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

21 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

53852. МИ РОДУ КОЗАЦЬКОГО НАЩАДКИ 47 KB
  Гей долиноюгей широкою козаки йдуть Звучить пісня Ой на горі та й женці жнуть. До залу урочисто входять козаки двох куренів команд зі своїми прапорами. Показати хочем нині Як колись в Україні Веселились козаки Наші прадіди й діди. З незапамятних часів в Україні козаки славилися силою та спритністю.
53853. Математика. Теория вероятностей и математическая статистика 2.08 MB
  Вероятность наступления хотя бы одного события. Вероятность события А это число РА которое вводится для количественного описания степени объективной возможности наступления А. В первом случае вероятность каждого из элементарных исходов равна 1 6 а во втором 1 4. В общем случае если число всех элементарных исходов NW равно n то вероятность каждого из них 1 n.
53855. Фундаментальный и технический анализ 26 KB
  Фундаментальный анализ основывается на оценке эффективности деятельности предприятия-эмитента. Он предполагает изучение комплекса показателей финансового состояния предприятия; степени конкурентоспособности производимой продукции
53856. Риск и доходность активов 29.5 KB
  Все факторы риска можно разделить на две группы: объективные и субъективные. К объективным относятся факторы, не зависящие непосредственно от самой фирмы. В эту группу входят: инфляция, конкуренция, политические и экономические кризисы и т.д.
53857. Риск и доходность финансовых активов 30 KB
  Под риском понимают вероятность возникновения непредвиденных финансовых потерь (снижение прибыли, дохода и даже потеря капитала инвестора) вследствие наступления неблагоприятных обстоятельств.
53858. Методы финансирования деятельности компании, самофинансирование 27 KB
  В большинстве случаев выделяют следующие методы финансирования: самофинансирование, эмиссия акций (акционирование), финансирование за счет эмиссии долговых ценных бумаг, кредитное финансирование, бюджетное финансирование
53859. Простые методы оценки эффективности инвестиционных проектов 30.5 KB
  Под методом оценки эффективности инвестиционных проектов понимается система способов и приемов сопоставления связанных с проектом результатов и затрат. Применение метода позволяет сформировать количественный показатель
53860. Критический объем продаж - понятие, методы расчета 26.5 KB
  Метод критического объема продаж, в приложении к оценке и достижению приемлемого уровня левериджа заключается в определении для каждой конкретной ситуации объема выпуска, обеспечивающего безубыточную деятельность.