Interessant

Eksperimentell bestemmelse av Avogadros nummer

Eksperimentell bestemmelse av Avogadros nummer

Avogadros nummer er ikke en matematisk avledet enhet. Antall partikler i en mol av et materiale bestemmes eksperimentelt. Denne metoden bruker elektrokjemi for å bestemme. Det kan være lurt å gjennomgå bruken av elektrokjemiske celler før du prøver dette eksperimentet.

Hensikt

Målet er å gjøre en eksperimentell måling av Avogadros antall.

Introduksjon

En føflekk kan defineres som gramformelmassen til et stoff eller atommassen til et element i gram. I dette eksperimentet måles elektronstrøm (strømstyrke eller strøm) og tid for å oppnå antall elektroner som går gjennom den elektrokjemiske cellen. Antallet atomer i en veid prøve er relatert til elektronstrøm for å beregne Avogadros antall.

I denne elektrolytiske cellen er begge elektrodene kobber og elektrolytten er 0,5 M H24. Under elektrolyse mister kobberelektroden (anoden) som er koblet til den positive tappen på strømforsyningen masse når kobberatomene blir omdannet til kobberioner. Massetapet kan være synlig når det blir grodd på overflaten til metallelektroden. Kobberionene passerer også i vannløsningen og farger den blå. Ved den andre elektroden (katoden) frigjøres hydrogengass ved overflaten gjennom reduksjon av hydrogenioner i den vandige svovelsyreoppløsningen. Reaksjonen er:
2 H+(aq) + 2 elektroner -> H2(G)
Dette eksperimentet er basert på massetapet av kobberanoden, men det er også mulig å samle hydrogengassen som utvikles og bruke den til å beregne Avogadros antall.

Materialer

  • En likestrømskilde (batteri eller strømforsyning)
  • Isolerte ledninger og muligens alligatorklemmer for å forbinde cellene
  • 2 elektroder (f.eks. Strimler av kobber, nikkel, sink eller jern)
  • 250 ml beger på 0,5 M H24 (svovelsyre)
  • Vann
  • Alkohol (f.eks. Metanol eller isopropylalkohol)
  • Et lite begerglass på 6 M HNO3 (salpetersyre)
  • Ammeter eller multimeter
  • Stoppeklokke
  • En analytisk balanse som kan måle til nærmeste 0,0001 gram

Fremgangsmåte

Få to kobberelektroder. Rengjør elektroden som skal brukes som anode ved å dyppe den ned i 6 M HNO3 i en avtrekkshette i 2-3 sekunder. Fjern elektroden omgående ellers vil syren ødelegge den. Ikke berør elektroden med fingrene. Skyll elektroden med rent vann fra springen. Dyp deretter elektroden i et beger med alkohol. Legg elektroden på et papirhåndkle. Når elektroden er tørr, veier den på en analytisk balanse til nærmeste 0,0001 gram.

Apparatet ser overfladisk ut som dette diagrammet av en elektrolytisk celle unntatt at du bruker to beakers som er koblet til med et ammeter i stedet for å ha elektrodene sammen i en løsning. Ta begerglass med 0,5 M H24 (etsende!) og legg en elektrode i hvert begerglass. Forsikre deg om at strømforsyningen er av og frakoblet før du kobler til (eller koble batteriet sist). Strømforsyningen er koblet til ampereren i serie med elektrodene. Den positive polen til strømforsyningen er koblet til anoden. Amperens negative pinne er koblet til anoden (eller legg tappen i løsningen hvis du er bekymret for endringen i masse fra en alligatorklemme som klør kobberet). Katoden er koblet til ampeterens positive tapp. Endelig er katoden til den elektrolytiske cellen koblet til den negative posten til batteriet eller strømforsyningen. Husk at massen til anoden begynner å endre seg så snart du slår på strømmen, så ha stoppeklokken klar!

Du trenger nøyaktige målinger av strøm og tid. Strømstyrken skal registreres med ett minutt (60 sek) intervaller. Vær oppmerksom på at strømstyrken kan variere i løpet av eksperimentet på grunn av endringer i elektrolyttløsningen, temperaturen og plasseringen til elektrodene. Strømstyrken som brukes i beregningen skal være et gjennomsnitt av alle målinger. La strømmen strømme i minimum 1020 sekunder (17.00 minutter). Mål tiden til nærmeste sekund eller brøkdel av et sekund. Etter 1020 sekunder (eller lenger) slår du av strømforsyningsposten den siste strømstyrken og tiden.

Nå henter du anoden fra cellen, tørker den som før ved å senke den i alkohol og la den tørke på et papirhåndkle, og veie den. Hvis du tørker av anoden, vil du fjerne kobber fra overflaten og ugyldiggjøre arbeidet ditt!

Hvis du kan, gjenta eksperimentet med de samme elektrodene.

Prøveberegning

Følgende målinger ble gjort:

Mistet anodemasse: 0,3554 gram (g)
Nåværende (gjennomsnitt): 0,601 ampere (amp)
Elektrolysetid: 1802 sekunder

Huske:
Én ampere = 1 coulomb / sekund eller en ampère = 1 coulomb
Ladningen til ett elektron er 1,602 x 10-19 coulomb

  1. Finn den totale ladningen som går gjennom kretsen.
    (0,601 amp) (1 coul / 1 amp-s) (1802 s) = 1083 coul
  2. Beregn antall elektroner i elektrolysen.
    (1083 coul) (1 elektron / 1,6022 x 1019 coul) = 6,759 x 1021 elektroner
  3. Bestem antall tapte kobberatomer fra anoden.
    Elektrolyseprosessen bruker to elektroner per dannet kobberion. Dermed er antallet kobber (II) -ioner som er dannet halvparten av antall elektroner.
    Antall Cu2 + -ioner = ½ antall elektroner målt
    Antall Cu2 + -ioner = (6.752 x 1021 elektroner) (1 Cu2 + / 2 elektroner)
    Antall Cu2 + -ioner = 3.380 x 1021 Cu2 + -ioner
  4. Beregn antall kobberioner per gram kobber fra antall kobberioner over og massen av produsert kobberioner.
    Massen til produsert kobberioner er lik tapet av anoden. (Elektronenes masse er så liten at den er ubetydelig, så massen til kobber (II) -ionene er den samme som massen av kobberatomer.)
    massetap av elektrode = masse Cu2 + -ioner = 0,3554 g
    3,380 x 1021 Cu2 + -ioner / 0,3544g = 9,510 x 1021 Cu2 + -ioner / g = 9,510 x 1021 Cu-atomer / g
  5. Beregn antall kobberatomer i en mol kobber, 63,546 gram.Cu-atomer / mol Cu = (9.510 x 1021 kobberatomer / g kobber) (63.546 g / mol kobber) Cu-atomer / mol Cu = 6.040 x 1023 kobberatomer / mol kobber
    Dette er studentens målte verdi på Avogadros antall!
  6. Beregn prosent feil.Absolutt feil: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
    Prosentfeil: (2 x 10 21 / 6.02 x 10 23) (100) = 0,3%


Se videoen: 02 eksempel på en god løsning af den eksperimentelle del (Januar 2022).

Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos