36880

Определение заряда иона водорода

Лабораторная работа

Физика

Тема: Определение заряда иона водорода. Цель работы: изучить прохождение тока в электролитах определить заряд иона водорода оценить погрешность данного метода определения заряда иона водорода и ознакомиться с явлением наводораживания металлов. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Для определения заряда иона водорода можно использовать прохождение тока в электролитах явление электролиза.

Русский

2013-09-23

63.5 KB

20 чел.

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование факультета - ЕНМФ

Наименование выпускающей кафедры – Общая физика

Наименование учебной дисциплины - Физика

Лабораторная работа № 2-07

Наименование работы –  “Определение заряда иона водорода”

Исполнитель:

Студент, группы 13А61 Королёва Я.Ю. (_______)______________(_______)

                                                                                                   Подпись                                                     дата

 

                                                                                                  подпись

(_______)

дата

Руководитель, профессор Крючков Ю.Ю. (_______)_____________(_______)

    Должность, ученая степень, звание                  подпись                                                      дата                                                                                                                                       

 

 

Томск –2007

Лабораторная работа 2-07.

Тема: Определение заряда иона водорода.

Цель работы: изучить прохождение тока в электролитах, определить заряд иона водорода, оценить погрешность данного метода определения заряда иона водорода и ознакомиться с явлением наводораживания металлов.

Приборы и принадлежности: вольтаметр Гофмана, амперметр, реостат,(если нет стабилизированного источника питания), источник тока, секундомер.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Для определения заряда иона водорода можно использовать прохождение тока в электролитах (явление электролиза). В водном растворе серной кислоты молекулы H2SO4  диссоциируют на ионы: H2SO4 → 2H++SO4--. При наличии в таком электролите электрического поля ионы водорода, достигая катода, принимают от него недостающий отрицательный заряд и превращаются в нейтральные атомы водорода, т. е. у катода происходит реакция 2H++2e→ 2H. Попарные соединения атомов водорода образуют молекулы водорода H2, выделяющиеся у катода (2HH2). Отрицательные ионы SO42-, выделяющиеся у анода, отдают ему свой избыточный заряд и вступают в реакцию с водой, причем реакция протекает в виде SO42- + H2OH2SO4 + O + 2e, т.е. вновь образуется серная кислота и у анода выделяется газообразный кислород. Как видно, во время протекания тока через электролит одна молекула серной кислоты  поставляет на электроды одну молекулу водорода и один атом кислорода. Следовательно, для того чтобы на аноде выделилась молекула кислорода, необходима диссоциация двух молекул серной кислоты, но при этом на катоде выделится уже две молекулы водорода. Таким образом, при одних и тех же термодинамических условиях объём выделившегося на катоде водорода будет в два раза больше объема кислорода, выделившегося на аноде. Если выделяющиеся газы собрать по отдельности, то можно по занимаемому ими объему подсчитать число молекул газа образовавшегося на том или другом электроде. По известному числу молекул газа можно подсчитать число положительных ионных ионов(n+), перенесших заряд “+Q” на катод, или число отрицательных ионов (n-), перенесших заряд “-Q” на анод. По этим данным можно вычислить заряд положительного (q+) или отрицательного (q-) иона, используя выражения (1) и  (2):

                                                                                                                               (1)

                                                                                                                                (2)

Заряды +Q по –Q величине равны и могут быть определены по известному току, создаваемому потоком отрицательных и положительных ионов при наличии в электролите электрического поля.

Описание установки и получение расчетной формулы

Целью данной работы является определение заряда, который переносится ионом водорода. Прибором, способным разделить газы, выделяющиеся при электролизе, служит вольтаметр Гофмана. Вольтаметр Гофмана представляет собой три сообщающихся сосуда, из которых два заканчиваются кранами, а средний – воронкой, через которую сосуды наполняются электролитом. На крайних сосудах нанесены деления, позволяющие измерять объем , а на среднем- деления для измерения высоты. Вольтаметр наполняется водным раствором серной кислоты и с помощью электродов, впаянных в крайние сосуды, включается в цепь, содержащую реостат, с помощью которого можно менять ток, а также миллиамперметр, ключ, источник постоянного тока. При пропускании тока через электролит в одном из крайних сосудов будет накапливаться водород, выделяющийся на катоде, а в другом – кислород. Выделяющиеся газы вытеснят из крайних сосудов электролит и создадут над поверхностью электролита давление, которое будет уравновешиваться атмосферным давлением в сумме с давлением избыточного столба жидкости в среднем сосуде по отношению к уровням жидкостей в крайних сосудах.

Запишем условие равновесия для среднего и крайнего сосуда, в котором выделился водород. На поверхность жидкости в этом сосуде оказывают давление выделившийся водород и пары воды. Суммарное давление уравновешивается атмосферным давлением и давлением  вытесненного столбика электролита высотой в среднем сосуде

                                                                                                      (3)

Это условие равновесия будет сохраняться в течение всего процесса электролиза.

Если ток I проходит по цепи в течение секунд, то через электролит в направлении к катоду ионы водорода перенесут количество электричества +Q, равное

                                                                                                                                         (4)

Такое же количество электричества, но обратного знака, пройдет к аноду. Однако в дальнейшем оно нас интересовать не будет. Масса водорода, выделившегося на катоде, по первому закону Фарадея пропорциональна перенесенному заряду. По массе М водорода и массе одной его молекулы можно определить число молекул, выделившихся на катоде, т.е. Каждая молекула водорода образуется в результате нейтрализации двух ионов водорода, следовательно, полное число ионов, перенесших свой заряд на катод, будет равно

                                                                                                                                  (5)

Массу выделившегося водорода можно приближенно определить из уравнения состояния идеального газа, т.е. из уравнения

                                                                                                                    (6)

Из (6) следует, что  

                                                                                                                                 (7)            

Из (5) и (7) следует, что число ионов водорода, пришедших к катоду, равно

                                                                                                                (8)

Находя давление водорода из (3), используя выражение (4) для количества электричества, перенесенного на катод, из (1)определяем заряд иона водорода:

                                                                                                                 (9)

Масса одной молекулы водорода равна массе одного киломоля, деленной на число частиц в киломоле (число Авогадро) следовательно,  и расчетная формула (9) принимает вид

                                                                                                                          (10)

Таким образом, для определения заряда иона водорода с помощью вольтаметра Гофмана необходимо знать давление, объем и температуру водорода, выделившегося при электролизе, а также величину тока и время прохождения его через электролит.

I, A

t, c

T, K

V, м3

pат, Н/м2

h, м

ph, Н/м2

pt, Н/м2

pH2O, Н/м2

1

36.5110-3

900

299

3,910-6

100149

0,072

705.6

3,39103

97803.6

Вывод: с помощью прибора, способного разделять газы, выделяющиеся при электролизе - вольтаметра Гофмана, провели опыт на прохождение тока в электролитах, а также определили заряд иона водорода.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68200. ФОРМУВАННЯ ПРОФЕСІЙНОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ЕКОНОМІСТІВ ЗАСОБАМИ МЕРЕЖЕВИХ ТЕХНОЛОГІЙ 305 KB
  Інтеграція України до європейського економічного й інформаційного простору, поява нових сфер економічної діяльності тісно інтегрованих із інформаційними технологіями, що постійно оновлюються, зумовлюють необхідність у підвищенні якості економічної освіти та супроводжуються зростанням...
68201. ТЕОРІЯ І МЕТОДИКА ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ПЕДАГОГІЧНОЇ ПІДГОТОВКИ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ-ПЕДАГОГІВ 523.5 KB
  Реалізація соціального замовлення суспільства на формування у майбутніх інженерівпедагогів умінь аналізувати прогнозувати та обирати раціональні шляхи й засоби навчання вимагає таких методологічних підходів які б забезпечували оновлення концепцій професійної педагогічної підготовки...
68202. ЗАДАЧІ З РУХОМИМИ МЕЖАМИ ДЛЯ ГІПЕРБОЛІЧНИХ СИСТЕМ КВАЗІЛІНІЙНИХ РІВНЯНЬ 1.29 MB
  Багато математичних моделей природознавства містять задачі з нелокальними нерозділеними або інтегральними крайовими умовами. Крайові задачі з нелокальними умовами для систем гіперболічних рівнянь досліджували...
68203. ЗАСТАВА В СИСТЕМІ МЕНЕДЖМЕНТУ КРЕДИТНОГО РИЗИКУ БАНКУ 283 KB
  У загальній структурі кредитних вкладень банків тільки 29 займає стандартна заборгованість при якій обслуговування боргу позичальником відповідає умовам кредитної угоди вказує на доцільність вивчення причин чому не спрацював механізм застави і банки не змогли відшкодувати належним чином...
68204. ІСТОРИКО-КНИГОЗНАВЧЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВИДАНЬ І. ФЕДОРОВА ТА П. МСТИСЛАВЦЯ: ФІЛІГРАНОЛОГІЧНИЙ АСПЕКТ 152.5 KB
  З цією метою здійснено історикокнигознавче дослідження водяних знаків їхніх спільних та окремих видань насамперед великоформатних для введення у науковий обіг відомостей історії друкування видань почерговості публікації їх частин історії закупівлі паперу виявлення невідомих раніше варіантів...
68205. ВИКОРИСТАННЯ ІМПОРТНОЇ СИРОВИНИ В ПАРФУМЕРНО-КОСМЕТИЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ: ОБЛІКОВО-КОНТРОЛЬНІ АСПЕКТИ 272.5 KB
  Для сучасних світових тенденцій економічного розвитку характерне зростання ролі зовнішньоекономічної діяльності. В процесі її здійснення виникають певні проблеми, зумовлені невідповідністю принципів вітчизняних стандартів бухгалтерського обліку вимогам митного та податкового законодавства...
68206. ФОРМУВАННЯ ЛІДЕРСЬКИХ ЯКОСТЕЙ МАЙБУТНІХ ЕКОНОМІСТІВ У ПРОЦЕСІ ПРОФЕСІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ 247 KB
  Майбутні економісти потребують не тільки широкої загальної освіти а й розвинених лідерських якостей оскільки ця професія пов’язана з роботою у команді прийняттям рішень на основі аналізу ситуації умінням нести відповідальність за наслідки рішень ефективною організацією роботи не лише однієї...
68207. АГРОЕКОЛОГІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАХОДІВ ПОЛІПШЕННЯ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ ДЕЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ 1.1 MB
  Забруднювачі з ґрунту безпосередньо впливають на хімічний склад суміжних середовищ у тому числі й води підземних джерел. Оскільки ґрунтові води не захищені водотривкими породами а їх живлення відбувається в результаті фільтрації атмосферних опадів через інколи незначний 15–2 м завтовшки...
68208. ТЕХНОЛОГІЯ СОУСІВ ЯГІДНИХ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРИРОДНОЇ НЕТРАДИЦІЙНОЇ СИРОВИНИ 975.5 KB
  Слід підкреслити що останнім часом все більшого розповсюдження у ресторанному господарстві набуває креативна кухня яка характеризується додаванням до страв з м’яса риби птиці дичини солодких соусів з плодів та ягід асортимент яких обмежується вишневим чорносмородиновим сливовим соусами...