3.Описание и схема установки.

Схема лабораторной установки показана на рис.1.

Pис.1

1 и 2- стаканы; 3- сифон; 4- кран; 5-свинцовые электроды; 6 -медный кулонометр; 7-миллиамперметр; 8- реостат; 9- источник постоянного тока.

Емкость стаканов (1 и 2) 100 – 150 мл; сопротивление реостата 10000 см; миллиамперметр рассчитан на 150 мA. К установке прилагается секундомер или часы.

Общее количество электричества определяется:

1) по току P = It и времени;

2) кулонометром.

Электролит, которым наполняется медный кулонометр, содержит 100 мл дистиллированной воды, 15 г CuSO₄5H₂O; 5 мл концентрированной серной кислоты и 5 мл этилового спирта. Электроды – медные пластинки, закреплены в крышке сосуда.

Величина поверхности катода определяется плотностью тока. Плотность тока может быть выбрана в интервале от 2 до 20 A/см² катода кулонометра. Если это соотношение не соблюдать, то при более высокой плотности тока медь осаждается на катоде недостаточно прочно (губчатый осадок). При малых же плотностях тока наряду с выделением меди на катоде будет протекать реакция: Cu⁺⁺+ e  Cu⁺, что отразится на результатах измерения. Ошибка в определении количества электричества при помощи медного кулонометра, при соблюдении всех мер предосторожности, достигает 0,2 – 0,3%.

4. Порядок выполнения работы

1. Перед началом измерений необходимо на катоде кулонометра осадить слой меди. Для этого собирают установку согласно схеме (см. рис.2) .

Залить кулонометр 65-70мл электролита. Когда аппаратура будет соединена, согласно данной схеме, необходимо обратиться к руководителю для проверки собранной установки. Без разрешения руководителя нельзя включать ток во избежание возможной порчи миллиамперметра и магазина сопротивлений. Перед включением тока необходимо определить положительный и отрицательный полюсы. Включаем при полностью выведенном реостате (0). Осторожным выведением последнего доводят ток до 40 мА. В течение, приблизительно, одного часа пропускают ток через кулонометр, затем катод вынимают, промывают тщательно дистиллированной водой и сушат в сушильном шкафу или над электрической плиткой (не класть электрод – катод на плитку или в шкаф).

4. Необходимо принять все меры предосторожности, чтобы не допустить окисления свежеосажденного слоя меди, для чего операции сушки и взвешивания нужно проводить осторожно и быстро. Катод брать пинцетом для взвешивания на аналитических весах с точностью до четвертого знака. Взвешенный катод вновь вставляют в кулонометр и включают кулонометр в схему установки (см. рис.3). В то время как медный катод кулонометра предварительно покрывают медью, следует оттитровать 0,05 н раствор серной кислоты раствором щелочи точной концентрации 0,1 н.

5. Титрование проводят три раза с точностью до четвертого знака.

6. Наполняют оба стакана (1и 2) раствором серной кислоты по 100мл в каждый стакан. В стаканы опускают свинцовые электроды.

7. Собирают установку (см. рис.1). Включают ток при полностью введенном магазине сопротивлений и осторожным выведением последнего (начиная с больших величин сопротивления) доводят ток до 40 мА, одновременно включая секундомер или замечают момент замыкания цепи часами. Узкие трубки сифона, наполненные электролитом, представляют собой достаточно высокое сопротивление электрическому току в результате чего содержимое сифона сильно нагревается: теплая и поэтому более легкая жидкость в нем препятствует конвекционному перемешиванию растворов в обоих стаканах. В связи с этим в момент включения тока в 40 мА, содержимое сифона нагревается, сопротивление раствора уменьшается, и величина тока растет. Поэтому необходимо следить за показанием миллиамперметра и держать ток в данной величине.

8. Через два часа выключают ток, открывают кран и дают стечь содержимому сифона в стакан.

9. После опыта проводят те же операции промывки, сушки и взвешивания медного катода кулонометра. Грамм-эквивалент меди соответствует 31,77 г. Если увеличение в весе обозначим через g, то количество электричества, прошедшее через кулонометр определится равенством:

(3)

1. Берут по 20 мл раствора серной кислоты из катодного пространства и оттитровывают раствором одной щелочи. Зная титр кислоты до и после опыта, и, зная ее объем (100мл), можно рассчитать изменение количества ионов водорода в катодном пространстве.

2. Вычисляют значение Q по медному кулонометру (формула 3) и по уравнениям (1 и 2) рассчитывают числа переноса ионов.

3. Вычисляют значение Q по току и времени и по уравнениям (1 и 2) рассчитывают числа переноса ионов.

4. Находят среднее значение чисел переноса.

5. Сравнивают полученные данные с табличными.

6. Делают расчеты относительной ошибки.