電解セル

概念インストラクター準備学生プロトコル
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Print Procedure Steps
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出典:米国ジョンズ・ホプキンス大学(米国メリーランド州)のSmaa Koraym

  1. 電解セル

    この実験では、電解セルを組み立てて電気めっきを行います。電解セルには、電源で接続されたアノードとカソードが含まれており、セル内の非自発的な酸化還元反応を駆動します。アノード材料が酸化されると、イオンはカソードに移動し、そこでイオンが還元されてめっきされます。

    この実験の場合、電解セルには銅アノードとカソード用の真鍮キーが含まれています。陽極の酸化は銅(2+)イオンを作り出し、それは次に真鍮のキーで還元され、固体銅の薄いめっきを形成する。

    • 手袋、安全ゴーグル、実験用エプロンを着用してください。これらは常に着用する必要があります。
    • 10Ωの抵抗器、銅板電極1本、銅線1本、エメリーペーパー1枚を入手してください。
    • エメリーペーパーを使用して、真鍮のキーと銅シートを磨きます。キーと銅電極を水ですすいでください。真鍮のキーはカソードになり、銅シートはアノードになります。
    • 50mLのビーカーと時計のグラスをインストラクターのフードに持って行き、約20mLのアセトンを採取します。ビーカーの上に時計のガラスを置き、蒸発を防ぎ、ベンチに戻します。
    • 他の50mLビーカーを「有機廃棄物」とラベル付けします。
    • 使い捨てピペットを使用して、銅電極とキーをアセトンですすいでください。廃棄物ビーカーに余分なものを集めます。キーと銅電極をペーパータオルの上に置いて乾かします。
    • キー電極と銅電極の初期質量を測定し、その値を実験ノートに記録します。

      表1:Cuのモルが移動

      キーの質量 (g) 質量の変化 (g) モルCuメッキ Cu電極の質量(g) 質量の変化 (g) モグラCuは失われました
      0 分
      5分
      1st 30 分
      2nd 30 分
      ここをクリックして表 1 をダウンロード
    • 電解槽をセットアップします。ワニ口クリップ付きの電線を1本使用して、バッテリーのマイナス端子を電流プローブに接続します。10 Ω 抵抗を電流プローブのもう一方の端に巻き付けます。
    • 別のワイヤーを使用して、バッテリーのプラス端子を銅電極に接続します。
    • 銅線を真鍮の鍵に巻き付け、電線を使用して電流プローブの抵抗を真鍮の鍵の銅線に接続します。
    • 250mLのビーカーに約200mLの濃硫酸銅を入れます。金額は正確である必要はありません。ビーカーをベンチに戻し、攪拌機の上に置きます。慎重に、ビーカーにマグネチックスターバーを置き、スター設定を高くします。
    • データ収集システムを現在のプローブに接続し、データ収集システムがプローブを感知できるようにします。アンペア単位の読み取り値を返す必要があります。レートを 2 スキャン/分に変更し、期間を 5 分に変更します。
    • 真鍮の鍵をビーカーに入れます。ビーカーの側面から吊るして、キーがほぼ完全に水没し、磁気攪拌バーに触れないようにします。手記： 銅線は溶液に含まれていてはなりません。
    • 銅電極をビーカーに置き、ビーカーの端にぶら下がるように曲げます。攪拌子や真鍮の鍵に触れていないことを確認してください。
    • スキャンを開始し、5分間データを収集します。これは、真鍮のキーにメッキが発生することを確認するためのテストランとして機能します。
    • スキャンが終了したら、キーと銅電極を取り外します。真鍮の鍵盤の銅メッキがはっきりしているはずです。見えない場合は、回路をチェックして、バッテリーが正しい向きで接続されていることを確認してください。
    • 5分間のめっきが成功したら、キーと銅電極を配線から外します。キーから銅線を取り外し、キーと銅電極を水で洗い流し、次にアセトンですすいでください。ペーパータオルの上に置いて乾かします。
    • キーと銅電極の質量を測定し、実験ノートに記録します。
    • キーと銅電極を再接続し、以前と同じように溶液に戻します。データ集録システムで実行を再開し、レートが毎分2スキャンに設定されていることを確認します。期間を30分に設定して、電気めっきプロセスを実行します。
    • スキャンが完了したら、電極とキーを溶液から取り外し、ワイヤーから切り離し、水で洗い流してからアセトンで洗い流します。ペーパータオルで乾かしてから、体重を量り、ノートに質量を記録します。
    • セットアップを組み立て直し、電気めっきを繰り返して2回目の30分間の試用を行います。スキャンが完了したら、キーと銅電極を取り外し、前と同じようにすすぎ、質量を記録します。
    • 記録したデータをフラッシュドライブにテキストファイルとして保存します。
    • クリーンアップするには、攪拌設定をオフにし、鉗子を使用して溶液から攪拌棒を取り外します。アセトンは、インストラクターが提供する有機廃棄物容器に捨ててください。硫酸銅溶液は将来のラボで再利用できるため、濃縮された硫酸銅をカーボイに戻します。
    • すべてのガラス器具を水ですすぎ、インストラクターに戻してください。
  2. Results
    • まず、さまざまな試行中にシステムを通過した合計電荷Qを計算します。1クーロンは、1秒間に1アンペアの電流を流すワイヤを流れる電気の量であり、したがってQ = I x tです。
    • 最初の5分間の電気めっき試験の現在のプローブデータを確認します。 手記： 試行の終了時に電流が0または0に近づくと、電子は銅電極からキーへの流れを停止します。電流の低下が発生する前に記録された値のみを使用してください。めっきプロセスの早い段階で電流が0に低下した場合は、試行を繰り返します。
    • 電流は時間とともに変化するため、平均電流Iを計算します。

      表2:転送された電子のモル

      トライアル時間 (秒) 現在の平均 (A) 合計料金 (C) ほくろ (e?)
      5分
      1st 30 分
      2nd 30 分
      合計
      ここをクリックして表 2 をダウンロード
    • 電気めっき中に転送される総電荷Qを決定するために、合計時間の平均電流を使用してください。5分間の試験中に約20個のクーロンが移植され、各30分の試験中に110〜120個のクーロンが移植されました。65分間の電気めっきプロセス全体で転送された電荷の合計は、約250クーロンでした。
    • 転送された総電荷を使用して、各試行中にめっきされる電子のモルを計算します。めっきされた電子のモルは、転送された総電荷をファラデー定数で割ったものに等しくなります。ファラデー定数は、電子のモルあたりの電荷の大きさを表し、電子の電荷にアボガドロ定数を掛けることによって決定されます。
    • 5分と30分の試行で転送された電子のモル数を決定します。
    • 各試行後にキーにメッキされた銅のモルを計算します。同様に、銅シート電極から失われた銅のモル数を決定します。
    • 電極から失われた銅のモル数と真鍮の鍵盤にメッキされた銅の量を比較します。数字は近いはずです。
    • これらの値が、転送された電子のモル数に基づいて期待されるものと一致するかどうかを確認します。1モルの銅(2+)イオンを還元するには、1モルの固体銅を生成するために2モルの電子が必要です。