Экспериментальное определение числа Авогадро

Электрохимический метод измерения числа Авогадро

• Делиться
• флипборд
• Эл. адрес

ЧОМОН / Getty Images

• Доктор биомедицинских наук, Университет Теннесси в Ноксвилле
• Бакалавр физико-математических наук, Гастингсский колледж

Доктор Хельменстин имеет докторскую степень. в области биомедицинских наук и является научным писателем, педагогом и консультантом. Она преподавала научные курсы в средней школе, колледже и аспирантуре.

Число Авогадро не является математически полученной единицей. Количество частиц в моле вещества определяют экспериментально. Этот метод использует электрохимию для определения. Вы можете рассмотреть работу электрохимических элементов перед тем, как приступить к этому эксперименту.

Цель

Цель состоит в том, чтобы провести экспериментальное измерение числа Авогадро.

Введение

Моль можно определить как граммовую формулу массы вещества или атомную массу элемента в граммах. В этом эксперименте измеряются поток электронов (сила тока или ток) и время, чтобы получить количество электронов, прошедших через электрохимическую ячейку. Количество атомов во взвешенном образце связано с потоком электронов для расчета числа Авогадро.

В этой электролитической ячейке оба электрода медные, а электролит 0,5 М H.₂ТАК₄. Во время электролиза медный электрод (анод), подключенный к положительному контакту источника питания, теряет массу, поскольку атомы меди превращаются в ионы меди. Потеря массы может быть видна в виде точечной коррозии на поверхности металлического электрода. Также ионы меди переходят в водный раствор и окрашивают его в синий цвет.На другом электроде (катоде) газообразный водород выделяется на поверхности за счет восстановления ионов водорода в водном растворе серной кислоты. Реакция:
2 H + (водн.) + 2 электрона -> H₂(грамм)
Этот эксперимент основан на потере массы медного анода, но также можно собрать выделяющийся газообразный водород и использовать его для расчета числа Авогадро.

Материалы

• Источник постоянного тока (аккумулятор или блок питания)
• Изолированные провода и, возможно, зажимы типа «крокодил» для соединения элементов.
• 2 Электроды (например, полоски из меди, никеля, цинка или железа)
• 250-мл стакан 0,5 М H₂ТАК₄ (серная кислота)
• Вода
• Спирт (например, метанол или изопропиловый спирт)
• Небольшой стакан с 6 M HNO₃ (азотная кислота)
• Амперметр или мультиметр
• Секундомер
• Аналитические весы, способные измерять с точностью до 0,0001 грамма.

Процедура

Возьмите два медных электрода. Очистите электрод, который будет использоваться в качестве анода, погрузив его в 6 М раствор HNO.₃ в вытяжном шкафу в течение 2-3 секунд. Немедленно удалите электрод, иначе кислота разрушит его. Не прикасайтесь к электроду пальцами. Промойте электрод чистой водопроводной водой. Затем окуните электрод в стакан со спиртом. Поместите электрод на бумажное полотенце. Когда электрод высохнет, взвесьте его на аналитических весах с точностью до 0,0001 грамма.

Аппарат внешне похож на эту схему электролизера. кроме что вы используете два стакана, соединенных амперметром, а не электроды вместе в растворе. Возьмите стакан с 0,5 М H₂ТАК₄ (коррозионный!) и поместите электрод в каждую мензурку. Перед выполнением каких-либо подключений убедитесь, что источник питания выключен и отсоединен от сети (или подключайте батарею в последнюю очередь). Источник питания подключается к амперметру последовательно с электродами. Положительный полюс источника питания соединен с анодом.Отрицательный стержень амперметра соединяется с анодом (или поместите стержень в раствор, если вас беспокоит изменение массы из-за того, что зажим типа «крокодил» царапает медь). Катод подключается к положительному выводу амперметра. Наконец, катод электролитической ячейки подключается к отрицательному полюсу батареи или источника питания. Помните, масса анода начнет меняться как только вы включите питание, так что приготовьте секундомер!

Вам нужны точные измерения тока и времени. Силу тока следует записывать с интервалом в одну минуту (60 секунд). Имейте в виду, что сила тока может меняться в ходе эксперимента из-за изменений в растворе электролита, температуре и положении электродов. Сила тока, используемая в расчетах, должна быть средней из всех показаний. Позвольте току течь в течение как минимум 1020 секунд (17,00 минут). Измерьте время с точностью до секунды или доли секунды. Через 1020 секунд (или дольше) выключите источник питания, запишите последнее значение силы тока и время.

Теперь вы достаете анод из ячейки, высушиваете его, как и раньше, погрузив в спирт и давая высохнуть на бумажном полотенце, и взвешиваете. Если вы протрите анод, вы удалите медь с поверхности и сделаете свою работу недействительной!

Если можете, повторите эксперимент с теми же электродами.

Пример расчета

Были сделаны следующие измерения:

Потеря массы анода: 0,3554 грамма (г)
Ток (средний): 0,601 ампер (ампер)
Время электролиза: 1802 секунды (с)

Запомнить:
Один ампер = 1 кулон/сек или один ампер.с = 1 кулон
Заряд одного электрона равен 1,602 х 10-19 Кл.