000164×0,08786                                                                      r = 0,08786

m = 0,0000014 [kg] = 1,4 [mg]

Obliczanie równoważnika elektrochemicznego.

                                                                                    I = 0,34 [A]

                                                                                                  t = 351,09 [s]

k = 0,011728 [mg/As]

Obliczanie stałej Faraday’a:

F=R/k...