Интересен

Експериментално определяне на броя на Авогадро

Експериментално определяне на броя на Авогадро

Числото на Avogadro не е математически получена единица. Броят на частиците в мол от материал се определя експериментално. Този метод използва електрохимия за определяне. Може да пожелаете да прегледате работата на електрохимичните клетки, преди да опитате този експеримент.

Предназначение

Целта е да се направи експериментално измерване на броя на Авогадро.

Въведение

Молът може да се дефинира като грамовата маса на веществото или атомната маса на елемент в грамове. В този експеримент се измерват електронен поток (ампераж или ток) и време, за да се получи броят на електроните, преминаващи през електрохимичната клетка. Броят на атомите в претеглената проба е свързан с потока на електроните за изчисляване на броя на Авогадро.

В тази електролитна клетка и двата електрода са медни, а електролитът е 0,5 М H2ТАКА4, По време на електролиза медният електрод (анод), свързан към положителния щифт на захранването, губи маса, тъй като медните атоми се превръщат в медни йони. Загубата на маса може да се вижда като изкопаване на повърхността на металния електрод. Също така медните йони преминават във водния разтвор и го оцветяват в синьо. При другия електрод (катод) водородният газ се освобождава на повърхността чрез редукция на водородни йони във водния разтвор на сярна киселина. Реакцията е:
2 H+(aq) + 2 електрона -> H2(Ж)
Този експеримент се основава на загубата на маса на медния анод, но също така е възможно да се събере отделеният водороден газ и да се използва за изчисляване на броя на Avogadro.

Материали

  • Източник на постоянен ток (батерия или захранване)
  • Изолирани проводници и евентуално алигаторни клипове за свързване на клетките
  • 2 електроди (например ленти от мед, никел, цинк или желязо)
  • 250 мл чаша с 0,5 М H2ТАКА4 (сярна киселина)
  • вода
  • Алкохол (например метанол или изопропилов алкохол)
  • Малка чаша с 6 M HNO3 (азотна киселина)
  • Амперметър или мултицет
  • секундомер
  • Аналитичен баланс, способен да измери до 0,0001 грама

Процедура

Получете два медни електрода. Почистете електрода, който ще бъде използван като анод, като го потопите в 6 M HNO3 в качулка за 2-3 секунди. Извадете електрода незабавно или киселината ще го унищожи. Не пипайте електрода с пръсти. Изплакнете електрода с чиста чешмяна вода. След това натопете електрода в чаша с алкохол. Поставете електрода върху хартиена кърпа. Когато електродът е сух, претеглете го на аналитичен баланс до най-близките 0,0001 грама.

Апаратът изглежда повърхностно като тази диаграма на електролитна клетка с изключение че използвате два стъклени чаши, свързани с амперметър, а не електродите заедно в разтвор. Вземете чаша с 0,5 М H2ТАКА4 (разяждащ!) и поставете електрод във всяка чаша. Преди да направите каквито и да било връзки, уверете се, че захранването е изключено и изключено (или свържете батерията последно). Захранването е свързано към амперметъра последователно с електродите. Положителният полюс на захранването е свързан към анода. Отрицателният щифт на амперметъра е свързан към анода (или поставете щифта в разтвора, ако се притеснявате от промяната на масата от алигаторната щипка, надраскаща медта). Катодът е свързан с положителния щифт на амперметъра. Накрая катодът на електролитната клетка е свързан към отрицателния пост на батерията или захранването. Не забравяйте, че масата на анода ще започне да се променя веднага щом включите захранването, така че вашият хронометър е готов!

Имате нужда от точни измервания на ток и време. Сила на тока трябва да се записва на интервали от една минута (60 секунди). Имайте предвид, че амперажът може да варира в хода на експеримента поради промени в електролитния разтвор, температура и положение на електродите. Токът, използван при изчисляването, трябва да бъде среден за всички показания. Оставете тока да тече за минимум 1020 секунди (17.00 минути). Измерете времето до най-близката секунда или част от секундата. След 1020 секунди (или повече) изключете записа на захранването на последната стойност на ампеража и времето.

Сега извличате анода от клетката, изсушавате я както преди, като я потапяте в алкохол и оставяте да изсъхне върху хартиена кърпа и я претегляте. Ако избършете анода, ще премахнете медта от повърхността и ще обезсили работата си!

Ако можете, повторете експеримента, като използвате същите електроди.

Изчисляване на пример

Направени са следните измервания:

Загубена анодна маса: 0,3554 грама (g)
Ток (средно): 0,601 ампера (усилвател)
Време на електролиза: 1802 секунди

Помня:
Един ампер = 1 кулон / втори или един ампер = 1 куб
Зарядът на един електрон е 1.602 x 10-19 кулона

  1. Намерете общия заряд, преминал през веригата.
    (0,601 amp) (1 coul / 1 amp-s) (1802 s) = 1083 coul
  2. Изчислете броя на електроните в електролизата.
    (1083 coul) (1 електрон / 1,6022 x 1019coul) = 6,709 x 1021 електрона
  3. Определете броя на медните атоми, загубени от анода.
    Процесът на електролиза изразходва два електрона на образувания меден йон. Така броят на образуваните медни (II) йони е половината от броя на електроните.
    Брой на Cu2 + йони = ½ брой измервани електрони
    Брой на Cu2 + йони = (6.752 х 1021 електрона) (1 Cu2 + / 2 електрона)
    Брой на Cu2 + йони = 3.380 x 1021 Cu2 + йони
  4. Изчислете броя на медните йони на грам мед от броя на медните йони по-горе и масата на произведените медни йони.
    Масата на произвежданите медни йони е равна на загубата на маса на анода. (Масата на електроните е толкова малка, че е незначителна, така че масата на медните йони (II) е същата като масата на медните атоми.)
    загуба на маса на електрод = маса на Cu2 + йони = 0,3554 g
    3.380 x 1021 Cu2 + йони / 0.3544g = 9.510 x 1021 Cu2 + йони / g = 9.510 x 1021 Cu атоми / g
  5. Изчислете броя на медните атоми в мол мед, 63.546 грама.Cu атоми / мол на Cu = (9.510 x 1021 медни атоми / g мед) (63.546 g / mol мед) Cu атоми / мол на Cu = 6.040 x 1023 медни атоми / мол мед
    Това е измерената стойност на ученика от числото на Авогадро!
  6. Изчислете процентната грешка.Абсолютна грешка: | 6.02 x 1023 - 6.04 x 1023 | = 2 х 1021
    Процентна грешка: (2 x 10 21 / 6.02 x 10 23) (100) = 0.3%


Гледай видеото: Опити с вода Определяне на pH (Октомври 2021).

Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos