Jak eksperymentalnie obliczyć liczbę Avogadro

Liczba Avogadro nie jest jednostką matematyczną. Liczbę cząstek w molach materiału określa się eksperymentalnie. Ta metoda wykorzystuje elektrochemię do ustalenia. Możesz przejrzeć działanie ogniwa elektrochemiczne przed przystąpieniem do tego eksperymentu.

Celem jest eksperymentalny pomiar liczby Avogadro.

Mol może być zdefiniowany jako gramowa formuła masy substancji lub masa atomowa pierwiastka w gramach. W tym eksperymencie mierzy się przepływ elektronów (natężenie lub prąd) i czas w celu uzyskania liczby elektronów przechodzących przez ogniwo elektrochemiczne. Liczba atomów w zważonej próbce jest związana z przepływem elektronów w celu obliczenia liczby Avogadro.

W tym ogniwie elektrolitycznym obie elektrody są miedziane, a elektrolit wynosi 0,5 MH₂WIĘC₄. Podczas elektrolizy elektroda miedziana (anoda) połączony z dodatnim stykiem zasilacza traci masę, gdy atomy miedzi są przekształcane w jony miedzi. Utrata masy może być widoczna jako wżeranie powierzchni metalowej elektrody. Jony miedzi również przechodzą do roztworu wodnego i zabarwiają go na niebiesko. Na drugiej elektrodzie (

• Źródło prądu stałego (akumulator lub zasilacz)
• Izolowane przewody i ewentualnie zaciski krokodylkowe do połączenia komórek
• 2 elektrody (np. Paski miedzi, niklu, cynku lub żelaza)
• Zlewka 250 ml 0,5 M H₂WIĘC₄ (Kwas Siarkowy)
• woda
• Alkohol (np. Metanol lub alkohol izopropylowy)
• Mała zlewka 6 M HNO₃ (kwas azotowy)
• Amperomierz lub multimetr
• Stoper
• Waga analityczna zdolna do pomiaru z dokładnością do 0,0001 grama

Uzyskaj dwie miedziane elektrody. Oczyść elektrodę, która ma być używana jako anoda, zanurzając ją w 6 M HNO₃ pod wyciągiem przez 2-3 sekundy. Natychmiast wyjmij elektrodę, inaczej kwas ją zniszczy. Nie dotykaj elektrody palcami. Opłucz elektrodę czystą wodą z kranu. Następnie zanurz elektrodę w zlewce z alkoholem. Umieść elektrodę na ręczniku papierowym. Gdy elektroda jest sucha, zważ ją na wadze analitycznej z dokładnością do 0,0001 grama.

Aparat wygląda powierzchownie jak ten schemat ogniwa elektrolitycznego z wyjątkiem że używasz dwóch zlewek połączonych amperomierzem zamiast trzymania elektrod razem w roztworze. Weź zlewkę z 0,5 M H₂WIĘC₄ (żrący!) i umieść elektrodę w każdej zlewce. Przed wykonaniem jakichkolwiek połączeń upewnij się, że zasilacz jest wyłączony i odłączony od zasilania (lub podłącz akumulator na końcu). Zasilacz jest podłączony do amperomierza szeregowo z elektrodami. Biegun dodatni zasilacza jest podłączony do anody. Styk ujemny amperomierza jest podłączony do anody (lub umieść styk w roztworze, jeśli martwisz się zmianą masy od zacisku krokodylowego drapiącego miedź). Katoda jest podłączona do dodatniego styku amperomierza. Na koniec katoda ogniwa elektrolitycznego jest podłączona do ujemnego bieguna akumulatora lub zasilacza. Pamiętaj, że masa anody zacznie się zmieniać jak tylko włączysz zasilanie, więc przygotuj stoper!

Potrzebujesz dokładnych pomiarów prądu i czasu. Natężenie prądu należy rejestrować w odstępach jednominutowych (60 sekund). Należy pamiętać, że natężenie prądu może się zmieniać w trakcie eksperymentu z powodu zmian w roztworze elektrolitu, temperatury i położenia elektrod. Natężenie zastosowane w obliczeniach powinno być średnią wszystkich odczytów. Pozwól, aby prąd płynął przez co najmniej 1020 sekund (17,00 minut). Zmierz czas z dokładnością do sekundy lub ułamka sekundy. Po 1020 sekundach (lub dłużej) wyłącz zasilacz zapisz ostatnią wartość natężenia prądu i czas.

Teraz wyjmij anodę z komórki, wysusz ją jak poprzednio, zanurzając ją w alkoholu i pozostawiając do wyschnięcia na ręczniku papierowym, a następnie zważ. Po przetarciu anody usuniesz miedź z powierzchni i unieważnisz swoją pracę!

Jeśli możesz, powtórz eksperyment, używając tych samych elektrod.

Wykonano następujące pomiary:

Utrata masy anody: 0,3555 gramów (g)
Prąd (średni): 0,601 ampera (amp)
Czas elektrolizy: 1802 sekund

Zapamiętaj:
Jeden amper = 1 kulomb / sekunda lub jeden amper.s = 1 kulomb
Ładunek jednego elektronu wynosi 1,602 x 10-19 kulomb

1. Znajdź całkowitą opłatę przepuszczoną przez obwód.
   (0,601 amp) (1 coul / 1 amp-s) (1802 s) = 1083 coul
2. Oblicz liczbę elektronów podczas elektrolizy.
   (1083 coul) (1 elektron / 1,6022 x 1019 kul) = 6,759 x 1021 elektronów
3. Określić liczbę atomów miedzi utraconych z anody.
   Proces elektrolizy zużywa dwa elektrony na utworzony jon miedzi. Tak więc liczba utworzonych jonów miedzi (II) jest o połowę mniejsza niż elektronów.
   Liczba jonów Cu2 + = ½ liczby zmierzonych elektronów
   Liczba jonów Cu2 + = (6,752 x 1021 elektronów) (1 elektron Cu2 + / 2)
   Liczba jonów Cu2 + = 3.380 x 1021 jonów Cu2 +
4. Oblicz liczbę jonów miedzi na gram miedzi na podstawie liczby jonów miedzi powyżej i masy wytworzonych jonów miedzi.
   Masa wytworzonych jonów miedzi jest równa utracie masy anody. (Masa elektronów jest tak mała, że ​​nie ma znaczenia, więc masa jonów miedzi (II) jest taka sama jak masa atomów miedzi.)
   utrata masy elektrody = masa jonów Cu2 + = 0,3555 g
   3,380 x 1021 Cu2 + jony / 0,3544 g = 9,510 x 1021 Cu2 + jony / g = 9,510 x 1021 Cu atomów / g
5. Obliczyć liczbę atomów miedzi w molu miedzi, 63,546 gramów.Atomy Cu / mol Cu = (9,510 x 1021 atomów miedzi / g miedzi) (63,546 g / mol miedzi) Atomy Cu / mol Cu = 6,040 x 1023 atomów miedzi / mol miedzi
   Jest to zmierzona przez ucznia wartość liczby Avogadro!
6. Oblicz błąd procentowy.Błąd bezwzględny: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Błąd procentowy: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%