Data: 06.12.2011 r.	Szatka Anna	Ocena:
Zarządzanie i inżynieria produkcji rok I L7	Wyznaczanie współczynnika elektrochemicznego miedzi i stałej Faradaya
I Wstęp Ćwiczenie ma na celu wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego miedzi, która wydzieliła się z roztworu w trakcie przeprowadzonego procesu elektrolizy. Należy też wyznaczyć stałą Faradaya, korzystając z Praw elektrolizy Faradaya. Na końcu dowiemy się, czy wyniki są zgodne z tablicowymi wartościami stałymi. II Część teoretyczna W czasie ćwiczenia wykorzystaliśmy roztwór siarczanu miedzi (CuSO4), w którym przeprowadzaliśmy elektrolizę przez 30 minut. W jej wyniku wydzieliły się dwie substancje, w tym miedź na katodzie, której współczynnik elektrochemiczny należy wyznaczyć. Ponadto na cele ćwiczenia dwukrotnie ważyliśmy katodę: dokładnie oczyszczoną, osuszoną przed elektrolizą (m1) oraz delikatnie oczyszczoną i osuszoną po elektrolizie (m2). W czasie elektrolizy amperomierzem badaliśmy zmianę natężenia prądu I przepływającego przez elektrody. Natężenie początkowe określiliśmy zgodnie z zależnością: 1 A / 1 dm^2 = 1 A / 100 cm^2 Powierzchnia czynna katody wynosi 25 cm^2 z każdej strony, czyli 50 cm^2. Stąd wiadomo, że nasza elektroliza powinna przebiegać z użyciem prądu o natężeniu 0,5 A. I Prawo elektrolizy Faradaya m = k * I * t, czyli k = m / (I * t), gdzie m oznacza masę substancji wydzielonej na katodzie, k - równoważnik (współczynnik) elektrochemiczny [k = kg / A * s = kg / C], I - natężenie prądu, t - czas elektrolizy. II Prawo elektrolizy Faradaya m / mx = R / Rx, gdzie m i mx są to substancje wydzielone w czasie elektrolizy, które pozostają na powierzchni elektrod, R i R­x to równoważniki chemiczne tych substancji ( R = A / W, czyli masa atomowa / wartościowość pierwiastka). Współczynnik elektrochemiczny wydzielonej substancji można zapisać następująco: k = R / F, czyli F = R / k, gdzie R - równoważnik chemiczny (gramorównoważnik [g]), F - stała Faradaya. Tak więc I Prawo elektrolizy Faradaya można zapisać tak: m = (R / F) * I * t Stała Faradaya jest wartością niezależną od rodzaju substancji wydzielającej się w trakcie elektrolizy. Jest równa ładunkowi powodującemu wydzielenie się danej substancji o masie równej określonemu równoważnikowi elektrochemicznemu: gdy I * t = F, to m = R. Stała Faradaya wynosi 9,6590 * 10^4 C / gramorównoważnik. III Tabela pomiarów t [s] 0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 Iśr [A] I [A] 0,5 0,5 0,5 0,498 0,496 0,495 0,493 0,491 0,49 0,488 0,486 0,494 m1 [g] m2 [g] ∆m = m2 - m1 [g] 70,57 70,91 0,34 IV Obliczenia Okresy czasu dla pomiaru natężenia prądu: 180 s - co 3 minuty odczytywane I, czyli tśr = 180 s, natomiast czas całkowity elektrolizy to 1800 s (30 minut). Średnia arytmetyczna pomiarów natężenia prądu dla 11 pomiarów (n = 11): Iśr = 0,494 A ∆m = m, czyli masa miedzi wydzielonej w trakcie elektrolizy: m = 0,34 g R = 31,773 g ≈ 31,8 * 10^-3kg (dla miedzi) Wyliczony współczynnik elektrochemiczny k wydzielonej miedzi dla czasu całkowitego i natężenia średniego: Iśr = 0,494 A i t = 1800 s, czyli: k = m / (Iśr * t) k = 0,34 / (0,494 * 1800) = 3,823 * 10^-7 kg / C Stała Faradaya w naszym ćwiczeniu wynosi: V Rachunek niepewności Niepewność pomiarowa użytych przyrządów: wagi elektronicznej: ∆dm = 0,02 g linijki: ∆dl = 0,1 cm stopera: ∆dt = 0,2 s amperomierza: ∆dI = 0,001 A. Niepewność eksperymentatora: Do pomiaru masy użyto wagi cyfrowej, dlatego pomiar wielkości m nie jest obarczony niepewnością eksperymentatora. ∆eI = 0,01 A ∆et = 5 s Dla R niepewność pomijamy (wielkość tablicowa). Niepewności standardowe pomiarów: uc (I) = √[(∆dI^2) + (∆eI^2)] / 3 uc (I) ≈ 0,00335 A uc (t) = √[(∆dt^2) + (∆et^2)] / 3 uc (t) ≈ 1,668 s uc (m) = 0,02 g = 0,02 * 10^-3kg Niepewność złożona wyznaczania równoważnika (współczynnika) elektrochemicznego miedzi: , gdzie , i . uc (k) = 0,055 * 10^-8kg / C Niepewność złożona wyznaczania stałej Faradaya: uc (F) = uc (F) = 0,1196 C / kg VI Wnioski

W trakcie ćwiczenia wyznczyliśmy wartości współczynnika elektrochemicznego miedzi oraz stałą Faradaya, które tablicowo wynosić powinny:

Wyniki obliczeń różnią się minimalnie od danych tablicowych, co wynika najpewniej z braku precyzji przy dokonywaniu pomiarów oraz błędów obliczeniowych.

---