Avogadro skaitlis nav matemātiski iegūta vienība. Daļiņu skaits materiāla molā tiek noteikts eksperimentāli. Šīs metodes noteikšanai izmanto elektroķīmiju. Jūs varētu vēlēties pārskatīt elektroķīmiskās šūnas pirms šī eksperimenta mēģināšanas.
Mērķis
Mērķis ir eksperimentāli izmērīt Avogadro skaitli.
Ievads
Molu var definēt kā vielas gramu masu vai elementa atomu masu gramos. Šajā eksperimentā mēra elektronu plūsmu (strāvas stiprumu vai strāvu) un laiku, lai iegūtu elektronu skaitu, kas iet caur elektroķīmisko elementu. Atomu skaits nosvērtā paraugā ir saistīts ar elektronu plūsmu, lai aprēķinātu Avogadro skaitli.
Šajā elektrolītiskajā šūnā abi elektrodi ir varš, un elektrolīts ir 0,5 M H2SO4. Elektrolīzes laikā vara elektrods (anoda), kas savienots ar barošanas avota pozitīvo tapu, zaudē masu, jo vara atomi tiek pārveidoti par vara joniem. Masas zudums var būt redzams kā metāla elektrodu virsmas izliekums. Arī vara joni nonāk ūdens šķīdumā un nokrāso to zilā krāsā. Pie otra elektroda (katods
), ūdeņraža gāze tiek atbrīvota uz virsmas, reducējot ūdeņraža jonus sērskābes ūdens šķīdumā. Reakcija ir šāda:2 H+(aq) + 2 elektroni -> H2(g)
Šis eksperiments ir balstīts uz vara anoda masas zudumiem, taču ir iespējams arī savākt attīstīto ūdeņraža gāzi un izmantot to Avogadro skaitļa aprēķināšanai.
Materiāli
- Līdzstrāvas avots (akumulators vai barošanas avots)
- Izolētas vadi un, iespējams, aligatora klipši, lai savienotu šūnas
- 2 elektrodi (piemēram, vara, niķeļa, cinka vai dzelzs sloksnes)
- 250 ml vārglāze ar 0,5 M H2SO4 (sērskābe)
- Ūdens
- Alkohols (piemēram, metanols vai izopropilspirts)
- Neliels vārglāze ar 6 M HNO3 (slāpekļskābe)
- Ampermetrs vai multimetrs
- Hronometrs
- Analītiskie svari, kas spēj izmērīt ar precizitāti līdz 0,0001 gramu
Procedūra
Iegūstiet divus vara elektrodus. Notīriet elektrodu, kas tiks izmantots kā anods, iegremdējot to 6 M HNO3 tvaika nosūcējā 2-3 sekundes. Nekavējoties noņemiet elektrodu, pretējā gadījumā skābe to iznīcinās. Neaiztieciet elektrodu ar pirkstiem. Noskalojiet elektrodu ar tīru krāna ūdeni. Pēc tam iemērciet elektrodu spirta vārglāzē. Novietojiet elektrodu uz papīra dvieļa. Kad elektrods ir sauss, nosver to ar analītisko svaru ar precizitāti līdz 0,0001 gramu.
Aparāts izskatās virspusēji tāds kā šī elektrolītiskās šūnas diagramma izņemot ka jūs izmantojat divus vārglāzes, kas savienoti ar ampērmetru, nevis lai elektrodi būtu kopā. Ņem vārglāzi ar 0,5 M H2SO4 (kodīgs!) un ievietojiet elektrodu katrā vārglāzē. Pirms jebkādu savienojumu izveidošanas pārliecinieties, vai barošanas avots ir izslēgts un atvienots (vai arī akumulators ir pievienots pēdējais). Strāvas padeve ir savienota ar ampērmetru virknē ar elektrodiem. Barošanas avota pozitīvais pols ir savienots ar anodu. Ampermetra negatīvā tapa ir savienota ar anodu (vai arī ievietojiet tapu šķīdumā, ja jūs uztrauc masas izmaiņas no aligatora skavas, kas skrāpē varu). Katods ir savienots ar ampērmetra pozitīvo tapu. Visbeidzot, elektrolītiskās šūnas katods ir savienots ar akumulatora vai barošanas avota negatīvo pastu. Atcerieties, ka anoda masa sāks mainīties tiklīdz ieslēdzat barošanu, tāpēc hronometrs ir gatavs!
Jums ir nepieciešami precīzi pašreizējā un laika mērījumi. Strāvas stiprums amplitūda jāreģistrē ar vienas minūtes (60 sekunžu) intervālu. Ņemiet vērā, ka ampērūdens eksperimenta laikā var mainīties elektrolīta šķīduma, temperatūras un elektrodu stāvokļa izmaiņu dēļ. Aprēķinā izmantotajam strāvas stiprumam amplitūdā jābūt visu rādījumu vidējam lielumam. Ļaujiet strāvai plūst vismaz 1020 sekundes (17.00 minūtes). Izmēriet laiku līdz tuvākajai sekundei vai sekundes daļai. Pēc 1020 sekundēm (vai ilgāk) izslēdziet barošanas avota reģistrēto pēdējo strāvas stiprumu un laiku.
Tagad jūs noņemat anodu no šūnas, izžāvējiet to tāpat kā iepriekš, iegremdējot to spirtā un ļaujot nožūt uz papīra dvieļa, un nosveriet. Noslaukot anodu, no virsmas tiks noņemts varš un darbs tiks padarīts nederīgs!
Ja varat, atkārtojiet eksperimentu, izmantojot tos pašus elektrodus.
Parauga aprēķins
Tika veikti šādi mērījumi:
Zaudētā anoda masa: 0,3554 grami (g)
Pašreizējais (vidējais): 0,601 ampēros (ampēros)
Elektrolīzes laiks: 1802 sekundes (s)
Atcerieties:
Viens ampērs = 1 kulons sekundē vai viens amp. = 1 kulons
Viena elektrona lādiņš ir 1,602 x 10-19 kulons
-
Atrodiet kopējo lādiņu, kas izlaista caur ķēdi.
(0,601 amp) (1 coul / 1 amp) (1802 s) = 1083 coul -
Aprēķiniet elektronu skaitu elektrolīzē.
(1083 coul) (1 elektrons / 1,6022 x 1019 coul) = 6,759 x 1021 elektroni -
Nosakiet vara atomu skaitu, kas zaudēts no anoda.
Elektrolīzes procesā patērē divus elektronus uz katru izveidoto vara jonu. Tādējādi izveidoto vara (II) jonu skaits ir puse no elektronu skaita.
Cu2 + jonu skaits = ½ izmērīto elektronu skaits
Cu2 + jonu skaits = (6,752 x 1021 elektroni) (1 Cu2 + / 2 elektroni)
Cu2 + jonu skaits = 3,380 x 1021 Cu2 + jonu -
Aprēķiniet vara jonu skaitu vienā gramā vara no augšējā vara jonu skaita un iegūto vara jonu masas.
Izgatavoto vara jonu masa ir vienāda ar anoda masas zudumiem. (Elektronu masa ir tik maza, ka ir nenozīmīga, tāpēc vara (II) jonu masa ir tāda pati kā vara atomu masa.)
elektrodu masas zudums = Cu2 + jonu masa = 0,3554 g
3,380 x 1021 Cu2 + joni / 0,3544 g = 9,510 x 1021 Cu2 + joni / g = 9,510 x 1021 Cu atomi / g -
Aprēķiniet vara atomu skaitu vara molā, 63,546 gramos.Cu atomi / mols Cu = (9,510 x 1021 vara atomi / g vara) (63,546 g / mols vara) Cu atomi / mols Cu = 6,040 x 1023 vara atomi / mols vara
Šī ir studenta noteiktā Avogadro skaitļa vērtība! -
Aprēķiniet kļūdu procentos.Absolūta kļūda: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
Procentuālā kļūda: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%