ĆWICZENIE 23

WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA ELEKTROCHEMICZNEGO

MIEDZI ORAZ STAŁEJ FARADAYA

Opis układu pomiarowego

Zestaw pomiarowy wykorzystywany w ćwiczeniu składa się z dwóch części:

ĆWICZENIE 23

•

układu elektrycznego do przeprowadzenia elektrolizy (schemat układu przedstawiony jest na 

rysunku)   w   skład,   którego   wchodzi:   elektrolizer,   amperomierz   prądu   stałego,   klucz   do 
zamykania i przerywania prądu, źródło prądu stałego (zasilacz) oraz rezystor dla regulacji 
natężenia prądu w obwodzie,

•

wagi analitycznej pozwalającej ważyć elektrodę, na której wydziela się miedź z dokładnością 

do 0,0002 g.

Elektrolizer jest to prostopadłościenne naczynie szklane, w którym elektrodami są płaskie 
blachy miedziane. Obie elektrody zanurzone są w roztworze  CuSO

4

. Należy uważać, aby 

katoda i anoda elektrolizera były odpowiednio połączone z biegunem źródła prądu stałego, 
tzn. aby katoda miała potencjał ujemny w stosunku do anody. W przypadku przeciwnego 
podłączenia biegunów otrzymujemy nie przyrost, lecz ubytek masy.
W czasie elektrolizy gęstość prądu nie może być zbyt duża (mniejsza niż 1 A/dm

2

). Dla 

większej   gęstości   prądu   osadzenie   się   miedzi   byłoby   zbyt   szybkie   i   nierównomierne,   a 
nagromadzona w pewnych miejscach miedź mogłaby się odrywać od katody i spadać do 
roztworu.

Przeprowadzenie pomiarów

1. Zaznajomić   się   z   przeznaczeniem   przyrządów   wchodzących   w   skład   zestawu 

pomiarowego. Zmontować obwód elektryczny zgodnie ze schematem na  rysunku.

2. Zanurzyć katodę w elektrolicie, wstawiając ją w otwór pokrywy elektrolizera.
3. Ustawić natężenie prądu płynącego w obwodzie o wartości nie większej niż 0,3 A, co 

gwarantuje gęstość prądu mniejszą niż 1 A/dm

2

.

4. Przerwać prąd w obwodzie, wyciągnąć elektrodę z elektrolitu, opłukać ją pod kranem 

wodą   bieżącą,   wysuszyć   pod   promiennikiem,   następnie   (jeśli   zachodzi   potrzeba) 
wyczyścić papierem ściernym, jeszcze raz wypłukać i wysuszyć, następnie zważyć 
elektrodę za pomocą wagi analitycznej (masa m

1

).

5. Wstawić   zważoną   elektrodę   ponownie   do   elektrolizera   i   przepuszczać   przez 

elektrolizer prąd o natężeniu ustawionym poprzednio nie krócej niż pół godziny. Jeżeli 
natężenie prądu w czasie trwania elektrolizy ulega wahaniom, należy notować co dwie 
minuty wskazania amperomierza.

6. Po zakończeniu elektrolizy wyciągnąć katodę z elektrolitu, delikatnie opłukać wodą, 

osuszyć i ponownie zważyć (masa m

2

).

7. Oszacować   niepewności   maksymalne  

m

∆

,  

I

∆

,  

t

∆

.   Przy   szacowaniu   należy 

uwzględnić   metodę   pomiaru,   użyty   zestaw   aparatury,   staranność   przeprowadzenia 
pomiarów,   czułość   przyrządów   itp.   Niepewność   maksymalna  

m

∆

  jest   równa 

podwójnej dokładności ważenia.

8. Jeżeli   w   czasie   pomiaru   natężenie   prądu   nie   uległo   zmianie,   jako   niepewność 

maksymalną   natężenia   prądu  

I

∆

  przyjąć   dokładność   odczytu   amperomierza.   W 

przypadku występowania podczas pomiaru wahań wartości natężenia prądu należy 
określić średnią wartość  

śr

I

  ze wskazań przyrządu notowanych co 2 minuty oraz 

wyznaczyć niepewność standardową 

( )

(

)

(

)

n

n

I

I

I

u

n

i

i

I

1

1

2

−

−

=

=

∑

=

σ

.

ĆWICZENIE 23

Opracowanie wyników pomiarów

1. Obliczyć masę miedzi osadzonej na elektrodzie.
2. Korzystając z wzoru 

t

I

k

m

⋅

⋅

=

, gdzie: I – natężenie prądu, t – czas, k – równoważnik 

elektrochemiczny - obliczyć równoważnik elektrochemiczny miedzi.

3. Na podstawie wzoru 

F

R

k

=

 wyznaczyć F – stałą Faradaya.

4. W oparciu w wzór 

( )

3

x

x

u

∆

=

 ze znajomości niepewności maksymalnych 

m

∆

, 

I

∆

, 

t

∆

 obliczyć niepewności standardowe dla mierzonych wartości. 

5. Wyznaczyć niepewność złożoną względną i bezwzględną dla równoważnika 

elektrochemicznego miedzi korzystając ze wzoru: 

2

2

2

,

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(













+













+













=

=

t

t

u

I

I

u

m

m

u

k

k

u

k

u

c

r

c

6.   Wyznaczyć   niepewność   złożoną   względną   i   bezwzględną   stałej   Faradaya.   Ponieważ 
wartość gramorównoważnika jako tablicowa nie jest obarczona błędem zachodzi równość:

)

(

)

(

,

,

k

u

F

u

r

c

r

c

=

7. Wyznaczyć zgodnie z zależnością  

( )

( )

F

u

k

F

U

⋅

=

  niepewność rozszerzoną dla pomiaru 

stałej   Faradaya  

F

  przyjmując   do   obliczeń   współczynnik   rozszerzenia  k=2.   Sprawdzić 

zgodność uzyskanej wartości stałej Faradaya z wartością tabelaryczną. 

Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty, wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:

•

wyznaczenie stałej Faradaya;

•

wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi;

zostały osiągnięte.