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分子と人間 (SAライブラリー) [ ピーター・W.アトキンス ]
身近な分子たち 空気・植物・食物のもと

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2017.09.08
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カテゴリ: 実験開発
​​​​硫酸銅Ⅱ水溶液を銅電極で電気分解し、ファラーデー定数を求める実験を検討しました。
生徒実験が簡単にできるよう、安価な定電流装置を自作し、10実験班で30分の実験時間を予定します。
<実験>

参考にする埼玉県O高校の実験書です。予備実験では
①100mLのビーカーに約1mol/Lの硫酸銅Ⅱ水溶液を100mL用意します。
②常温25℃と60℃に加熱した水溶液の2通りで電気分解して検討します。
③電極は3X8cmの銅板を紙やすりでよく磨いて、感量0.001gの電子天秤で測り記録します。
④電極は割り箸に輪ゴムで止めて使います。電極間隔は約5mmほどになります。電解液にセットすると液に4cmほど浸ります。
⑤定電流電源に繋いで10分ほど電気分解します。電流は定電流1Aです。電流値は微妙に変動(0.01〜0.06A)します。また電圧は時間とともに頻繁に変化します。25℃では3−4V、60℃では0.8-1Vでした。
⑥時間を秒単位で600秒以上測り、電源を切ります。電極は割り箸に取り付けたまま200mLビーカーに入れた水でそっと洗い、さらに100mLビーカーに入れたアセトンでそっと洗ってドライヤーで加熱乾燥します。この作業の間電極から動画剥がれることがあります。できるだけ優しく洗ってください。また、剥がれてもあまり気にせず作業してください。

以上で実験操作は終わりです。


上の写真は定電流装置と実験の様子です。右写真の左端子には12V2Aの電源アダプターをつないでいます。電解槽の下は電池式スターラー。25℃では撹拌しないと電流値が大きく振れ、定電流電源ではカバーできなくなったので、スターラーを使いました。
電解液を60℃に加熱し、そのまま保温せず電解した時は撹拌していません。
<実験結果>
実験結果を次の表に示します。電流値は微妙に変動するので代表値を記録しました。

<実験1>常温で撹拌しながら電気分解
陽極ではCu→CU2++2e-の変化が起こり、電極の質量は減少するのですが、結果は増加
原因は究明中ですが、加熱した方が良いという結論です。
<実験2>液温59℃まで加熱して電気分解
<実験3>実験2で使った液をもう一度使って電気分解
100mLとはいえ大量の硫酸銅Ⅱを使います(1クラスで250g)。もったいないので再利用できるか試しました。結論は再利用可能です。
<計算と評価>
計算値を示します。誤差が小さいのは60℃に加熱した液で陽極側の減少を使ったもの−1.5%でした。



<1500円でできる電圧電流計付き定電流装置>
以下の記事で作り方、部品について紹介しています。1つ1500円以内で作ることができます。
​​​ 電気分解用1500円定電流装置の配線と設定
定電流電源装置を一台1500円で作ります





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最終更新日  2017.09.08 11:39:47
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