Elektrolitik Hücreler

Elektrolitik Hücreler

What is the role of the anode and cathode in an electrolytic cell?

How does electroplating work in this experiment?

What does the Faraday constant represent in electrochemistry calculations?

How do you calculate the total charge transferred during electroplating?

Why must the copper electrode and brass key be polished before the experiment?

What is the relationship between moles of electrons transferred and moles of copper plated?

How should you handle the current data if it drops to zero during electroplating?

Browse More Videos

Browse More Videos

Tablo 1: Aktarılan Cu molleri

Tablo 2: Aktarılan elektron molleri

In an electrolytic cell, the anode is oxidized by the power source, releasing ions that travel through the solution to the cathode. At the cathode, these ions are reduced and plated onto the surface. The copper anode oxidizes to produce copper(2+) ions, which are then reduced and deposited as solid copper on the brass cathode.

Electroplating occurs when copper(2+) ions from the copper anode migrate through the copper sulfate solution and are reduced at the brass cathode, forming a thin layer of solid copper. The power source drives this nonspontaneous redox reaction, transferring electrons that reduce the ions into metal plating on the cathode surface.

The Faraday constant represents the magnitude of electric charge per mole of electrons, calculated by multiplying the charge of an electron by Avogadro's constant. It is used to convert total charge transferred in coulombs into moles of electrons, enabling calculation of moles of metal plated during electroplating.

Total charge is calculated using the equation Q = I × t, where Q is charge in coulombs, I is average current in amperes, and t is time in seconds. The current probe measures current over time, and averaging these values allows you to determine the total charge transferred throughout the electroplating process.

Polishing with emery paper removes surface oxidation and contaminants from both the copper electrode and brass key, ensuring clean electrode surfaces. This preparation improves electrical contact and allows accurate measurement of mass changes during electroplating, since only the intended copper deposition is measured.

The reduction of one mole of copper(2+) ions requires two moles of electrons to produce one mole of solid copper. By calculating moles of electrons from total charge using the Faraday constant, you can predict the expected moles of copper plated and verify this matches the measured mass change of the cathode.

If current drops to zero or near zero during a trial, electrons have stopped flowing and the plating process has halted. Only use current values recorded before the drop occurs when calculating average current and total charge. If current drops early, repeat the trial to ensure sufficient electroplating occurs.

Kavramlar Eğitmen Hazırlığı Öğrenci Protokolü

0 görüntülenme02:52 dk.

Elektrokimyasal reaksiyonlar, teknolojideki ve insan vücudundaki birçok süreç için hayati önem taşır ve elektronların bir kimyasal türden diğerine transferini içerir. Bu reaksiyonlara indirgeme-oksidasyon reaksiyonları veya redoks reaksiyonları denir.

Bir tür elektron kaybettiğinde oksidasyona uğrar ve biz onun oksitlendiğini söyleriz. Bir tür elektron kazandığında indirgenme geçirmiştir ve biz onun indirgendiğini söylüyoruz. Elektrokimyasal bir galvanik hücrede, elektrik enerjisi üreten redoks reaksiyonları kendiliğinden meydana gelir. Bununla birlikte, bir elektrolitik hücrede, redoks reaksiyonlarının meydana gelmesine neden olan elektrik enerjisi uygulanır.

Bir elektrolitik hücre, elektron akışını sağlamak için gereken iyonların yanı sıra oksitlenmiş veya indirgenmiş herhangi bir kimyasal türü içeren elektrolit adı verilen reaksiyon çözeltisinden oluşur. Elektrolitik hücre, elektrolitik çözeltiye batırılmış iki metal elektrota sahiptir. Harici bir devre, devreyi tamamlayan ve voltaj veya akım uygulamamızı sağlayan iki elektrotu birbirine bağlar.

Uygulanan akım veya voltaj, elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesine neden olan şeydir. Oksidasyon yarı reaksiyonu anotta meydana ge

Print Procedure Steps

Kaynak: Smaa Koraym, Johns Hopkins Üniversitesi, MD, ABD

Electrolytic Cells
Bu deneyde, elektrokaplama yapmak için bir elektrolitik hücre monte edeceksiniz. Bir elektrolitik hücre, hücredeki spontan olmayan redoks reaksiyonunu yönlendiren bir güç kaynağı ile bağlanmış bir anot ve katot içerir. Anot malzemesi oksitlendiğinde, iyonlar katoda gider ve burada indirgenir ve kaplanır.

Bu deney durumunda, elektrolitik hücre bir bakır anot ve katot için bir pirinç anahtar içerir. Anotun oksidasyonu, bakır (2+) iyonları oluşturur ve bunlar daha sonra pirinç anahtar üzerinde indirgenerek ince bir katı bakır kaplama oluşturur.
- Her zaman giyilmesi gereken eldivenler, koruyucu gözlükler ve laboratuvar önlüğü takın.
- Bir adet 10 ohm direnç, bir bakır levha elektrot, bir bakır tel ve bir parça zımpara kağıdı edinin.
- Pirinç anahtarı ve bakır levhayı parlatmak için zımpara kağıdını kullanın. Anahtarı ve bakır elektrodu suyla durulayın. Pirinç anahtar katot olacak ve bakır levha anot olacaktır.
- Eğitmenin kaputuna bir adet 50 mL'lik beher ve bir saat camı alın ve yaklaşık 20 mL aseton elde edin. Buharlaşmayı önlemek için saat camını beherin üzerine yerleştirin ve tezgahınıza geri getirin.
- Diğer 50 mL'lik kabı 'organik atık' olarak etiketleyin.
- Bakır elektrodu ve anahtarı asetonla durulamak için tek kullanımlık bir pipet kullanın. Atık kabındaki fazlalığı toplayın. Anahtarı ve bakır elektrodu kuruması için bir kağıt havlu üzerine koyun.
- Anahtarın ve bakır elektrotun ilk kütlelerini ölçün ve değerlerini laboratuvar not defterinize kaydedin.
  Tablo 1: Aktarılan Cu molleri
  
  Anahtarın kütlesi (g) Kütledeki değişim (g) Köstebek Cu kaplama Cu elektrot kütlesi (g) Kütledeki değişim (g) Köstebek Cu kaybetti
  0 dk
  5 dk
  1^st 30 dk
  2^nd 30 dk
  Tablo 1'i indirmek için buraya tıklayın
- Elektrolitik hücreyi ayarlayın. Aküdeki negatif terminali akım probuna bağlamak için timsah klipsli bir elektrik kablosu kullanın. 10 ohm'luk direnci akım probunun diğer ucunun etrafına sarın.
- Pilin pozitif terminalini bakır elektroda bağlamak için başka bir kablo kullanın.
- Bakır teli pirinç anahtarın etrafına sarın ve akım probu üzerindeki direnci pirinç anahtar üzerindeki bakır tele bağlamak için bir elektrik kablosu kullanın.
- 250 mL'lik bir beherde yaklaşık 200 mL konsantre bakır sülfat elde edin. Miktarın kesin olması gerekmez. Beheri tezgahınıza geri getirin ve karıştırma plakasına koyun. Dikkatlice, behere manyetik bir karıştırma çubuğu yerleştirin ve karıştırma ayarını yükseğe getirin.
- Veri toplama sistemini mevcut proba bağlayın ve veri toplama sisteminin probu algılamasına izin verin. Amper cinsinden bir okuma döndürmelidir. Hızı dakikada iki taramaya ve süreyi 5 dakikaya değiştirin.
- Pirinç anahtarı behere yerleştirin. Anahtarın neredeyse tamamen suya batırılması, ancak manyetik karıştırma çubuğuna dokunmaması için beherin yanından asın. not: Bakır tel çözelti içinde olmamalıdır.
- Bakır elektrodu behere yerleştirin ve beherin kenarından sarkacak şekilde bükün. Karıştırma çubuğuna veya pirinç anahtara dokunmadığından emin olun.
- Taramayı başlatın ve 5 dakika boyunca veri toplamasına izin verin. Bu, pirinç anahtar üzerinde kaplamanın gerçekleştiğinden emin olmak için bir test çalıştırması görevi görecektir.
- Tarama bittikten sonra anahtarı ve bakır elektrodu çıkarın. Pirinç anahtarın üzerindeki bakır kaplama belirgin olmalıdır. Görünmüyorsa, pilin doğru yönde bağlandığından emin olmak için devrenizi kontrol edin.
- 5 dakikalık başarılı bir kaplamayı tamamladıktan sonra, anahtarı ve bakır elektrodu kablolardan ayırın. Bakır teli anahtardan çıkarın ve anahtarı ve bakır elektrodu su ve ardından asetonla durulayın. Kuruması için bir kağıt havlu üzerine koyun.
- Anahtarın ve bakır elektrotun kütlelerini ölçün ve bunları laboratuvar defterinize kaydedin.
- Anahtarı ve bakır elektrodu yeniden bağlayın ve daha önce olduğu gibi çözeltiye geri yerleştirin. Veri toplama sisteminde çalıştırmayı yeniden başlatın ve hızın dakikada iki taramaya ayarlandığından emin olun. Süre 30 dakika olarak ayarlandığında, elektrokaplama işleminin çalışmasına izin verin.
- Tarama tamamlandıktan sonra, elektrodu ve anahtarı çözeltiden çıkarın, kablolardan ayırın ve su ve ardından asetonla durulayın. Bir kağıt havlu üzerinde kurumaya bırakın, ardından tartın ve kütlelerini not defterinize kaydedin.
- Kurulumu yeniden birleştirin ve ikinci bir 30 dakikalık deneme için galvanik kaplamayı tekrarlayın. Tarama tamamlandığında, anahtarı ve bakır elektrodu çıkarın, daha önce olduğu gibi durulayın ve kütlelerini kaydedin.
- Kaydedilen verileri bir flash sürücüye metin dosyası olarak kaydedin.
- Temizlemek için karıştırma ayarını kapatın ve forseps kullanarak karıştırma çubuğunu çözeltiden çıkarın. Asetonu eğitmeniniz tarafından sağlanan organik atık kabına atın. Bakır sülfat çözeltisi gelecekteki laboratuvarlar için yeniden kullanılabilir, bu nedenle konsantre bakır sülfatı damacanaya geri dökün.
- Tüm cam eşyalarınızı suyla durulayın ve eğitmene geri verin.
Results
- İlk olarak, farklı denemeler sırasında sistemden akan toplam Q yükünü hesaplayın. Bir coulomb, 1 saniyede 1 amper akım taşıyan bir telden geçen elektrik miktarıdır, dolayısıyla Q = I x t.
- İlk 5 dakikalık elektrokaplama denemesi için mevcut prob verilerini gözden geçirin. not: Denemenin sonunda akım 0'a düşerse veya 0'a yaklaşırsa, elektronlar bakır elektrottan anahtara akışı dururdu. Yalnızca akım düşüşü meydana gelmeden önce kaydedilen değerleri kullanın. Kaplama işleminin başlarında akım 0'a düşerse, denemeyi tekrarlayın.
- Akım zamanla değişir, bu nedenle ortalama akımı hesaplayın, I.
  Tablo 2: Aktarılan elektron molleri
  
  Deneme Zaman (lar) Mevcut_ortalama (A) Toplam yük (C) Benler (e?)
  5 dk
  1^st 30 dk
  2^nd 30 dk
  Toplam
  Tablo 2'yi indirmek için buraya tıklayın
- Elektrokaplama sırasında aktarılan toplam yükü belirlemek için toplam süre boyunca ortalama akımı kullanın, Q. 5 dakikalık deneme sırasında yaklaşık 20 coulomb transfer edildi ve her 30 dakikalık deneme sırasında 110 ila 120 coulomb transfer edildi. 65 dakikalık elektrokaplama işleminin tamamı boyunca aktarılan toplam yük yaklaşık 250 coulomb idi.
- Her deneme sırasında kaplanan elektronların mollerini hesaplamak için aktarılan toplam yükü kullanın. Kaplanan elektronların molleri, aktarılan toplam yükün Faraday sabitine bölünmesine eşittir. Faraday sabiti, elektronların molü başına düşen elektrik yükünün büyüklüğünü temsil eder ve bir elektronun yükünün Avogadro sabiti ile çarpılmasıyla belirlenir.
- 5 dakikalık ve 30 dakikalık denemeler için aktarılan elektronların mollerini belirleyin.
- Her denemeden sonra anahtarın üzerine kaplanan bakır mollerini hesaplayın. Benzer şekilde, bakır levha elektrotundan kaybolan bakır mollerini belirleyin.
- Elektrottan kaybolan bakır mollerini, pirinç anahtara kaplanan miktarla karşılaştırın. Rakamlar yakın olmalı.
- Bu değerlerin, aktarılan elektronların mol sayısına bağlı olarak beklenenle eşleşip eşleşmediğini kontrol edin. 1 mol bakır(2+) iyonunun indirgenmesi, 2 mol katı bakır üretmek için 1 mol elektron gerektirir.

Elektrolitik Hücre

Elektrolizle Kaplama İşlemi

Bakır Anot

Pirinç Katot

Deneme	Zaman (lar)	Mevcut_ortalama (A)	Toplam yük (C)	Benler (e?)
5 dk
1^st 30 dk
2^nd 30 dk
Toplam

Anahtarın kütlesi (g)

Kütledeki değişim (g)

Köstebek Cu kaplama

Cu elektrot kütlesi (g)

Kütledeki değişim (g)

Köstebek Cu kaybetti