Tế bào điện phân nhỏ: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tôi đã thực hiện dự án này cho khóa học Hóa học Dụng cụ của mình. Mục tiêu của tôi là đo điện áp được phát hiện bởi một cực âm trong nước muối. Tôi đã thực hiện thêm tiêu chuẩn của nước muối khoảng 6,6 M, với việc tiêm 1 mL bằng ống tiêm thuốc.

Quân nhu

• Xi lanh chia độ, pipet thể tích, micrôetter, v.v … để đo thể tích. Tôi đã sử dụng một ống tiêm thuốc có vạch 0,2 mL.
• Bộ vi xử lý tức là thiết bị Arduino
• các loại dây từ nam sang nam và dây nữ sang nam
• hai cái kẹp cá sấu
• breadboard
• Điện trở 10 kohm hoặc tương tự cho bộ chia điện áp
• Bình điện phân. Tôi đã sử dụng một lọ gia vị cũ và nó hoạt động khá tốt
• Hai chiếc kẹp giấy để làm điện cực catot và anot. Tôi cũng cắt ống hút thành nhiều đoạn chỉ để giữ các điện cực của mình cố định hơn và ngăn chúng chạm vào nhau hoặc kính.
• Muối ăn (NaCl)
• Nước máy

Bước 1: Chuẩn bị dung dịch muối của bạn

Tôi đã sử dụng muỗng canh để đo lượng muối và cốc đong có vạch 50 mL để đo nước khi pha dung dịch muối. Tôi đã sử dụng muối iốt từ thương hiệu Clover Valley. Tôi đo ra 3 thìa muối, thêm muối vào cốc đo và đổ đầy nước máy vào cốc đo đến 250 mL. 1 muỗng canh Hoa Kỳ là khoảng 14,7868 mL, vì vậy 3 muỗng canh là khoảng 44,3604 mL. Khối lượng riêng của natri clorua là 2,16 g / cm ^ 3. Nhân khối lượng và khối lượng riêng để xác định khối lượng của NaCl là 95,82 g. Khối lượng mol của NaCl là 58,44 g / mol nên số mol của NaCl là 1,64 mol. 1,64 mol chia cho tổng thể tích 250 mL hoặc 0,250 L thu được dung dịch NaCl 6,56 M. Đây là cách tôi sẽ tìm ra nồng độ của mẫu muối của bạn nếu bạn không có bất kỳ thiết bị ưa thích nào theo ý mình.

Bước 2: Thiết lập tế bào điện hóa

• Như tôi đã nói trước đây, tôi đã sử dụng một lọ gia vị có lỗ đủ rộng ở trên cùng để tôi có thể bơm nước muối bằng ống tiêm thuốc. Bất kỳ loại bình nào cũng nên hoạt động, nhưng tốt nhất là có thể treo các điện cực và dung dịch của bạn và có thể đặt chúng ở nơi chúng không chạm vào nhau hoặc thành bình chứa.
• Tôi mở và duỗi thẳng hai chiếc kẹp giấy để làm cực âm và cực dương. Tôi cũng đánh bóng chúng bằng giấy nhám để đảm bảo không có lớp phủ nào hoạt động như một chất cách điện. Tôi đã làm những chiếc ống nhỏ bằng cách cắt ống hút trong phần tám. Tôi sử dụng các ống rơm trong các lỗ lọ gia vị, nơi đặt cực âm và cực dương để đảm bảo chúng ở đúng vị trí khi tôi gắn các kẹp cá sấu. Hy vọng rằng hình ảnh sẽ giúp hình dung về điều này.
• Tốt nhất là cực âm và cực dương ở cùng độ sâu trong dung dịch.
• Thêm nước vào lọ gia vị đến nơi mà các điện cực ngập một phần trong nước, ít nhất là một cm trong nước. Bạn muốn để lại một số chỗ trong bình khi bạn bơm dung dịch muối vào đó.

Bước 3: Thiết lập hệ thống mạch của bạn

• Tôi đã sử dụng bộ vi xử lý Adafruit Metro, nhưng hầu hết các bộ vi xử lý trên thị trường đều tương tự như các tùy chọn chân cắm khác nhau.

• Tôi thiết lập mạch như sau:

  • Nối một dây với 5 V. Gắn một mặt của kẹp cá sấu vào đầu kia. Gắn mặt kia của kẹp cá sấu vào một trong các điện cực của bạn. Đây sẽ là cực dương của bạn.
  • Kết nối một dây với A0 và kết nối đầu kia với bảng của bạn. Thêm một dây khác thẳng hàng với dây được kết nối với A0 và bảng của bạn.
  • Kết nối một điện trở 10 kOhm với dây này trên bảng của bạn. Ở đầu kia của điện trở, dùng dây nối hệ thống với đất.
  • Kết nối một dây khác với mặt đất trên bộ vi xử lý của bạn và bên cạnh dây khác được kết nối với đất trên bảng mạch của bạn.
  • Xem ảnh để thiết lập

Bước 4: Biên dịch / xác minh và tải lên mã

Tôi đã sử dụng mã sau đây được lưu trên ứng dụng Arduino trong Thông tin cơ bản về ví dụ ReadAnalogVoltage. Tôi hy vọng điều này hiệu quả. Dữ liệu không như tôi mong đợi, vì điện áp giảm khi thêm nước muối vào. Tôi đã suy nghĩ về mục đích của mã một số chi tiết và quyết định thực hiện hiệu chỉnh điện áp bằng cách trừ đầu ra từ 5 V ban đầu được thêm vào hệ thống. Sau đó, tôi tạo đường chuẩn bằng cách sử dụng nồng độ (được tính toán - tôi sẽ nói ở bước tiếp theo) và điện áp đã hiệu chỉnh, bây giờ cho thấy điện áp tăng khi thêm muối. Nếu ai đó có một số lời khuyên về nơi tôi có thể đã sai, vui lòng cho tôi biết.

Điều thú vị là bất cứ khi nào tôi loại bỏ cực âm hoặc cực dương khỏi dung dịch, màn hình nối tiếp sẽ đọc được đầu ra là 5,00 V.

Bước 5: Phân tích dữ liệu

• Nồng độ muối thêm vào cho mỗi lần tiêm được tìm thấy bằng cách nhân nồng độ mol của dung dịch muối của bạn với thể tích tiêm (tức là 1 mL = 0,001 L), sau đó chia cho tổng thể tích (vì vậy, giả sử bạn bắt đầu với 250 mL = 0,250 L, tổng thể tích cho lần tiêm đầu tiên là 0,251 L). Sau đó, bạn sẽ tính toán nồng độ bằng cách chia (0,001L * nồng độ mol) / (tổng thể tích hoặc 0,251 L)
• Tính nồng độ% của dung dịch mẫu sau mỗi lần thêm dung dịch muối.
• Tôi đã hiệu chỉnh điện áp bằng cách trừ đi điện áp đầu ra từ 5,00 V. Điều này cho tôi đường chuẩn dương của nồng độ so với điện áp mà tôi mong đợi, vì việc bổ sung chất điện phân trong dung dịch sẽ làm giảm điện trở của dung dịch và cho phép dòng điện chạy qua hiệu quả hơn.
• Lưu ý: đối với đồ thị của tôi, phạm vi tuyến tính là khủng khiếp. Tôi thực sự khuyên bạn nên tạo dung dịch NaCl với nồng độ nhỏ hơn nhiều hoặc sử dụng thể tích tiêm nhỏ hơn. Tôi đã phát hiện tối đa sớm trong thử nghiệm.
• Các muối ion khác có thể được hòa tan trong nước và được sử dụng với quy trình tương tự. Tôi sẽ thực hiện thử nghiệm với muối epsom nếu tôi có.

Người giới thiệu:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Những trang này đã giúp tôi hiểu làm thế nào để mong đợi điện áp thay đổi khi điện được thêm vào dung dịch muối ở nồng độ ngày càng tăng.