Методика выполнения работы и ее обоснование

Лабораторной работе должен предшествовать опыт по определению постоянной сосуда для электрохимических измерений. Если работы выполняются на одной установке в течение одного лабораторного занятия, то достаточно этот опыт провести один раз.

Определение постоянной сосуда (j)

Постоянной сосуда является отношение расстояния между электродами (l) к площади каждого из электродов (S), используемых в электрохимической ячейке для измерения электропроводности раствора (L). Она определяется экспериментально. Для этого измеряют электрическую проводимость раствора (L), удельная электрическая проводимость которого известна. Обычно для этой цели используется 0,01 М раствор KCl. Значение k для этих растворов для заданной температуры берут из приложения. Тогда, для полученных значений k и R рассчитывают постоянную сосуда (j) по уравнению для удельной электропроводности k

k = j,                                      (1.1)

где j – постоянная сосуда.

Отсюда j = k_KCl R _KCl = , см^–1.                                                  (1.2)

Сосуд для измерения вместе с электродами промывают дистиллированной водой и исследуемым раствором. Затем в сосуд помещают 20 см³ 0,01 М раствора KCl, при этом электроды должны быть полностью покрыты раствором. Электроды сосуда подсоединяют к измерительной цепи и определяют его электрическую проводимость (L), после чего рассчитывают постоянную сосуда по уравнению (1.2).

К равновесию, которое устанавливается в растворе слабого электролита между ионами и молекулами, можно применить законы химического равновесия и записать выражение константы равновесия. Например, для диссоциации уксусной кислоты

CH₃COOH «CH₃COO^– + H⁺

константа равновесия, выраженная через молярные концентрации реагентов имеет вид

K = .

Константа равновесия процесса диссоциации слабого электролита называется константой диссоциации. Величина K зависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры. Она характеризует способность данного электролита распадаться на ионы в растворе. Чем больше K, тем полнее диссоциирует электролит в растворе.

Выражение для константы диссоциации слабого электролита через его начальную концентрацию (С) и степень диссоциации (a) имеет вид

K = .                                            (1.3)

Это уравнение для константы диссоциации выражает закон разведения Оствальда.

Степень диссоциации электролита определяют по уравнению

a = ,                                            (1.4)

где l – молярная электропроводность раствора,

  l^¥ – молярная электропроводность электролита при бесконечном разведении.

Молярная электрическая проводимость l связана с удельной электрической проводимостью k соотношением

l = .                                         (1.5)

Величину l^¥ рассчитывают по справочным данным по уравнению

l^¥ = l^¥₊ + l^¥_–,                                       (1.6)

где l^¥₊ и l^¥_– – подвижности ионов при предельном разбавлении.

Экспериментальные данные зависимости электропроводности разбавленного слабого электролита от его концентрации позволяют графически определять величины l^¥ и K. Для этого уравнение (1.3) с использованием (1.4) приводят к линейному виду в координатах (  – l С):

.                                    (1.7)

Построив график в указанных координатах и продолжив прямую линию графика до пересечения с осью ординат, находят значение l^¥ как величину, обратную величине отрезка ординаты, отсекаемой линией графика, а K определяют из уравнения

tg b = .

tg b определяется из треугольника как отношение противолежащего катета к прилежащему в масштабах осей графика (b – острый угол наклона линии зависимости к оси абсцисс).

 

Порядок выполнения работы

 

1. Определяют константу прибора (j) по методике, описанной выше.

2. В сосуд с электродами, отмытый дистиллированной водой, наливают 20 см³ указанного преподавателем раствора слабого электролита и измеряют его электропроводность (L). Результат заносят в таблицу.

3. Затем из сосуда отбирают 10 см³ дистиллированной воды, выдержанной при той же температуре, что и исследуемый раствор, т.е. разбавляют раствор в 2 раза. Определяют электропроводность полученного раствора. Эту операцию последовательного разбавления повторяют 4 раза, каждый раз измеряя электропроводность полученного раствора. Результаты заносят в таблицу.

4. Рассчитывают удельную электрическую проводимость (k) раствора для каждой из концентраций по уравнению (1.1).

5. Рассчитывают молярную электрическую проводимость (l) раствора для каждой концентрации исследуемого раствора по уравнению (1.5).

6. По уравнению (1.4) определяют степень диссоциации (a) для каждой концентрации исследуемого раствора. Молярную электрическую проводимость раствора электролита при его бесконечном разведении (l^¥) рассчитывают по уравнению (1.6), взяв значения подвижностей ионов электролита в предельно разбавленном растворе (l^¥₊ и l^¥_–) из приложения.

7. Рассчитывают константу диссоциации (K) для каждой концентрации исследуемого раствора по уравнению (1.3).

8. Строят графики зависимости a, k и l от концентрации электролита в растворе. Анализируют, соответствует ли их характер теоретическим представлениям.

9. В соответствии с уравнением (1.7) строят график в координатах (  – l С). Определяют из графика l^¥ и K. Анализируя значения K для каждой из концентраций раствора, решают вопрос о зависимости или независимости K от концентрации раствора. Сравнивают среднее значение K со справочным.

 

Рекомендуемый вид таблицы

 

          Исследуемый раствор:

 

Концентрация раствора С, моль×дм^–3	L, См	k, См×см^–1	l, См×см^2×моль^–1	a	K

Работа № 2