Лабораторная работа "Определение заряда электрона"
Теоретический материал. Массу вещества, выделившуюся на катоде за определенный промежуток времени, можно определить по формуле m = moN, где mo — масса одного иона, N — число ионов. Полный заряд Q всех ионов, осевших на катоде, равен Q = qN, где q — заряд одного иона. Из отношения левых и правых частей выше записанных уравнений получают: m Q = m 0 q =k , где k — электрохимический эквивалент вещества. Для данного электролита отношение массы иона к его заряду сохраняется постоянным и равным k. Последнюю формулу можно записать иначе: m = kQ — это первый закон Фарадея. Из этого закона следует, что электрохимический эквивалент вещества численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда, равного 1 Кл. Электрохимический эквивалент вещества выражается в килограммах на кулон (кг/Кл). Учитывая, что Q = It, закон Фарадея можно записать иначе: m = kIt. Для определения электрохимического эквивалента вещества массу иона выражают через молярную массу М и постоянную Авогадро: m 0 = M N A , заряд иона кратен заряду электрона: q = nе, где n — валентность химического элемента. Тогда, подставляя в выражение k= m 0 q значения m0 и q, получают k= M e N A n . Иногда последнее выражение называют вторым законом Фарадея. Произведение заряда электрона на постоянную Авогадро — это постоянная Фарадея: F = eNA = 9,65 · 104 Кл/моль. Если ее подставить в выражение первого закона, то получают объединенный закон Фарадея: m= 1 F ⋅ M n ⋅Q= MIt e N A n . Отсюда можно определить заряд одновалентного иона или электрона: e= MIt m N A n . Цель работы: экспериментальным путем определить заряд электрона. Приборы и материалы: кювета с электродами, мультиметр, реостат-потенциометр, адаптер, весы, сосуд с раствором медного купороса, часы, провода соединительные. Указания к работе: 1. Из двух электродов (угольного и медного) взвесьте угольный электрод с максимально возможной точностью. 2. На штыри кюветы установите угольный и медный электроды, налейте в кювету раствор медного купороса. 3. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 46, при этом угольный электрод присоедините к «−» минусу источника тока. 4. Заметьте время и замкните электрическую цепь. Реостатом установите определенную силу тока и во все время опыта поддерживайте ее неизменной. 5. По истечении заданного времени (15—20 мин) цепь разомкните, снимите угольный электрод, ополосните его в воде и высушите над электрическим нагревателем. Этот электрод снова взвесьте и по формуле e= MIt m N A n вычислите заряд электрона.