Как да изчислим броя на Avogadro експериментално

click fraud protection

Числото на Avogadro не е математически получена единица. Броят на частиците в мол от материал се определя експериментално. Този метод използва електрохимия за определяне. Можете да прегледате работата на електрохимични клетки преди да опитате този експеримент.

Предназначение

Целта е да се направи експериментално измерване на броя на Авогадро.

Въведение

Молът може да се дефинира като грамообразна маса на вещество или атомна маса на елемент в грамове. В този експеримент се измерват електронен поток (ампераж или ток) и време, за да се получи броят на електроните, преминаващи през електрохимичната клетка. Броят на атомите в претеглената проба е свързан с потока на електроните за изчисляване на броя на Авогадро.

В тази електролитична клетка и двата електрода са медни, а електролитът е 0,5 М H2ТАКА4. По време на електролиза медният електрод (анод) свързан с положителния щифт на захранването губи маса, тъй като медните атоми се превръщат в медни йони. Загубата на маса може да се вижда като изкопаване на повърхността на металния електрод. Също така медните йони преминават във водния разтвор и го оцветяват в синьо. На другия електрод (

instagram viewer
катод), водородният газ се освобождава на повърхността чрез редукция на водородни йони във водния разтвор на сярна киселина. Реакцията е:
2 H+(aq) + 2 електрона -> H2(Ж)
Този експеримент се основава на загубата на маса на медния анод, но също така е възможно да се събере отделеният водороден газ и да се използва за изчисляване на броя на Avogadro.

материали

  • Източник на постоянен ток (батерия или захранване)
  • Изолирани проводници и евентуално алигаторни клипове за свързване на клетките
  • 2 електроди (например ленти от мед, никел, цинк или желязо)
  • 250 мл чаша с 0,5 М H2ТАКА4 (сярна киселина)
  • вода
  • Алкохол (например метанол или изопропилов алкохол)
  • Малка чаша с 6 M HNO3 (азотна киселина)
  • Амперметър или мултицет
  • секундомер
  • Аналитичен баланс, способен да измери до 0,0001 грама

процедура

Получете два медни електрода. Почистете електрода, който да се използва като анод, като го потопите в 6 M HNO3 в качулка за 2-3 секунди. Извадете електрода незабавно или киселината ще го унищожи. Не пипайте електрода с пръсти. Изплакнете електрода с чиста чешмяна вода. След това натопете електрода в чаша с алкохол. Поставете електрода върху хартиена кърпа. Когато електродът е сух, претеглете го на аналитичен баланс до най-близките 0,0001 грама.

Апаратът изглежда повърхностно като тази диаграма на електролитна клетка с изключение че използвате два стъклени чаши, свързани с амперметър, а не електродите заедно в разтвор. Вземете чаша с 0,5 М H2ТАКА4 (разяждащ!) и поставете електрод във всяка чаша. Преди да направите някакви връзки, уверете се, че захранването е изключено и изключено (или свържете батерията последно). Захранването е свързано към амперметъра последователно с електродите. Положителният полюс на захранването е свързан към анода. Отрицателният щифт на амперметъра е свързан към анода (или поставете щифта в разтвора, ако се притеснявате от промяната на масата от алигаторен щипка, надраскващ медта). Катодът е свързан с положителния щифт на амперметъра. Накрая катодът на електролитната клетка е свързан към отрицателния пост на батерията или захранването. Не забравяйте, че масата на анода ще започне да се променя веднага щом включите захранването, така че подгответе хронометъра си!

Имате нужда от точни измервания на ток и време. Сила на тока трябва да се записва на интервали от една минута (60 секунди). Имайте предвид, че амперажът може да варира в хода на експеримента поради промени в електролитния разтвор, температура и положение на електродите. Токът, използван при изчисляването, трябва да бъде среден за всички показания. Оставете тока да тече за минимум 1020 секунди (17.00 минути). Измерете времето до най-близката секунда или част от секундата. След 1020 секунди (или повече) изключете записа на захранването на последната стойност на ампеража и времето.

Сега извличате анода от клетката, изсушавате я както преди, като я потапяте в алкохол и оставяте да изсъхне върху хартиена кърпа и я претегляте. Ако избършете анода, ще премахнете медта от повърхността и ще обезсили работата си!

Ако можете, повторете експеримента, като използвате същите електроди.

Изчисляване на пример

Направени са следните измервания:

Загубена анодна маса: 0,3554 грама (g)
Ток (средно): 0,601 ампера (усилвател)
Време на електролиза: 1802 секунди

Помня:
Един ампер = 1 кулон / секунда или един ампер = 1 кулон
Зарядът на един електрон е 1.602 x 10-19 кулона

  1. Намерете общия заряд, преминал през веригата.
    (0,601 amp) (1 coul / 1 amp-s) (1802 s) = 1083 coul
  2. Изчислете броя на електроните в електролизата.
    (1083 coul) (1 електрон / 1.6022 x 1019coul) = 6.759 x 1021 електрона
  3. Определете броя на медните атоми, загубени от анода.
    Процесът на електролиза изразходва два електрона на образувания меден йон. По този начин броят на образуваните медни (II) йони е половината от броя на електроните.
    Брой на Cu2 + йони = ½ брой измервани електрони
    Брой на Cu2 + йони = (6.752 х 1021 електрона) (1 Cu2 + / 2 електрона)
    Брой йони Cu2 + = 3.380 x 1021 Cu2 + йони
  4. Изчислете броя на медните йони на грам мед от броя на медните йони по-горе и масата на произведените медни йони.
    Масата на произвежданите медни йони е равна на загубата на маса на анода. (Масата на електроните е толкова малка, че е незначителна, така че масата на медните йони (II) е същата като масата на медните атоми.)
    загуба на маса на електрод = маса на Cu2 + йони = 0,3554 g
    3.380 x 1021 Cu2 + йони / 0.3544g = 9.510 x 1021 Cu2 + йони / g = 9.510 x 1021 Cu атоми / g
  5. Изчислете броя на медните атоми в мол мед, 63.546 грама.Cu атоми / мол на Cu = (9.510 x 1021 медни атоми / g мед) (63.546 g / mol мед) Cu атоми / мол на Cu = 6.040 x 1023 медни атоми / мол мед
    Това е измерената стойност на ученика от числото на Авогадро!
  6. Изчислете процентната грешка.Абсолютна грешка: | 6.02 x 1023 - 6.04 x 1023 | = 2 х 1021
    Процентна грешка: (2 x 10 21 / 6.02 x 10 23) (100) = 0.3%
instagram story viewer