Тема: Определение кажущейся степени диссоциации хлорида калия криоскопическим методом

 

Цель работы: научиться определять кажущуюся степень диссоциации сильного электролита криоскопическим методом.

 

Оборудование и реактивы: прибор для определения молекулярной массы криоскопическим методом (рис. 1): пробирка с боковым отростком, широкая пробирка, толстостенный стакан, термометр Бекмана, мешалки, крышка; аналитические весы с разновесом, мерный цилиндр, шпатель, снег (толченый лед) и хлорид натрия для охладительной смеси, бюкс с 1,2-1,5 г хлорида калия, дистиллированная вода.

 

Теоретические пояснения

 

Электролитическая диссоциация – это распад веществ в расплаве или в растворе на свободно составляющие их ионы. По способности веществ распадаться или не распадаться на ионы различают электролиты и неэлектролиты.

Электролиты – это вещества, которые подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их растворы или расплавы проводят электрический ток. К электролитам относятся все соли, а также кислотные, основные и амфотерные гидроксиды.

Неэлектролиты – это вещества, которые не подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их растворы или расплавы не проводят электрический ток. К неэлектролитам относится большинство органических соединений.

Электролитическая диссоциация потенциальных электролитов представляет собой равновесный процесс. Электролит может диссоциировать на ионы почти полностью или частично, что зависит от вида электролита и от концентрации его в растворе, а также от температуры раствора.

Одной из количественных характеристик неполной электролитической диссоциации электролитов является степень диссоциации α, равная:

где – число продиссоциированных молекул; – общее число молекул.

Степень диссоциации электролита – это частное от деления числа продиссоциированных молекул к общему числу молекул электролита введенных в раствор. Степень диссоциации изменяется в пределах (значение относится к неэлектролитам, <0,03 – к слабым электролитам, 0,03< – к сильным).

Степень электролитической диссоциации связана с изотоническим коэффициентом соотношением:

 

где i - изотонический коэффициент, n - число ионов, на которые распадается электролит.

Так как при диссоциации электролита число частиц в растворе будет больше чем при растворении такого же количества неэлектролита, это обуславливает понижение температуры замерзания раствора по сравнению с растворителем:

где i - изотонический коэффициент (для электролитов больше 1), - понижение температуры замерзания раствора, определенное опытным путем, - понижение температуры, вычисленное без учета диссоциации электролита по формуле:

где - масса растворенного вещества в граммах, - масса растворителя в граммах, - молярная масса растворенного вещества в г/моль, - криоскопическая постоянная для воды равная 1,85 , 1000- коэффициент пересчета от граммов растворителя к килограммам.

Учитывая (2) и (3), выражение (1) можно записать в виде:

Таким образом, степень диссоциации электролита можно определить методом криоскопии, для этого необходимо измерить понижение температуры замерзания его раствора и воспользоваться формулой (4).

Для растворов сильных электролитов определенная таким образом степень электролитической диссоциации будет кажущейся (α<1, тогда как на самом деле α=1). Это объясняется тем, что образующиеся при диссоциации электролита ионы взаимодействуют друг с другом (притягиваются), что как бы приводит к уменьшению числа частиц в растворе и понижает значение α.

Диссоциация – это обратимый равновесный процесс, который характеризуется константой равновесия, называемой константой диссоциации К_д.

где С – молярная концентрация электролита моль/л. Так вычисляют условную константу диссоциации, поскольку, используя для расчета молярную концентрацию, не учитывают взаимодействие ионов в растворе.

Для вычисления истинной константы диссоциации используют активную концентрацию или активность а. Активная концентрация отражает суммарное взаимодействие ионов в растворе между собой, с молекулами растворенного вещества и с молекулами растворителя. Активность вычисляют по формуле:

где f - коэффициент активности ионов, зависящий от концентрации и состава раствора, заряда, природы иона, температуры и других факторов.

В разбавленных растворах (С не превышает 0,5 моль/л) коэффициент активности зависит только от заряда иона и ионной силы, которая вычисляется по формуле:

где С_i – концентрации, а z_i – заряды всех находящихся в растворе ионов. В последней формуле под С_i следует понимать моляльность, однако для разбавленных растворов, для которых справедлива эта формула моляльность не сильно отличается от молярности.

В разбавленных растворах средний коэффициент активности вычисляют по формуле Дебая-Гюккеля:

Таким образом, активность ионов в разбавленном растворе можно вычислить по формуле:

где С - концентрация ионов моль/л, - средний коэффициент активности ионов.

Понятие активности применимо и к электролиту в целом. Активность электролита равна произведению активностей его ионов. Для электролита активность равна:

Средняя активность ионов электролита рассчитывается по формуле:

Используя активность можно вычислить истинную константу диссоциации:

Константа диссоциации связана со степенью электролитической диссоциации уравнением, которое справедливо для разбавленных растворов:

где С₀ - исходная концентрация электролита моль/л, α - степень электролитической диссоциации. Для очень слабых электролитов можно использовать соотношение:

.

 

Методика проведения опыта

 

1. Подготовить термометр Бекмана, так как это было описано в предыдущей работе.

2. Собрать прибор по рис. 1, предварительно заполнив толстостенный стакан охладительной смесью, состоящей из трех частей снега (толченого льда) и одной части поваренной соли. Температура смеси должна быть -5 -7 ⁰С. Ее можно регулировать при помощи изменения соотношения снега (льда) и соли.

3.Отмерить 10 мл Н₂О и влить через боковой отросток в пробирку 1 (масса растворителя Н₂О 10 г).

4. Все время, перемешивая воду мешалкой, определить по температуре замерзания воды нулевую точку термометра. Нужно иметь в виду, что жидкость часто переохлаждается. Поэтому температурой замерзания воды следует считать температуру, которая устанавливается в момент замерзания после некоторого скачка вверх ().

Рис 1. Прибор для определения кажущейся сте­пени диссоциации электро­лита криоско­пичес­ким мето­дом: 4. пробирка 5. отросток 6. широкая пробирка 4. толстостенный стакан 6. термометр Бекмана 6,7. мешалки 8. крышка

5. Вынуть пробирку 1 из прибора, растопить лед и еще раз определить температуру замерзания воды ().

6. Взвесить на аналитических весах бюкс, в котором находится 0,3-0,5 г хлорида калия ().

7. Всыпать взвешенного хлорида калия через боковой отросток в пробирку 1 и растворить его в находящейся там дистиллированной воде.

8. Взвесить бюкс с остатком хлорида калия ().

9. По разнице масс () вычислить массу растворенного хлорида калия.

10. Определить температуру замерзания раствора хлорида калия так, как это было описано в пункте 4. Измерения повторить еще раз ().

11. Рассчитать кажущуюся степень электролитической диссоциации по формуле (4).

12. Результаты опыта представить в виде таблицы:

 

Масса растворителя, г m2	Температура замерзания, ^0С		Масса бюкса, г	Масса КСI, г	Кажущаяся степень электролитической диссоциации, α
Воды,	Раствора,

 

13. Выводы.

Примеры решения задач

 

Пример 1:

Вычислите молярную концентрацию раствора уксусной кислоты, если известно, что степень диссоциации ее молекул в растворе составляет 1,36%, а константа диссоциации равна 1,74· 10^-5.

Решение:

Константа диссоциации связана со степенью диссоциации следующим уравнением:

 

из которого следует:

.

 

Пример 2:

Определить активность СаСI₂ в его 0,02 М растворе.

Решение:

Так как при диссоциации 1 моль хлорида кальция образуется 2 моль ионов хлора и 1 моль ионов кальция, то при концентрации хлорида кальция 0,02 моль/л молярная концентрация ионов хлора будет 0,04, а ионов кальция 0,02 моль/л.

Рассчитаем ионную силу раствора:

Средний коэффициент активности ионов приближенно найдем по уравнению Дебая-Гюккеля:

Теперь можно рассчитать активность хлорида кальция:

 

 

17.4 Необходимый уровень подготовки студентов

 

1. Знать понятия: степень электролитической диссоциации, электролиты и неэлектролиты, константа диссоциации слабого электролита.

2. Знать физический смысл изотонического коэффициента и его связь со степенью диссоциации.

3. Иметь представление о кажущейся степени электролитической диссоциации.

4. Уметь вычислять активность электролита и коэффициент активности при приближенном расчете для разбавленных растворов электролитов через ионную силу.

 

Задания для самоконтроля

 

1. Вычислить изотонический коэффициент и кажущуюся степень электролитической диссоциации 3% -ного водного раствора хлорида калия, если он замерзает при -2 ⁰С.

2. Вычислить активность АgNO₃, если концентрация соли в растворе составляет 0,06 моль/л.

3. Определить активность CuCI₂ в водном растворе, если для приготовления раствора на 100 г воды взяли 0,2 г CuCI₂.

 

 

Литература

 

1. Глинка Н.Л. Общая химия.: учебное пособие для вузов / Под ред. А.И. Ермакова. - М.: Интеграл-Пресс, 2002 – 728 с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия в 2 кн. Кн. 1 Титриметрические и гравиметрический методы анализа. Кн. 2 Физико-химические методы анализа. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2002

3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии.: учебное пособие для вузов - М.: Интеграл-Пресс, 2002 – 240 с.

4. Курс общей химии / Под ред. Н.В. Коровина. – М.: В.Ш., 1990

5. Романцева Л.М. и др. Сборник задач и упражнений по общей химии: Учеб. пособие для нехим. спец-ей вузов /Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А. Суханова. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991

 

 

Содержание

 

 

Общие методические указания
Лабораторная работа №1. Правила работы безопасности при работе в лаборатории химии. Элементы техники лабораторных работ
Лабораторная работа №2. Определение молярной массы эквивалента цинка
Лабораторная работа №3. Основные классы неорганических соединений: оксиды, основания и амфотерные гидроксиды...................................................................
Лабораторная работа №4. Основные классы неорганических соединений: кислоты, соли
Лабораторная работа №5. Кинетика химических реакций
Лабораторная работа №6. Химическое равновесие
Лабораторная работа №7. Синтез и исследование свойств координационных соединений
Лабораторная работа №8. Приготовление растворов заданной концентрации
Лабораторная работа №9. Гидролиз солей
Лабораторная работа №10. Окислительно-восстановительные реакции
Лабораторная работа №11. Электрохимический ряд напряжений металлов
Лабораторная работа №12. Гальванический элемент
Лабораторная работа №13. Изучение свойств азотной, серной и ортофосфорной кислот
Лабораторная работа №14. Электролиз солей
Лабораторная работа №15. Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии
Лабораторная работа №16. Криоскопический метод определения молекулярной массы растворенного вещества
Лабораторная работа №17. Определение кажущейся степени диссоциации хлорида калия криоскопическим методом
Литература
Содержание

 

 

 

Лукашов Сергей Викторович

Пашаян арарат александрович

 

 

Х И М И Я