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

22 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

74416. ПРОВОДЯЩИЕ ПУЧКИ 36 KB
  Проводящие пучки нередко включают и иные ткани живую паренхиму млечники склеренхиму. Проводящие пучки сопровождаемые примыкающими к ним тяжами механической ткани обычно склеренхимы называются сосудисто-волокнистыми или армированными проводящими пучками. Проводящие пучки тянутся на значительном протяжении вдоль органа; ответвлениями и перемычками анастомозами они связываются в трехмерную сетку.
74417. МЕХАНИЧЕСКИЕ ТКАНИ - АРМАТУРА, ИЛИ СТЕРЕОМ 43 KB
  Эта ткань состоит из толстостенных клеток прозенхимной формы с заостренными концами с немногочисленными узкими простыми щелевидными порами в оболочке расположенными длинной осью под острым углом к продольной оси клетки рис. Сформировавшись клетки склеренхимы обычно теряют живое содержимое и их полости заполняются воздухом. Клетки склеренхимы называют еще толстостенными волокнами или просто волокнами.
74418. Бесполое и половое размножение мхов 33.5 KB
  Оплодотворение возможно лишь в воде часто покрывающей невысокие дерновинки мхов. Оплодотворенная яйцеклетка покрывается оболочкой начинает тотчас же делиться и дает спорофит сидящую на ножке коробочку который у мхов имеет специальное название спорогоний; в клетках его находится диплоидное число хромосом рис. Вначале из спор у лиственных мхов вырастают ветвистые нити похожие на водоросли и называемые протонемой; на них образуются почки каждая из которых может дать листостебельный мох развивающий впоследствии снова половые органы ...
74419. Образовательные ткани 37 KB
  В отличие от животных высшие растения растут и образуют новые клетки в течение всей своей жизни, хотя обычно с некоторыми перерывами. У многих растений средних широт, например, перерывы (периоды покоя) обусловливаются наступлением зимнего периода покоя.
74420. Определение цветка. Части цветка 38 KB
  Главный или боковые часто очень укороченные стебли и никогда не образуется на листьях. Ось цветка укороченная стеблевая часть его называется цветоложемили тором...
74421. ОСОБЫЕ ТИПЫ ПРИРОСТА СТЕБЛЕЙ В ТОЛЩИНУ 30.5 KB
  Общей чертой строения стебля лиан является раздробленность древесинного тела на участки с мягкими податливыми паренхимными участками в промежутках. На рисунке 156 слева изображена схема поперечного сечения молодого четырехлетнего стебля лианы из семейства бигнониевых. Хорошо видно что в четырех участках стебля древесины откладывается значительно меньше чем луба и паренхимы. Это создает необходимую для этих экологических форм растений гибкость стебля.
74422. Первичная кора корня 36 KB
  У большинства двудольных и голосеменных в связи с вторичным утолщением корня происходит также сбрасывание всей первичной коры поэтому экзодерма не бывает резко выражена. Величина клеток обычно возрастает в направлении от экзодермы к средней части первичной коры а затем уменьшается в направлении к эндодерме рис. У некоторых растений у касатика опробковению подвергаются кроме экзодермы еще 23 наружных слоя первичной коры.
74423. СТРОЕНИЕ СТЕБЛЯ ОДНОДОЛЬНЫХ 38.5 KB
  У большинства однодольных система листовых следов определяет основные черты анатомического строения стеблей в гораздо большей мере нежели у голосеменных и двудольных что отчасти объясняется отсутствием вторичного прироста. Из основания каждого листа у однодольных в стебель входит значительное число закрытых проводящих пучков коллатерального строения. Таким образом все сосудистые пучки однодольных представляют собой листовые следы.
74424. Осевой цилиндр корня 39 KB
  В осевом цилиндре корня можно различать сложный радиальный проводящий пучок и паренхиму ткань периферическая часть которой в виде кольца клеток называется перициклом рис. Эти клетки удлиняются в радиальном направлении делятся тангентальными перегородками и образуют корнеродную дугу со слоями клеток функционирующими по тому же типу как в кончике корня. Заложение боковых корешков происходит весьма близко к конусу нарастания образующего их корня выход же их наружу на значительном расстоянии.