Электролиз

[StaticZero]

Намедни проводил эксперимент по электролизу слабого раствора серной кислоты. Разность потенциалов, подведённая к платиновым электродам, была 29,9 вольт. Целью эксперимента было найти постоянную Фарадея, подсчитывая совершённую током работу по электролизу и количество выделившегося водорода согласно формуле

$$ F = \dfrac{A R T}{2 p U V}, $$

где $A$ — работа тока, $T$ — температура водорода, $p$ — давление водорода, $U$ — напряжение на электродах, $V$ — объём водорода.

Однако получилось, что почти все записанные значения $F$ занижены настолько, что даже не попадают в коридор погрешностей. Не могу понять, что же было тут не так. Перебрав самые разные причины относительно входящих в уравнение компонетов, я не пришёл ни к какой мысли "почему", ибо наиболее вероятные причины (где-то не плотно закрыл кран, где-то теряется работа тока по пути, где-то падение напряжения существенное, ...) дают обратный эффект, а именно завышение $F$.

Я пока не особо понимаю, какая нужна дополнительная информация, поэтому спрашивайте. Установка учебная, см. рис. 1. Для измерения работы тока использовался ваттметр, тоже учебный.



-- 22.09.2016, 00:06 --

Добавлю ещё, что действительно наблюдалось то, что выделено было кислорода примерно вполовину меньше, чем водорода. Но последнего получилось по расчётам "слишком много", а побочные процессы на катоде с выделением газов мне неизвестны.

[arseniiv]

(А с напряжением поменьше не пробовали? Какое-то оно большое по химическим меркам.)

[StaticZero]

Не-а. Эксперимент был единоразовый, сказали 15 В ставить...

[amon]

А Вы где-нибудь единицы не попутали? Цельсии - кельвины, метры - сантиметры, паскали - атмосферы, и т. п. Число $F$, которое Вы получаете, во всех экспериментах (надеюсь, он у Вас не один) одинаковое?

[StaticZero]

Да. Находятся в диапазоне 87000 — 97000 Кл/моль, допустимая погрешность оценивается в 7000 Кл/моль.

[AnatolyBa]

Справочное значение $F=96487 \text{ Кл/моль}$, так что у вас не так уж плохо.
А из чего сделаны электроды? Неужели из платины, как в книжке?
А если не из платины, почему бы там не выделяться водороду в химической реакции?

StaticZero в сообщении #1153428 писал(а):

выделено было кислорода примерно вполовину меньше, чем водорода

Что значит примерно? По идее должно быть точно

[amon]

StaticZero в сообщении #1153460 писал(а):

Да. Находятся в диапазоне 87000 — 97000 Кл/моль, допустимая погрешность оценивается в 7000 Кл/моль.

Во-первых, где же тут занижение, а во-вторых, откуда взялась погрешность 7000 Кл/моль?

[StaticZero]

amon в сообщении #1153479 писал(а):

откуда взялась погрешность 7000 Кл/моль?

Относительная погрешность имеет худшую оценку в 7%.

AnatolyBa в сообщении #1153473 писал(а):

Неужели из платины, как в книжке?

Написано, что да.

amon в сообщении #1153479 писал(а):

где же тут занижение,

Ну, истинное значение 96000, а большая часть измерений находятся в интервале 87000...89000. Я могу выложить журнал с расчетами, но это вечером.

[DimaM]

StaticZero в сообщении #1153526 писал(а):

Ну, истинное значение 96000

96485,....

[StaticZero]

DimaM в сообщении #1153527 писал(а):

96485,

Да. Но я сохраняю значащие цифры в соответствии с погрешностью...

AnatolyBa в сообщении #1153473 писал(а):

По идее должно быть точно

Там есть нюансы, говорят. Атомарный кислород способен окислять серную кислоту до персерной $\rm{ H_2SO_5}$. Только я не знаю, какие условия для этого нужны.

-- 22.09.2016, 13:38 --

Одну причину я придумал: если на электродах напряжение на самом деле меньше, чем мы приписываем, то получается, что постоянная Фарадея на самом деле больше, чем то, что мы вычислим. Только опять же, надо добраться до дома, чтобы оценить, насколько должно упасть напряжение в токоведущих частях цепи.

[amon]

А температуру Вы откуда брали? Считали равной комнатной, измеряли или ждали пока сравняется с комнатной? Пары градусов достаточно, что бы получилось как у Вас.

[StaticZero]

amon в сообщении #1153545 писал(а):

Считали равной комнатной

Да. Температуру электролита, точнее. Он долго стоял в лаборатории. Теплоёмкость у него очень велика, вряд ли он нагрелся сколько-нибудь значимо за время электролиза.

[amon]

StaticZero в сообщении #1153552 писал(а):

вряд ли он нагрелся сколько-нибудь значимо за время электролиза.

Если Ваша $F$ уменьшалась к концу измерений (первые значения самые точные, а дальше - все меньше и меньше), то дело в нагреве.

[StaticZero]

Заливаю журнал измерений. Вычисленные значения не округлял (до первой значащей цифры погрешности) специально.

Даже по поводу диапазона значений наврал. Он ещё меньше.

[amon]

Моя гипотеза про нагрев кажется весьма правдоподобной.