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化学で硫酸の電気分解の実験をしました。
10分間の電気分解で,1分目は水素,2分目は酸素の発生した体積と電流値を測定しました。

レポートで実験結果よりファラデー定数を求めなければなりません。
レポートの問題には「なお,気体の体積については測定した室温を用い,理想気体の状態方程式を使い,標準状態(0℃,1気圧)での体積に換算しておくこと。圧力は1気圧としてよい」と書いてありました。

理想気体の状態方程式はPV=nRTですが,この公式をどう使えば標準状態での体積に換算できるのかがよく分かりません。
また,標準状態での体積を求められたとしても,どうやって実験結果からファラデー定数を求めるのかも分かりません。

教えてください。

A 回答 (3件)

標準状態とはここでは0℃1気圧のこと.


実際には20℃だかの室温,1気圧で体積を測った.発生した気体を冷やして0℃にしたらどれだけの体積になるはずか.
温度変化だけで圧力は変化せず,気体の物質量が変動しないのだから,n は一定値で変化していない.なので,n を求めるまでもなく,0℃での温度に換算できる → シャルルの法則
一般に気体の体積は温度圧力に依存するために,標準状態換算の体積で示されることは,STPm3 等の単位で広く使われている.STP とは standard temperature and pressure の略である.この条件で m3 で測ったら,という数値である.
ただし,この場合の数値の意味は,体積というより物質量の意味になる.22.4 STPm3 = 1 kmol.
でも,高校化学であれば,単に状態方程式を使う練習の意味であろう.
n はもちろん室温での温度,体積,圧力の実測値から計算してよい.
n がわかれば,電子が何 mol 使われたかがわかる.
ファラデー定数とは,電子が 1mol あったときにどれだけの電気量を示すかという数値の意味がある.電子1個なら電気素量,1mol なら,ということ.
あとは要するに比例関係を理解できるかという問題.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
なんとか解けそうです!
分かりやすい説明ありがとうございました。

お礼日時:2008/01/27 14:04

まず発生した体積が電子とどの様な関係にあるか考えましょう。


水素の場合:
2H+ + 2e- → 2H2↑
ですから、1分子の水素は2個の電子を必要としています。
ファラデー定数は1molの電子の数と電気量(クーロン数)との関係ですから。
水素の体積から水素のモル数を求め、次いでそれから電子数を求めます。
1molの電子数はアボガドロ数ですから、水素nmolなら電子数は:
n×2×アボガドロ数=電気量(クーロン))=A(アンペア数)×t(時間、秒)になります。
ここから1モルの電子が何クーロンになるか求めます。
ファラデー定数はネット上に落ちていますので、検算できると思います。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時:2008/01/27 13:59

25℃、1気圧で換算してください。

ファラデー定数は発生した水素と酸素のモル数と電流から求めてください。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
ファラデー定数の求め方は分かりましたが,体積を換算するときにnには何のmol数を使うのですか?室温時における発生した気体のmol数でしょうか?理想気体の状態方程式のVには室温時における発生した気体の体積を代入するのでしょうか?


質問ばかりでごめんなさい

お礼日時:2008/01/25 23:17

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電気量 Q〔C〕と電子の物質量がわかれば求められます。
Q(c)=e-(mol)×F(C/mol)

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Q(C)=I(A)×T(s)

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2H2O  → O2 + 4H+ + 4e-
e-(mol)=O2(mol)×4
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>両極での化学反応式
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また銅板と鉄板を電線でつなぎますと鉄はどんどん溶け出し、銅板の上に銅が析出するばかりで全く銅メッキにはなりません。(電池になります)
形式的にはニッケルも同じことが起きます。しかし鉄ほど速くは起きません。

これらのメッキには電気が必要です。
銅メッキ
銅極(+) Cu →Cu2+ + 2e-
鉄局 (-) Cu2+ + 2e- → Cu↓

ニッケルメッキ
ニッケル極 (+) Ni → Ni2+ + 2e-
銅極 (-) Ni2+ + 2e- → Ni↓

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Q = FNn
Q:電気量 F:ファラデー定数(電気素量とアボガドロ定数の積) n:物質量
N:価数(半反応式で、電子の係数と目的の物質の係数の比)

電気量は電流を時間で積分したものに等しくなります。
Q=∫Idt
電流が一定なら、Q=It になります。
I:電流 t:時間

硫酸水溶液(希硫酸)を用いて水の電気分解を行う場合の半反応は、
陽極:H2O → 2H[+] + (1/2)O2 + 2e[-]
陰極:2H[+] + 2e[-] → H2

電気分解される水の物質量をnとすると、N=2なので
n = It/(2F)
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手順をとっていますが、
これでは厳密な値が出るわけがありません。

どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

http://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constant#Measurement

(1) ファラデー定数 F と電気素量 e の比から求める。
(2) 電子と炭素12の質量比 Ar(e) と電子の質量 me の比から求める。
(3) 結晶の密度 d と単位格子の大きさ Vcell と 単位格子に含まれる原子の原子量の和から求める。

電子と炭素12の質量比 Ar(e) は、質量分析器で測定することができます。これとプランク定数などの他の定数から計算した電子の質量 me の比をとると、アボガドロ定数が求まります。

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ジャン・ペラン著 「原子」(岩波文庫 ; 青-910-1)
http://webcatplus-equal.nii.ac.jp/libportal/DocDetail?txt_docid=NCID%3ABN00759703

に丁寧な解説があります。

http://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constant#Measurement

(1) ファラデー定数 F と電気素量 e の比から求める。
(2) 電子と炭素12の質量比 Ar(e) と電子の質量 me の比から求める。
(3) 結晶の密度 d と単位格子の大きさ Vcell と 単位格子に含まれる原子の原子量の和から求める。

電子と炭素12の質量比 Ar(e) は、質量分析器で測定することができます。これとプランク定数などの他の定数から計算した電子の質量 me の比をとると、アボガドロ定数が求まります。

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理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
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5×350/1000000=0.00175g=1.75mg

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要は、「電気陰性度の大きい原子に結合した水素と、電気陰性度の大きい原子の間の静電的な引力」です。
電気陰性度の大きい原子というのは、事実上、F,O,Nと考えて良いでしょう。
電気陰性度の大きい原子と結合した水素上には正電荷(δ+)が生じます。また、電気陰性度の大きい原子上には負電荷(δー)が存在します。

水素が他の原子と違うのは、その価電子が1個しかないことです。つまり、他のイオンとは異なり、H+というのは原子核(通常は陽子)のみになります。他のイオンの場合には、内側にも電子格殻が存在しますので、原子格がむき出しになることはありません。
ご存じと思いますが、原子核というのは原子のサイズに比べてはるかに小さいために、H+というのは他のイオンとは比べ物にならないほど小さいといえます。もちろん、正電荷を持つ水素というのは水素イオンとは異なりますので、原子殻がむき出しになっているわけではありませんが、電子が電気陰性度の大きい原子に引き寄せられているために、むき出しに近い状態になり、非常に小さい空間に正電荷が密集することになります。
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Q塩化ナトリウムの電気分解

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Aベストアンサー

この質問と同じでは?
http://okwave.jp/qa3588645.html

Qファラデー定数についての計算の仕方がまったくわかりません!教えてください!

ファラデー定数についての計算の仕方がまったくわかりません!
教えてください!

ボルタ電池についての問題です。
原子量はCu=63.5 Zn=65.4 ファラデー定数は9.65×10^4C/mol

(1)Zn → Zn^2+ + 2e-
2H+ + 2e- → H2
がわかっています。

(2)豆電球を流れた電気量が20Cであったとすると、
それにともなう亜鉛版および銅版のそれぞれの質量変化は何ミリグラムか。
なお、理論上質量変化がない場合には「変化なし」と書け。

亜鉛版の質量の減少は
1/2×65.4×10^3×20/9.65×10^4=6.78(mg)
という解説があるのですが計算の仕方がまったくわかりません。

数字を分解して教えてください。
1/2←これはどこからでてきた数字なのでしょうか?

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という解...続きを読む

Aベストアンサー

 20/9.65*10^4 で電気量(20C)をモル数に直しています。このモル数は電子のモル数であることに注意して下さい。
 これに亜鉛の式量65.4をかけると亜鉛の質量になりそうですが、亜鉛は二価なので亜鉛のモル数=電子のモル数/2になります。これが1/2の意味です。
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Qlogとln

logとln
logとlnの違いは何ですか??
底が10かeかということでいいのでしょうか?
大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??
解説お願いします!!

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>logとlnの違いは何ですか??

「自然対数」は、natural logarithm の訳語です。
「ln」というのは、「logarithm 。ただし、natural の。」ということで、つまり「自然対数」という意味です。
一方、log というのは、底がeなのか10なのかがはっきりしません。


>>>大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??

数学であれば、底がeの対数(自然対数)です。底が10の対数(常用対数)ではありません。
一方、log は、数学以外であれば不明確な場合があります。

私の大学時代と仕事の経験から言いますと・・・

【eを用いるケース】
・数学全般(log と書きます)
・電子回路の信号遅延の計算(ln と書く人が多いです)
・放射能、および、放射性物質の減衰(log とも ln とも書きます。ただし、eではなく2を使うこともあります。)

【10を用いるケース】(log または log10 と書きます)
・一般に、実験データや工業のデータを片対数や両対数の方眼紙でまとめるとき(挙げると切りがないほど例が多い)
・pH(水溶液の水素イオン指数・・・酸性・中性・アルカリ性)
・デシベル(回路のゲイン、音圧レベル、画面のちらつきなど)

ご参考になれば。

こんにちは。

>>>logとlnの違いは何ですか??

「自然対数」は、natural logarithm の訳語です。
「ln」というのは、「logarithm 。ただし、natural の。」ということで、つまり「自然対数」という意味です。
一方、log というのは、底がeなのか10なのかがはっきりしません。


>>>大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??

数学であれば、底がeの対数(自然対数)です。底が10の対数(常用対数)ではありません。
一方、log は、数学以外であれば不明確な場...続きを読む


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