ไฟฟ้าเคมี

รายงานผลการทดลอง ปฏบิ ัตกิ ารเรื่อง..ไฟฟ้าเคมี โดย นางสาวชวลี อู่สาราญ รหสั นกั ศกึ ษา 6314891008 ค.บ.เคมี สมาชิกในกล่มุ นางสาวกลั ญา โพธ์ิบาง รหสั นกั ศึกษา 6314081001 ค.บ.เคมี นางสาวจนั ทร์ชนก บางคมหลวง รหัสนกั ศกึ ษา 63148910014 ค.บ.เคมี เสนอ ผชู้ ว่ ยศาสตราจารย์ ดร.อาภาพร บญุ มี ภาควชิ าเคมีคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั ราไพพรรณี

วนั ที่ 28 เดือน กนั ยายน พ.ศ 2563 วัตถุประสงค์การทดลอง 1. เพื่อศกึ ษาความตา่ งศกั ย์ E๐cell, โวลต์ 2. เพอ่ื ศึกษาผลของสารละลาย CuSO4และสารละลาย KI อุปกรณ์ 1. โวลตม์ ิเตอร์ 2. บกี เกอร์ 250 ml 3. Capillary tip tube ท่บี รรจุวนุ้ KNO3 3 อนั 4. ข้วั โลหะ Zu,Cu,Ni 5. กระบอกตวง 10 ml,100 ml 6. หลอดหยด 7. หลอดทดลอง 5 หลอด 8. ถา่ นไฟฉาย 9 V 9. ขวดพลาสตกิ พร้อมข้วั แกรนไฟต์ 10. เส้นไฟสาหรบั ตอ่ ถ่านไฟฉาย 9 V กบั ข้นั แกรนไฟต์ 1 เส้น สารเคมี 1. สารละลาย KNO3 5%w/v 2. สารละลาย NiSO4 1 M และสารละลาย ZuSO4 1 M 3. สารละลาย CuSO4 1.0 M, 0.1 M, 0.01 M, 0.001 M, 0.0001 M 4. สารละลาย CuSO4 เขม้ ขน้ 0.1 M 5. สารละลาย KI เขม้ ขน้ 0.1 M

วิธีการทดลอง ตอนที่ 1 เซลล์กลั วานกิ 1.1 การตวงสารละลาย 5% KNO3 100 ml ( ดว้ ยกระบอกตวง ) ใส่ลงในบกี เกอร์ขนาด 250 ml 1.2 หยบิ Capillary tip tube มา 3 อนั ( ทบ่ี รรจวุ นุ้ KNO3 แลว้ ) ใชห้ ลอดหยดดูด 1 M CuSO4 เติมลงไปใน Capillary tip tube หลอดท่ี 1จนไดป้ ริมาตรประมาณ ¾ ของหลอด จากน้นั เตมิ หลอดท่ี 2 และ 3 ดว้ ย 1 M NiSO4 และ 1 M ZnSO4 ตามลาดบั แลว้ เสียบ capillary tip tube ท้งั 3 หลอด ลงในบีกเกอร์ทีบ่ รรจุ KNO3ท่ี เตรียมไวจ้ ากขอ้ 1.1 รูปท่ี 1.1 Capillary tip tubeท่ีมีสารละลายท้งั 3 ชนิด 1.3 นาโลหะ Cu, Ni, Zn ทข่ี ูดปลายสายดว้ ยกระดาษทรายหรือคตั เตอร์ จุ่มลงในสารละลาย CuSO4, NiSO4 และ ZnSO4 ที่อยู่ใน capillary tip tube ตามลาดบั และตอ้ งระวงั อย่าให้โลหะไปท่ิมกบั วนุ้ จนทะลุ เพราะจะ ทาให้สารละลายไหลมาผสมกนั และจะไม่เกดิ กระแสไฟฟ้าไหล การจดั เตรียมอุปกรณใ์ นขอ้ 1.1-1.3 1.4 ทาการวดั ความตา่ งศกั ยร์ ะหว่างคร่ึงเซลลแ์ ตล่ ะคู่ดว้ ยดจิ ิตอลโวลตม์ เิ ตอร์โดยเปิ ดสวิตซ์ เลอื กไปท่ี ตาแหน่ง DCV ตอ่ สายไฟออกจากข้วั สีดาและแดงของเคร่ือง แลว้ นาปลายอกี ดา้ นหน่ึงของสายไฟท้งั สอง ขา้ งไปคบี กบั ข้วั โลหะของคร่ึงเซลลค์ ่ทู ี่ตอ้ งการวดั (คบี ตรงบริเวณรอยขดู ) โดยข้วั สีดาคบี ทข่ี ้วั ท่ี เกิดปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั ข้วั สีแดงคบี ที่ข้วั ท่ีเกดิ ปฏกิ ริ ิยารีดกั ชนั แลว้ อ่านคา่ ศกั ยไ์ ฟฟ้าจากจอ LED ซ่ึงจะตอ้ ง อ่านไดค้ า่ บวกเสมอ 1.5 ทาการทดลองวดั ค่าศกั ยไ์ ฟฟ้าจนครบทกุ คขู่ องคร่ึงเซลล์ บนั ทกึ ค่าความต่างศกั ยร์ ะหวา่ ง เซลลข์ องข้วั กลั วานกิ แต่ละชนิดแลว้ เปรียบเทียบดวู า่ ใกลเ้ คียงกบั ค่าที่ไดจ้ ากการคานวณ จากสูตร E°cell = E°r(แคโทด) -E°r(แอโนด) หรือไม่ ถา้ แตกตา่ งจากการคานวณ คิดวา่ ผลเนื่องมาจากสาเหตุใด อภิปรายและสรุปผล

ผลการทดลอง ตอนท่ี 1 เซลลก์ ลั ป์ วานิก ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย CuSO4 = 1M E°r (Cu ) = 0.34 V NiSO4 = 1M E° r ( Ni ) = -0.28 V ZnSO4 = 1M E° r ( Zn) = -0.76 V ตารางที่ 1.1 เซลลไ์ ฟฟ้า ความตา่ งศกั ย์ ( E cell, โวลต์ ) จากการทดลอง จากการคานวณ คทู่ ี่ 1 : Cu และ Ni 0.476 0.62 คร่ึงปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั Ni ( s) Ni ( aq ) + 2e- คร่ึงปฏกิ ิริยารีดกั ชนั Cu2+( aq) +2e- Cu( s ) 1.060 1.1 ปฏิกริ ิยา 0.564 0.48 รวม Ni ( s ) + Cu2+( aq ) Ni2+( aq ) + Cu ( l ) คู่ท่ี 2 : Cu และ Zn คร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชนั Zn ( s) Zn2+ ( aq ) + 2e- คร่ึงปฏิกริ ิยารีดกั ชนั Cu2+( aq) +2e- Cu( s ) ปฏกิ ิริยา รวม Zn ( s ) + Cu2+( aq ) Zn2+( aq ) + Cu ( s ) คทู่ ่ี 3 : Zn และ Ni คร่ึงปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั Zn ( s) Zn2+ ( aq ) คร่ึงปฏิกริ ิยารีดกั ชนั Ni2+(aq) +2e Ni( s ) ปฏกิ ริ ิยา รวม Zn( s ) + Ni2+ Zn2+( aq ) + Ni ( s )

ตอนที่ 2 เซลล์อิเลก็ โทรไลตกิ เติมสารละลาย CuSO4 0.1 M ลงไปในขวดพลาสติกประมาณ 3/4 ของขวด จากน้นั ปิดฝาแลว้ ตอ่ สายไฟ เช่ือมระหว่างถา่ นไฟฉาย 9 V กบั ข้วั แกรไฟตท์ ่ีติดอยู่บนฝาขวด บนั ทกึ ผลการทดลอง ทีส่ งั เกตเหน็ จากน้นั ลา้ งขวดบรรจุสารแลว้ กล้วั ดว้ ยน้ากลน่ั เปลย่ี นชนิดของสารละลายเป็นสารละลาย KI 0.1 M แลว้ ทาการ ทดลองซ้า ดงั รูปท2ี่ .1และ2.2 รูปที่ 2.1 ทดสอบกบั สารละลาย CuSO4 รูปท่ี 2.2 ทดสอบกบั สารละลาย KI

ตอนที่ 2 เซลล์อเิ ลก็ โทรไลตกิ E๐ r ( V ) -0.83 2.1 กระบวนการอเิ ลก็ โทรไลซิสสารละลาย CuSO4 +0.34 +2.01 ปฏกิ ริ ิยาทเ่ี กยี่ วขอ้ ง +1.23 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) Cu2+(aq) + 2e-→ Cu(s) ½ S2O82-(aq) + e-→ SO42-(aq) O2(g) + 4H+(aq) + 4e-→ 2H2O(l) สมการการแตกตวั ของ CuSO4 ในน้า คือ CuSO4(aq) Cu2+( aq ) +SO42-( aq ) เมื่อตอ่ ข้วั ไฟฟ้าเขา้ ไปในสารละลาย CuSO4 ไดผ้ ลดงั น้ี หวั ขอ้ ในการพจิ ารณา ข้วั + ( สายสีแดง ) ข้วั – ( สายสีดา ) สิ่งทส่ี งั เกตเหน็ ในแต่ละข้วั มีฟองอากาศ มสี ีน้าตาลแดงติดที่ข้วั ชนิดของปฏกิ ริ ิยาทเ่ี กดิ ข้ึน ออกซิเดชนั รีดกั ชนั ( ออกซิเดชนั หรือ รีดกั ชนั ) สมการแสดงปฏิกริ ิยา 2H2O( l ) O2( g ) + 4H++4e- Cu2+( aq ) + 2e- Cu( s ) หวั ขอ้ ในการพจิ ารณา ( ตอ่ ) คา่ E๐ r ( V ) ข้วั บวก ( สายสีแดง ) ข้วั ลบ ( สายสีดา ) สมการรวม ( Redox ) ค่า E๐cell ( V ) +1.23 +0.34 2Cu2+( aq ) + 2H2O( l ) 2Cu( s ) + O2( g ) + 4H+ 0.34 – 1.23 = -0.89 V 2.2 กระบวนการอเิ ลก็ โทรไลซิสสารละลาย KI E๐ r ( V ) -2.93 ปฏิกริ ิยาท่เี กี่ยวขอ้ ง -0.83 K+(aq) + e- → K(s) +1.23 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) +0.54 O2(g) + 4H+(aq) + 4e-→ 2H2O(l) I2 (s) + 2e- → 2I-(aq) สมการการแตกตวั ของ KI ในน้าคือ KI(aq) K+( aq ) + I-( aq )

เมอ่ื ข้วั ไฟฟ้าเขา้ ไปในสารละลาย KI ไดผ้ ลดงั น้ี หวั ขอ้ ในการพจิ ารณา ข้วั บวก ( สายสีแดง ) ข้วั ลบ ( สายสีดา ) ส่ิงทส่ี งั เกตเหน็ ในแต่ละข้วั เหน็ สีเหลืองๆ เป็นตะกอนสี มฟี องอาการลอยข้นึ ท่ีข้วั เหลืง ชนิดของปฏกิ ิริยาทีเ่ กดิ ข้นึ ออกซิเดชนั รีดกั ชนั ( ออกซิเดชนั หรือ รีดกั ชนั ) สมการแสดงปฏิกิริยา 2I-( aq ) I2( s ) +2e- 2H2O( l )+2e- H2( g )+2OH-( aq ) ค่า E๐r ( V ) +0.54 -0.83 สมการรวม ( Redox ) 2H2O( l )+ 2I-( aq ) H2( g ) + I-2 (s ) + 2OH-( aq ) คา่ E๐cell ( V ) -0.83 – 0.54 =1.37 สรุปผลการทดลอง จากทดลองค่าความตา่ งศกั ยท์ ว่ี ดั คา่ ไมเ่ ท่ากบั ค่าท่ไี ดจ้ ากการคานวณเพราะอย่ทู กี่ ารขดั แทง่ Cu,Ni และ Zn อาจขดั นอ้ ยไปหรือมากไป จงึ ทาใหค้ วามตา่ งศกั ยท์ ไ่ี ดก้ บั การทดลองคลาดเคลอ่ื นกบั คา่ ความต่างศกั ยท์ ่ี คานวณได้ จากสมการการแตกตวั ของ CuSO4 ในน้าคอื CuSO4(aq) Cu2+( aq ) + SO42-( aq) จะเห็นไดว้ า่ ที่ข้วั + มีฟองอากาศ เป็นชนิดปฏกิ ริ ิยา ออกซิเดชนั ซ่ึงในขณะข้วั – มีสีน้าตาลแดงติดทขี่ ้วั เป็นชนดิ ของปฏิกิริยา รีดกั ชนั จากสมการการแตกตวั ของ KI ในน้าคือ KI(aq ) K+( aq ) + I-( aq) ทขี่ ้วั + จะมกี ารเปล่ยี นแปลงโดย เหน็ สีเหลืองและมตี ะกอนสีเหลอื ง เป็นปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชนั ทขี่ ้วั - จะเห็นเป็นฟองอากาศลอยข้นึ เป็น ปฏกิ ริ ิยารีดกั ชนั