Лабораторна робота № 11.

Тема: Визначення заряду електрона за допомогою електролізу.

Мета: експериментально визначити заряд електрона, використовуючи закон Фарадея для електролізу.

Обладнання: електролітична ванна з водним розчином сульфату міді (CuSO₄), мідні електроди, джерело постійного струму, секундомір, амперметр, терези з гирями, реостат, наждачний папір, фільтрувальний папір, ключ, електроплитка, вимикач, з'єднувальні провідники.

Теоретичні відомості.

Електроліти - це розчини та розплави солей, кислот і лугів. Під час розчину у воді нейтральні молекули розчиненої речовини внаслідок теплових співударів розпадаються на позитивні й негативні іони, а сам процес розпаду називають електролітичною дисоціацією. Одночасно з дисоціацією внаслідок співударів стають можливими зворотні процеси возз'єднання різнойменних іонів у нейтральні молекули. Цей процес називають рекомбінацією. У такому стані електроліту встановлюється рухома (динамічна) рівновага, при якій число іонів, які утворюються внаслідок дисоціації, дорівнює числу іонів, які рекомбінують за той самий час. Коли зовнішнє електричне поле відсутнє, іони в електроліті здійснюють хаотичний тепловий рух.

Якщо в електроліт помістити два електроди з різницею потенціалів (мал.1), то позитивно заряджені іони переміщуватимуться у напрямі електричного поля до катода (негативний електрод), а негативно заряджені іони - у протилежному напрямі до анода (позитивний електрод).

На хаотичний тепловий рух накладається напрямлене зміщення іонів, тобто виникає

електричний струм. Отже, електропровідність електролітів є іонною і струм

в електролітах - це напрямлений рух позитивних і негативних іонів. Під час

проходження електричного струму на електродах виділяються речовини, які входять до

складу електролітів. Процес виділення речовини на електродах під час

проходження електричного струму через електроліт називається електролізом.

У 1833 році Фарадей встановив закон електролізу, який визначає масу речовини, що

виділилася на електроді:

(1)

де М - молярна маса речовини; Z - її валентність; N_A = 6,02 • 10²³ моль ^-1 - стала Авогадро; e - заряд електрона; I - сила струму, що проходить крізь розчин; t - час проходження струму. Використовуючи співвідношення (1), можна визначити заряд електрона:

(2)

Для визначення маси речовини, що виділиться на катоді, його зважують до і після досліду (т₁ і т₂), тому маса речовини т = т₂ – т₁. Отже, формула для визначення заряду електрона буде мати вигляд:

(3)

Хід роботи.

1. Зробіть у верхній частині катода позначку, щоб надалі

не переплутати його з анодом. Будьте уважні: катод повинен

підключатися до негативного полюсу джерела струму!

2. Для отримання маси катода т₁ до досліду, зважте його.

3. Закріпіть електроди в тримачі і, не занурюючи їх у ванну з

розчином CuSO₄, складіть електричне коло (мал.2).

4. Опустіть електроди у ванну з розчином. Замкнувши

вимикач, встановіть за допомогою реостата силу струму не

більше 1 А і підтримуйте її постійною (за допомогою реостата)

до кінця досліду (протягом 15-20 хв).

5. Розімкніть вимикач, вийміть катод, обережно промийте

його водою, просушіть спочатку фільтрувальним папером, а

потім над електроплиткою.

6. Для отримання маси катода т₂ після досліду, зважте його.

7. Визначте масу речовини, що виділилась на катоді:

m = m₂ - m₁

8. За формулою (3) обчисліть заряд електрона.

9. Результати вимірювань та обчислень запишіть у таблицю:

m1, кг	m2, кг	m, кг	NА, моль-1	Z	I, А	t, c	M, кг/моль	е, Кл

10. Визначте похибки вимірювань сили струму ∆I, часу ∆t і маси ∆m. Обчисліть відносну й абсолютну похибки вимірювання значення заряду електрона:

11. Запишіть результат визначення заряду електрона у вигляді: e = е_обч ± ∆e.

12. Порівняйте обчислене значення заряду електрона е_обч з табличним е_табл = 1,6 10 ^-19 Кл. Обчисліть відносне відхилення (у %) обчисленого значення заряду електрона від табличного:

13. Зробіть висновок.