Кондуктометрічні вимірювання

Експеримент з визначення електропровідності розчинів слабких електролітів складається з двох частин:

1) калібровка комірки (визначення сталої комірки) шляхом вимірювання опору розчину, питома електропровідність якого відома;

2) вимірювання опору досліджуваного розчину слабкого електроліта.

Питому електропровідність можна розрахувати, якщо виміряти опір розчину електроліта в спеціальній посудині (комірці) між двома платиновими електродами.

1. Калібровка комірки. При калібровці комірки визначають її сталу. Для визначення сталої К використовують 0,02 н. розчин KCl. Комірку для вимірювання електропровідності ретельно промивають, ополіскуючи її не менш як три рази бідистилятом, а потім трьома порціями досліджуваного розчину. Після цього в комірку наливають 25 (або 50) мл 0,02 н. KCl, термостатують його, а потім вимірюють загальний опор розчину. За його значенням та питомою електропровідністю розчину калій хлориду (таблиця 2.3) обчислюють згідно (2.15) сталу комірки: К = χ_KCl · R_KCl.

Таблиця 2.3

Питома електропровідність розчинів калій хлориду

t°C	Питома електропровідність χ, Cм/м, розчинів KCl з концентрацією, моль/л
0,01	0,02	0,1	1,0
	0,0775	0,1521	0,715	6,541
	0,0896	0,1752	0,822	7,414
	0,1020	0,1994	0,933	8,319
	0,1147	0,2243	1,048	9,252
	0,1278	0,2501	1,167	10,207
	0,1413	0,2765	1,288	11,180
	0,1552	0,3036	1,412	–

 

Для вимірювання опору розчинів електролітів, на відміну від проводників 1-го роду, користуються змінним струмом звукової частоти, оскільки сталий струм спричинює електроліз розчину та поляризацію електродів. Вимірювання опору проводять за допомогою містка змінного струму (рис. 2.1). Змінюючи величину градуйованого змінного опору R_м, домагаються такого положення, щоб струм у колі нуль-приладу дорівнював нулю. Це відбувається при рівності потенціалів в точках А та В, коли виконується умова R_м · R₁ = R_x · R₂. Оскільки R₁ = R₂, величина R_м дорівнює невідомому опору R_x.

Рис. 2.1. Схема для кондуктометричних вимірювань. ДЖ(ЗГ) – джерело живлення (звуковий генератор); НП – нуль-прилад; Rм – градуйований змінний опір; Rx – опір, який вимірюють.

У цій лабораторній роботі для вимірювання опору застосовується реохордний міст Р-38, в якості джерела змінного струму використовується звуковий генератор ЗГ-33. При живленні струмом звукової частоти чутливим нуль-приладом може служити гальванометр змінного струму, індикатор нуля або осцилограф. При відсутності балансу на екрані осцилографа з’являється синусоїда, котра при рівновазі стягується в пряму лінію.

2. Вимірювання опору досліджуваного розчину слабкого електроліта. Для визначення опору користуються такою ж апаратурою та методикою вимірювання, що й для визначення сталої комірки.

Хід роботи

Варіант 1

1. Викладач називає концентрацію та слабкий електроліт, константу та теплоту дисоціації якого студент має визначити.

2. Зібрати схему для вимірювання опору розчинів (див. рис. 3.1).

3. Наліти в комірку 25 мл 0,02 н. розчину KCl, виміряти його опір та розрахувати сталу комірки (див. розділ лабораторної роботи Калібровка комірки).

4. Вилити розчин калій хлориду, вимити комірку дистильованою водою, а потім досліджуваним розчином.

5. Послідовно виміряти опір розчину слабкого електроліту при фіксованих температурах: 25; 30; 35; 40°С.

6. Розрахувати питому та еквівалентну електропровідності розчину слабкого електроліту (див. (2.14) та (2.15)).

7. За довідниковими даними обчислити іонні електропровідності при нескінченному розведенні та граничну електропровідність електроліта при 25; 30; 35; 40°С (див. (2.12) та (2.13)).

8. Розрахувати ступінь та константу дисоціації слабкого електроліта (див. (2.9) та (2.11)).

9. Результати розрахунків занести до таблиці 2.4.

Таблиця 2.4

Результати кондуктометричних вимірювань

Електроліт _____________.

t°C	T, K	χ, Ом^-1·м^-1	λ,	λ0+,	λ0-,	α	К	Т^-1	lnK

10. Побудувати графік lnK = f (T^-1). За тангенсом його кута нахилу (визначення див. МВ № 1321) розраховуємо теплоту дисоціації слабкого електроліта (див. (2.3)).

Варіант 2

Пункти 1 – 4 ідентичні варіантові 1.

5. Послідовно виміряти опір розчину слабкого електроліту при двох фіксованих температурах за вказівкою викладача, наприклад, 25 та 40°С.

6. Обчислити питому та еквівалентну електропровідності, іонні електропровідності при нескінченному розведенні та граничну електропровідність, ступінь та константу дисоціації слабкого електроліта при обраних температурах (див. (2.9), (2.11) – (2.15)).

7. Результати розрахунків занести до таблиці 2.5.

8. Обчислити теплоту дисоціації за рівнянням ізобари Вант Гоффа (2.7).

 

Таблиця 2.5

Результати кондуктометричних вимірювань

Електроліт _____________.

t°C	T, K	χ, Ом^-1·м^-1	λ,	λ0+,	λ0-,	α	К

Контрольні питання та задачі до лабораторної роботи № 5

1. Екзо- чи ендотермічна реакція дисоціації слабкого електроліта?

2. Чи можна при вимірюванні електропровідності користуватися сталим струмом або струмом змінним струмом низької частоти?

3. Чому проводять платинування електродів?

4. Чому при вимірюванні електропровідності слід користуватися дистильованою водою?

5. Для чого вводять сталу комірки? Який фізичний зміст має ця величина? Як її визначити?

6. Чи має значення об’єм розчину, який взяли для вимірювання електропровідності? Що буде відбуватися, якщо електроди не повністю занурені в розчин?

7. Що називають питомою, молярною та еквівалентною електропровідністю розчинів?

8. * Як впливає підвищення температури на рН розчину оцтової кислоти? Обґрунтуйте свою відповідь.

9. Як впливають на ступень дисоціації оцтової кислоти а) зниження температури; б) підвищення тиску; в) * розбавлення розчину? Обґрунтуйте свою відповідь.

10. * Виведіть рівняння закону розведення Оствальда для електроліта А₃В.

Фазові рівноваги