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

19 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

81144. Основные понятия теории управления персоналом организации 39.82 KB
  В последние 50 лет термин управление персоналом использовался для описания функции управления посвященной найму развитию обучению ротации обеспечению безопасности и увольнению персонала. Управление персоналом вид деятельности по руководству людьми направленный на достижение целей фирмы предприятия путем использования труда опыта таланта этих людей с учетом их удовлетворенности трудом. В современном подходе управление персоналом включает: планирование потребности в квалифицированных сотрудниках; составление штатного расписания и...
81145. Современные модели управления 262.4 KB
  На сегодня многие признают концепцию управления персоналом известного российского ученого в области менеджмента Л. В рамках органической парадигмы последовательно сложились вторая концепция управления персоналом и третья концепция управления человеческими ресурсами. Научной основой концепции управления персоналом развивавшейся с 30х гг.
81146. Групповая динамика 36.19 KB
  Группа четко ограниченная в размерах совокупность людей которая вычленяется из широкого социума как некая отдельная психологически самоценная общность объединенная в логике какихлибо значимых оснований: специфика заданной и реализуемой деятельности социально оцениваемая принадлежность к определенной категории людей входящих в группу структурнокомпозиционная объединенность и т. Группа социальная объединения людей имеющих общие значимые специфические признаки основанные на их участии в некоторой деятельности связанной системой...
81147. Виды и характеристика больших социальных групп 35.42 KB
  Среди больших групп принято выделять также такие социальные группы как интеллигенция служащие представители умственного и физического труда население города и деревни. Иногда в литературе встречается и довольно широкое толкование интеллигенции включающее всех работников умственного труда в том числе служащих секретарей контролеров банка и т. Роль интеллигенции в обществе определяется выполнением ею следующих функций: научнотехническое и экономическое обеспечение материального производства; профессиональное управление производством...
81148. Инертная, оптимальная и агрессивная среда. Управление в условиях агрессивной среды 38.71 KB
  Источниками конфликта может служить конкуренция соперничество враждебность противоречивые намерений и т. В результате конфликта происходит столкновение двух или более противоборствующих сторон и выражается в том что они осознаются на уровне социального субъекта: отдельной личности или социальной группы. В сущности конфликта важное место занимают такие понятия как участник и субъект конфликта. Участником конфликта может быть отдельный человек организация или группа лиц которые не отдают себе отчет о целях и задачах конфликтного...
81149. Способы управления организацией в условиях агрессивной среды 35.04 KB
  Способами управления в агрессивной социальной среде могут быть: социальное прогнозирование; социальное планирование; социальное регулирование. Деловые организации пытаясь отстоять свое место в социальном пространстве вынуждены применять такие способы управления как: нарушение закона с целью адаптации к негативным реалиям организационной среды; использование взятки как способ обеспечения коммуникаций и т. Главное правило управления в агрессивной среде заключается в том чтобы по возможности ее избегать.
81150. Социология управления как отрасль социологического знания 34.51 KB
  В Российской социологической энциклопедии социология управления определяется как отрасль социологического знания изучающая систему и процессы управления в условиях складывающихся в обществе социальных отношений. Удальцовой наука изучающая социальные отношения и устанавливающая основные критерии эффективности их функционирования с точки зрения всех субъектов социальных отношений называется социологией и психологией управления в организации. Как научная дисциплина социология управления пересекается с такими разделами социологической науки...
81151. Объект, предмет, функции и задачи социологии управления 37.25 KB
  Выступает изучение деятельности субъектов управления по разработки решений направленных на реализацию основных направлений социальной политики. изучает закономерности функционирования социальных отношений в процессе управления проблемы социального взаимодействия внутри организации между руководителем и подчиненными. управленческие отношения: в процессе управления обе стороны находятся в постоянных связях друг с другом и вступают в управленческие отношения Определив особенности социологии управления как специальной социологической теории...
81152. Социология управления и смежные дисциплины 46.67 KB
  Важно понять взаимодействие менеджмента с другими науками используемыми для осуществления процессов управления такими как менеджмент информатика социология психология см. Таким образом на стыке менеджмента и социологии возникает новая отрасль человеческих знаний – социология управления которая была вызвана естественным развитием общества и философии управленческих концепций. Интеграция науки управления школа научного менеджмента и социологии школа человеческих отношений происходит в середине XXв.