V. Контрольные вопросы.

1. Что называется силой тока и напряжением? В каких единицах они измеряются?

2. Напишите закон Ома для участка цепи и для замкнутой цепи.

3. Как зависит сопротивление проводников от температуры и размеров?

4. Сформулируйте правила Кирхгофа.

5. Нарисуйте схему моста Уитстона и поясните ее.

Лабораторная работа № 14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить электрохимический эквивалент меди. Число Фарадея, проверить справедливость закона Фарадея.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: вольтаметр, источник питания, амперметр, реостат, ключ, соединительные провода, часы, весы с разновесами, наждачная бумага, электроплитка.

1. Краткие теоретические сведения.

Вещества, растворы которых в воде и некоторых других диэлектрических жидкостях проводит электрический ток, называют электролитами или проводниками второго рода.

Выясним механизм проводимости водных растворов электролитов на примере раствора поваренной соли NaCI.

Взаимодействие атомов натрия и хлора в молекуле поваренной соли упрощенно можно представить как взаимодействие двух ионов: положительно заряженного иона Na⁺и отрицательно заряженного ионаCI.^-(рис.1). Объясняется это тем, что единственный валентный электрон у натрия слабо связан с атомом. При образовании молекулNaCI. этот электрон переходит к атому хлора, превращая его в отрицательный ионCI.^-; в соответствии с этим молекулуNaCIможно схематически изобразить в виде диполя (рис. 2).

Рис.2

При растворении поваренной соли в воде молекулы NaCIпопадают в окружение молекул воды, которое тоже являются диполями. В электрическом поле, создаваемом молекулойNaCI, молекулы воды ориентируются так, как показано из рис. 2. При этом они растягивают молекулуNaCIнастолько, что незначительная ее встряска при отклонении с другими молекулами разрушает ее. Часть молекулNaCIраспадается - диссоциирует на ионыNa⁺иCI.^-. Этот процесс называется электролитической диссоциацией. Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы – рекомбинировать.

При неизменных условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся в единицу времени на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь воссоединяющихся в нейтральные молекулы. Другими словами, в водных растворах электролитов всегда имеются в наличии свободные носители зарядов – положительно и отрицательно заряженные ионы.

Если в сосуд с раствором электролита опустить электроды и включить их в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а положительные к отрицательному – катоду. В результате устанавливается электрический ток. Поскольку перенос заряда в водных растворах или расплавах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.

При прохождении тока, например, через раствор медного купороса СuSO₄происходит следующий процесс. Положительные ионы Сu⁺⁺при соприкосновении с катодом получают недостающие электроны и выделяются на катоде в виде нейтральных атомов. Отрицательные ионы (SO₄)^{- -} при соприкосновении с анодом отдают лишние электроны. Появившиеся на аноде электроны по внешней цепи переходят на катод и там соединяются с положительными ионами. Если анод медный, то нейтрализовавшиеся ионыSO₄вступают с ними в химическую реакцию и вновь образуют молекулы медного купороса:SO₄+ СuСuSO₄

В результате количество медного купороса в растворе остается неизменным, на катоде выделяется медь, а медь с анода, вступая в химическую реакцию с группой SO₄, переходит в раствор.

Процесс выделения на электродах продуктов разложения электролита при прохождении через этот электролит электрического тока, называется электролизом. Согласно первому закону Фарадея, масса выделивщегося на электроде вещества mпропорциональна силе токаIи времени его прохожденияt.

(1)

где k-коэффициент пропорциональности, аIt=qзаряд, перенесенный ионами за времяt.

Из формулы /1/ видно, что коэффициент kчисленно равен массе выделившегося на электродах вещества при переносе ионами заряда, равного 1 Кулону. Величинуkназывают электрохимическим эквивалентом данного вещества. Электрохимический эквивалент выражается в кг/Кл.

Согласно второму закону Фарадея, электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому эквиваленту .

(2)

где М – молярная масса вещества,

Z– валентность,

С – постоянная величина, одинаковая для всех элементов.

Введя вместо коэффициента С величину, ему обратную, второй закон Фарадея можно переписать в виде :

(3)

где -число Фарадея.

Объединяя формулы /1/и /3/, получим:

Если масса выделившегося вещества равна его химическому эквиваленту, т. е. /m/=//,то /F/=/q/. Таким образом, число ФарадеяFчисленно равно количеству электричестваg, при прохождении которого через электролит на электроде выделяется количество вещества, равное химическому эквиваленту,F=9.6484*10⁴Кл/моль.

В настоящей работе требуется определить электрохимический эквивалент меди и число Фарадея.