Как найти электрохимический эквивалент меди

Спрятать решение

Источник: Гельф­гат И. М. Сбор­ник задач по фи­зи­ке для 10 клас­са, Х.: «Гим­на­зия», 2001 (№ 14.27)

бюджетное
профессиональное образовательное учреждение Вологодской области «Череповецкий
металлургический колледж имени академика И.П. Бардина»

                                                                                                  
Для всех специальностей

Определение электрохимического эквивалента меди

Методические рекомендации и лабораторная работа по дисциплине «Физика» для
студентов I курса

Разработчик  Изотова
Е.А.,

преподаватель
колледжа

Череповец

2017

Определение электрохимического эквивалента меди. Методические рекомендации и лабораторная
работа  по дисциплине «Физика» для студентов I курса. /Разработчик
Изотова Е.А./ — Череповец: БПОУ ВО «ЧМК» Череповецкий
металлургический колледж, 2017. — 8 с.

РАССМОТРЕНО:

на заседании цикловой комиссии

«Математические и
естественнонаучные дисциплины»

«   »               2017
г., протокол №

председатель ПЦК

__________________
И.А.Масыгина

(подпись)

Содержание

1	Цель работы ………………………………………………………………….	4
2	Средства обучения …………….…………………………………………….	4
3	Теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению лабораторной работы ………………………………………………………..	4
4	Задание ………………………………………………………………………	5
5	Ход выполнения лабораторной работы ……………………………………	6
6	Контрольные вопросы ………………………………………………………	7
7	Рекомендации по оформлению отчета по лабораторной работе …………	7
	Литература ……………………………………………………………………	8

Лабораторная работа

Определение электрохимического эквивалента меди

1 Цель работы

   Определить
электрохимический эквивалент меди при проведении электролиза раствора сульфата
меди.

2  Средства обучения

2.1 Лабораторное
оборудование: источник
постоянного тока, электролитическая ванна, раствор сульфата меди, медные
электроды, наждачная бумага, ключ, амперметр, соединительные провода,  реостат.

 2.2  Методические
рекомендации по выполнению лабораторной работы.                  

3 Теоретические сведения и методические рекомендации  по выполнению лабораторной работы

    Электролиты это вещества,
растворы или расплавы которых проводят электрический
ток. К электролитам относятся кислоты, основания и соли.  Электролиз – это физико-химический окислительно-восстановительный
процесс, протекающий в растворах или расплавах электролитов под  действием
электрического тока,  заключающийся в выделении на электродах составных
частей растворённых веществ или других веществ — продуктов вторичных реакций на
электродах. Процесс на катоде K(-): катион принимает электроны и
восстанавливается. Процесс на аноде A(+):  анион отдает электроны и
окисляется.       Примером электролиза растворов может служить электролиз медного
купороса (рисунок 1), молекулы которого подвергаются электролитической диссоциации:

Рисунок 1-Электролиз
раствора сульфата меди.

    Электролитическая диссоциация — 
это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

    Количественно электролиз описывается законами Фарадея:

1.                
Масса
выделяющегося на электроде вещества пропорциональна количеству электричества,
протекающего через раствор:

                                                                                                               (1)

где 
k-электрохимический
эквивалент, , I— сила тока, протекающего
через раствор, А,  t— время электролиза (с), q— количество электричества, Кл.

2.                
Для выделения
на электроде 1 эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и то же
количество электричества, равное числу
Фарадея: F
=N_A^.e= 96500 Кл /моль.

                                                        ,                                                                     (2)

      где  k-электрохимический
эквивалент, кг/Кл, М — молярная масса, кг/моль, n— валентность, F— число
Фарадея Кл/моль,  – химический эквивалент, кг/моль.

     Физический
смысл k

    Электрохимический
эквивалент численно равен отношению массы иона к  его заряду.

     Электролиз
применяется в электрометаллургии для получения редких металлов, для
очистки металлов от примесей, в гальваностегии — покрытие одного металла тонким
слоем другого, в гальванопластике — получение копий рельефных деталей, в
медицине – электрофорез.

   Электролиты подчиняются закону Ома. Сопротивление
электролитов при повышении температуры уменьшается, так как  при повышении
температуры увеличивается доля молекул, распавшихся на ионы, и поэтому
увеличивается число ионов — носителей заряда.

4 Задание

4.1 Провести
электролиз раствора сульфата меди.

4.2 Определить
электрохимический эквивалент меди.

5 Ход выполнения
лабораторной работы

5.1 Зачистите наждачной бумагой медный
электрод и измерьте его массу с точностью до 0,01 г.

5.2 Соберите схему по рисунку 2.
Присоедините медные электроды к источнику постоянного тока (электрод с
известной массой — к катоду), опустите электроды в стакан с раствором сульфата
меди.

Рисунок 2- Схема опыта.

5.3 Включите секундомер одновременно с
источником тока. Установите и поддерживайте силу тока 0,5 А в течение всего
времени электролиза (время  электролиза 10 минут).

5.4 По окончании электролиза отключите
источник тока, отсоедините катод, промойте его в воде и высушите в потоке
теплого воздуха.

5.5 Охладите катод до комнатной
температуры и определите его массу после электролиза.

   5.6 Результаты опыта и вычислений занесите в
таблицу.

Таблица 1-Результаты измерений и вычислений

Масса катода до опыта	Масса катода после опыта	Масса выделившейся меди	Сила тока	Время прохождения тока	Электрохимический эквивалент	Табличное значение электрохимического эквивалента	Абсолютная погрешность	Относительная погрешность
m1	m2	m	I	t	k	Kт	Δk	ε
кг	кг	кг	А	с	кг/Кл	кг/Кл	кг/Кл	%

5.7  Вычисления:

5.7.1 Вычислите массу
меди, выделившуюся на катоде:

     

5.7.2 Вычислите
электрохимический эквивалент по формуле

5.7.3 Вычислите абсолютную
погрешность электрохимического эквивалента меди

𝛥k=(для меди  k_т = 3,29^.10^-7 кг/Кл)

5.7.4Вычислите относительную
погрешность электрохимического эквивалента меди

ε
=

5.8 Сделайте вывод. В
выводе укажите истинное значение k в виде
и физический смысл  электрохимического
эквивалента.

5.9 Ответьте на
контрольные вопросы.

        6  Контрольные вопросы

6.1 Что
такое электролитическая диссоциация? Объясните причину возникновения заряженных
частиц в растворе электролита. Какие частицы являются носителями тока в
электролитах?

6.2 Какие
вещества называют электролитами? Приведите примеры.

6.3 Какой процесс называют
электролизом? Где применяется электролиз? Какие явления происходят на катоде при
подключении установки для электролиза к источнику питания? Какие явления
происходят на аноде?

6.4
Сформулируйте законы  электролиза.

6.5Почему
с повышением температуры сопротивление электролита уменьшается?

7 
Рекомендации по оформлению отчета по лабораторной работе

Отчет по работе оформляется в соответствии с
едиными требованиями, принятыми в колледже и должен включать:

·             
вид работы;

·             
название работы;

·             
цель работы;

·             
оборудование;

·             
ход работы;

·             
алгоритм выполнения
работы;

·             
расчеты;

·             
вывод.

Литература

1.     
Дик Ю.И., Кабардин
О.Ф., Орлов В.А. и др. Руководство по проведению лабораторных работ
по физике для средних специальных  учебных заведений. —  М.: Просвещение, 2002.

2.     
Электролитическая
диссоциация и гибридизация атомных орбиталей www.lyceum8.ru/himiya/7.htm

3.Учебники 10 класс›—10—klass—miakishev…

1.
Запишите уравнения процессов, протекающих
на аноде и катоде, а также суммарную
реакцию.

2.
Рассчитайте изменение массы катода в
результате эксперимента по формуле

∆m_эксп
= m_кон
– m_нач
, г.

3.
Вычислите опытную величину электрохимического
эквивалента меди по уравнению

k_Э(опыт)
=

_, г/Кл.

4.
Рассчитайте молярную
массу эквивалента меди по формуле (1)

М_Э(Cu) =
,
г/моль.

5.
Оцените теоретическую величину
электрохимического эквивалента меди
по уравнению (13)

k_Э(теор)
=
,
г/Кл.

6.
Вычислите относительную погрешность
каждого опыта

П
=
,
%

7.
Расчетные данные занесите в табл. 2,
заполните метрологическую карту средств
измерения и сформулируйте выводы.

Часть 2. Газометрический метод определения выхода продуктов электролиза по току

1.
Запишите уравнения процессов, протекающих
на аноде и катоде, а также суммарную
реакцию.

2.
Поскольку водород и кислород в эвдиометрах
собирают над водным раствором, то по
закону Дальтона измеренное при помощи
барометра давление в лаборатории Р
равно сумме давлений чистого водорода
Р
или кислорода Р
и насыщенного водяного пара Р

,
Па

,
Па

Тогда
расчет парциального давления водоро­да
и кислорода следует вести по формулам

,
Па

,
Па

Значения

при различных температурах приведены
в приложении 3.

3.
Определите объемы водорода и кислорода
при н.у., используя выражение объединенного
газового закона

V(Н₂)
=,
см³

V(О₂)
=,
см³

где
Т °
– тем­пература при н.у., равная 273 К;
Р°
– парциальное давление при н.у., равное
101325 Па.; Т
– температура в лаборатории, К.

4.
Вычислите теоретические объёмы газов
при н.у. по закону Фарадея [формула (12)]

V(Н₂)
=
,
см³

V(О₂)
=
,
см³

где
—
эквивалентный объем водорода при н.у.,
который равен 11200 см³/моль;
—
эквивалентный объем кислорода при н.у.,
который равен 5600 см³/моль.

5.
Определите коэффициент выхода по току
для водорода и кислорода по формуле
(10)

%

%

6.
Расчетные данные внесити в таблицу 3,
заполните метрологическую карту средств
измерения и сформулируйте выводы.

Часть 3. Электрохимическое цинкование

1.
Запишите уравнения процессов, протекающих
на аноде и катоде, а также суммарную
реакцию.

2.
Рассчитайте изменение массы катода в
результате эксперимента по формуле

∆m_эксп
= m_кон
– m_нач
, г.

3.
Вычислите
опытную величину электрохимического
эквивалента цинка по уравнению

k_Э(опыт)
=

_, г/Кл.

4.
Рассчитайте молярную
массу эквивалента цинка по формуле (1)

М_Э(Zn) =
,
г/моль.

5.
Оцените теоретическую величину
электрохимического эквивалента цинка
по уравнению (13)

k_Э(теор)
=
,
г/Кл.

6.
Вычислите относительную погрешность
каждого опыта

П
=
,
%

7.
Вычислите теоретическую массу цинкового
покрытия по формуле (11)

∆m_теор

,
г.

8.
Коэффициент выхода по току для обоих
опытов рассчитайте по уравнению (10)

.

9.
Расчетные данные внести в табл. 4,
заполните метрологическую карту средств
измерения и сформулируйте выводы.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Перейти к контенту