1.概述
阿佛加德罗常数是一重要的物理常数,它的测定方法很多,本实验用电解法测定。
用两块铜片做阴极和阳极,以硫酸铜溶液为电解质进行电解。两极反应如下:
阴极反应:Cu2++2e→Cu
阳极反应:Cu→Cu2++2e
即在阴极上,Cu2+得到电子析出金属铜使铜片质量增加。在阳极上,金属铜溶解成Cu2+使铜片质量减少。
若电流强度为I(A),则在t(s)内,通过的总电量是:
Q=It
Q的单位是C。
如果在阴极上铜片的质量增加 m(g),则每增加1g质量所需的电量为:
铜的摩尔质量为63.5g,所以电解析出63.5g铜所需的电量为:
已知一个1价离子所带电量(即1个电子的电荷)是1.60×10-19C,1个二价离子所带的电量是2×1.60×10-9C,所以1mol铜所含的原子个数为:
NA为阿佛加德罗常数。
2.实验要求
(1)用电解方法测定阿佛加德罗常数,掌握方法和原理。
(2)练习电解法的基本操作。
3.实验步骤
按图2-3连好线路。取两块纯的紫铜片(3×5cm2)当作阴、阳极。在烧杯中加入CuSO4溶液(每1L溶液含125g硫酸铜和2.5mL浓H2SO4)。阴极和阳极的2/3浸没在CuSO4溶液中,电极之间的距离约为1.5cm,控制直流电压为10V,电阻为90~100Ω。接通电路,再调节电阻使电流约为100mA。调好电流强度后,断开电路,取下电极,将两块铜片冲洗,擦干后,用“零”号砂纸擦去表面氧化物,然后用去离子水洗净,并在一块铜片上滴几滴酒精,晾干后,在分析天平上称出其质量(称准至0.1mg),这块铜片作为阴极。另一块铜片作阳极(亦要准确称出其质量)。
重新装好电极后,接通线路,同时开动秒表,并准确记录电流强度,在电解过程中,随时调节电阻维持电流约为100mA。
通电1h,断电路,取下阴、阳极。先用去离子水漂洗,再在上面滴几滴酒精,晾干后在天平上称出其质量。
根据以上所测数据、计算阿佛加德罗常数。
4.数据记录和结果处理
5.思考题
(1)在电解过程中是否要维持电流恒定?为什么?
(2)实验中可能引起的误差是哪些?
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