전해 전지

개념강사 준비학생 프로토콜
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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

출처: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

  1. 확장

    이 실험에서는 전기 도금을 수행하기 위해 전해 전지를 조립합니다. 전해 전지에는 전원으로 연결된 양극과 음극이 포함되어 있으며, 이는 전지에서 비자발적 산화 환원 반응을 유도합니다. 양극 물질이 산화되면 이온은 음극으로 이동하여 환원되고 도금됩니다.

    이 실험의 경우, 전해 전지에는 구리 양극과 음극을 위한 황동 키가 포함되어 있습니다. 양극의 산화는 구리(2+) 이온을 생성한 다음 황동 키에서 환원되어 단단한 구리의 얇은 도금을 형성합니다.

    • 장갑, 보안경, 실험실 앞치마를 착용하십시오. 항상 착용해야 합니다.
    • 10옴 저항기 1개, 구리 시트 전극 1개, 구리선 1개, 에머리 종이 1장을 얻습니다.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "1-5">
      에머리 종이를 사용하여 황동 열쇠와 구리 시트를 연마합니다. 키와 구리 전극을 물로 헹굽니다. 황동 키는 음극이 되고 구리 시트는 양극이 됩니다.
    • 50mL 비커 1개와 시계 유리를 강사의 후드에 가져가 약 20mL의 아세톤을 얻습니다. 증발을 방지하기 위해 비커 위에 시계 유리를 놓고 벤치로 다시 가져오십시오.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "1-7">
      다른 50mL 비커를 '유기성 폐기물'로 표시합니다.
      < 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-8">
      일회용 피펫을 사용하여 구리 전극과 키를 아세톤으로 헹굽니다. 폐기물 비커에 초과분을 수집하십시오. 열쇠와 구리 전극을 종이 타월에 올려 말리십시오.
      < 데이터 하위 노트 항목 = "1-9">
      키와 구리 전극의 초기 질량을 측정하고 그 값을 실험실 노트에 기록합니다.

      표 1: 이송된 Cu의 몰

      분 분
      키의 질량 (g) 질량 변화 (g) 몰 Cu 도금 Cu 전극의 질량 (g) 질량 변화 (g) 몰 Cu 손실
      0
      5
      1st 30 min
      2nd 30 분
      표 1을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오
      .
    • 전해조를 설정합니다. 앨리게이터 클립이 있는 하나의 전선을 사용하여 배터리의 음극 단자를 전류 프로브에 연결합니다. 전류 프로브의 다른 쪽 끝을 10옴 저항으로 감쌉니다.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "1-11">
      다른 전선을 사용하여 배터리의 양극 단자를 구리 전극에 연결합니다.
      < 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-12">
      구리선을 황동 건반에 감고 전선을 사용하여 전류 프로브의 저항을 황동 건반의 구리선에 연결합니다.
      < 데이터 하위 메모 항목 = "1-13">
      250mL 비커에서 약 200mL의 농축 황산구리를 얻습니다. 금액이 정확할 필요는 없습니다. 비커를 벤치로 다시 가져와 교반 접시에 놓습니다. 조심스럽게 비커에 마그네틱 교반 막대를 놓고 교반 설정을 높음으로 켭니다.
      < 데이터 하위 노트 항목 = "1-14">
      데이터 수집 시스템을 전류 프로브에 연결하고 데이터 수집 시스템이 프로브를 감지할 수 있도록 합니다. 암페어 단위로 판독값을 반환해야 합니다. 속도를 분당 2회 검사로 변경하고 기간을 5분으로 변경합니다.
      < 데이터 하위 노트 항목 = "1-15">
      비커에 황동 열쇠를 놓습니다. 키가 거의 완전히 잠기지만 마그네틱 교반 막대에 닿지 않도록 비커 측면에 걸어두십시오. 메모: 구리선이 용액에 있으면 안 됩니다.
    • 구리 전극을 비커에 넣고 구부려 비커의 가장자리에 걸리도록 합니다. 교반 막대나 황동 키에 닿지 않도록 하십시오.
    • < 데이터 하위 메모 항목 = "1-17">
      스캔을 시작하고 5분 동안 데이터를 수집하도록 합니다. 이것은 황동 건반에서 도금이 발생하는지 확인하기 위한 테스트 실행으로 작동합니다.
    • 스캔이 끝나면 키와 구리 전극을 제거합니다. 황동 열쇠의 구리 도금이 분명해야 합니다. 보이지 않으면 회로를 확인하여 배터리가 올바른 방향으로 연결되어 있는지 확인하십시오.
    • 5분 도금을 성공적으로 완료했으면 배선에서 키와 구리 전극을 분리합니다. 키에서 구리선을 제거하고 키와 구리 전극을 물로 헹군 다음 아세톤으로 헹굽니다. 종이 타월에 올려 말리십시오.
    • 키와 구리 전극의 질량을 측정하고 실험실 노트에 기록합니다.
    • < 데이터 하위 메모 항목 = "1-21">
      키와 구리 전극을 다시 연결하고 이전과 같이 용액에 다시 넣습니다. 데이터 수집 시스템에서 실행을 다시 시작하여 속도가 분당 2회 스캔으로 설정되어 있는지 확인합니다. 지속 시간을 30분으로 설정하고 전기 도금 프로세스를 실행하도록 합니다.
    • 스캔이 완료되면 용액에서 전극과 키를 제거하고 전선에서 분리한 다음 물로 헹군 다음 아세톤으로 헹굽니다. 종이 타월로 말리게 한 다음 무게를 재고 공책에 질량을 기록하십시오.
    • 설정을 재조립하고 두 번째 30분 시도를 위해 전기 도금을 반복합니다. 스캔이 완료되면 키와 구리 전극을 제거하고 이전과 같이 헹구고 질량을 기록합니다.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "1-24">
      기록된 데이터를 플래시 드라이브에 텍스트 파일로 저장합니다.
      < 데이터 하위 메모 항목 = "1-25">
      청소하려면 교반 설정을 끄고 집게를 사용하여 용액에서 교반 막대를 제거하십시오. 강사가 제공한 유기 폐기물 용기에 아세톤을 폐기하십시오. 황산구리 용액은 향후 실험실에서 재사용할 수 있으므로 농축된 황산구리를 카보이에 다시 붓습니다.
      < 데이터 하위 메모 항목 = "1-26">
      모든 유리 제품을 물로 헹구고 강사에게 반납하십시오.
  2. 확장
      < 데이터 하위 메모 항목 = "2-1">
      먼저 다른 시도 동안 시스템을 통해 흐른 총 전하 Q를 계산합니다. 1쿨롱은 1초에 1암페어의 전류를 전달하는 전선을 통해 흐르는 전기의 양이므로 Q = I x t입니다.
    • 첫 번째 5분 전기도금 시험에 대한 현재 프로브 데이터를 검토합니다. 메모: 시험이 끝날 때 전류가 0으로 떨어지거나 0에 가까워지면 전자가 구리 전극에서 키로 흐르는 것을 멈췄습니다. 전류 강하가 발생하기 전에 기록된 값만 사용하십시오. 도금 공정 초기에 전류가 0으로 떨어지면 시험을 반복하십시오.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "2-3">
      전류는 시간이 지남에 따라 변하므로 평균 전류 I를 계산합니다.

      표 2: 전달된 전자의 몰

      시험판 시간 (초) 현재평균(A) 총 충전량(C) 두더지(e?)
      5
      1st 30 min
      2nd 30 분
      합계
      표 2를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오
      . < 데이터 하위 노트 항목 = "2-4">
      총 시간 동안의 평균 전류를 사용하여 전기 도금 중에 전달된 총 전하를 계산합니다. 5분 동안 약 20개의 쿨롱이 전송되었으며, 각 30분 테스트 동안 110에서 120개의 쿨롱이 전송되었습니다. 전체 65분 전기 도금 공정에서 전달된 총 전하는 약 250쿨롱이었습니다.
      < 데이터 하위 메모 항목 = "2-5">
      전송된 총 전하를 사용하여 각 시도 중에 도금된 전자의 몰을 계산합니다. 도금된 전자의 몰은 전달된 총 전하를 패러데이 상수로 나눈 값과 같습니다. 패러데이 상수는 전자 몰당 전하의 크기를 나타내며 전자의 전하에 아보가드로 상수를 곱하여 결정됩니다.
    • 5분 및 30분 시험을 위해 전달된 전자의 몰을 결정합니다.
    • < 데이터 하위 노트 항목 = "2-7">
      각 시도 후에 키에 도금된 구리 몰을 계산합니다. 유사하게, 구리 시트 전극에서 손실된 구리의 몰을 결정합니다.
    • 전극에서 손실된 구리 몰을 황동 키에 도금된 양과 비교합니다. 숫자는 가까워야 합니다.
    • < 데이터 하위 메모 항목 = "2-9">
      이러한 값이 전송된 전자의 몰 수를 기반으로 예상되는 값과 일치하는지 확인합니다. 1몰의 구리(2+) 이온을 환원하려면 1몰의 고체 구리를 생성하기 위해 2몰의 전자가 필요합니다.