Физическая и коллоидная химия (стр. 5 )

,

где с = Н .

Если α<<1, то .

Пример 1

Удельная электропроводность 15%-ного раствора KNO3 при 1800С 0,1186 Ом-1∙см-1, плотность – 1,096 г/см3. Вычислить значения эквивалентной электропроводности и кажущуюся степень электролитической диссоциации KNO3 в растворе.

Решение

,

где СН – нормальность раствора, для однозарядного катиона совпадает с молярностью.

Пересчитываем концентрацию (см. тему 5):

.

Переведем удельную электропроводность в систему СИ:

Ом-1 ∙ см-1 = 102 ∙ Ом-1 м-1 (см. приложение):

χ = 0,1186 Ом-1 ∙ см-1 = 11,86 Ом-1 ∙ м-1;

.

Найдем λ∞ по уравнению:

из табл. 5:

, ;

λ∞=63,7∙10-4+62,6∙10-4=126,3∙10-4=0,01263Ом-1∙экв-1∙м2;

.

Пример 2

Вычислить, при какой концентрации раствора NH4ОН степень электролитической диссоциации равна 2%. Какова при этом концентрация ионов гидроксила? Константа электролитической диссоциации NH4ОН равна 1,79∙10-5.

Решение

По условию α=2%, или 0,02. Связь Кдис и α определяется уравнением

.

Отсюда

;

.

Пример 3

Удельная электропроводность раствора пропионовой кислоты С2Н5СООН при разбавлении (разведении) 7,4 л при 180С 4,79∙10-4 Ом-1см-1. Вычислить эквивалентную электропроводность, степень диссоциации, константу диссоциации. Подвижность иона С2Н5СОО - 37,2 Ом-1см2.

Решение

так как

значения V и χ переводим в СИ:

;

7,4λ = 7,4 ∙ 10-3 м3;

λ = 4,79 ∙ 10-2 ∙ 7,4 ∙ 10-3 = 3,54 ∙ 10-4 ;

Задание 6

6.1. При 180С удельная электропроводность 0,7Н раствора Mg(NO3)2 равна 4,38∙10-2 Ом-1см-1. Найти эквивалентную электропроводность и кажущуюся степень диссоциации этого раствора, если эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении равна 109,8 Ом-1см-1.

6.2. Удельная электропроводность 10%-ного раствора СаCl2 при 180С 11,4∙10-2 Ом-1см-1, плотность – 1,08 г/см3. Вычислить значение эквивалентной электропроводности и кажущуюся степень диссоциации СаСl2 в растворе. Эквивалентная электропроводность этого раствора при бесконечном разбавлении = 116 Ом-1см2.

6.3.Удельная электропроводность 20%-ного раствора NH4Cl при 180С 0,337 Ом-1см-1, плотность – 1,057 г/см3. Вычислить значение эквивалентной электропроводности и кажущуюся степень диссоциации. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении = 130 Ом-1см2.

6.4. Удельная электропроводность 0,1Н раствора уксусной кислоты равна 4,6∙10-2 Ом-1м-1. Вычислить значение эквивалентной электропроводности этого раствора.

6.5. Удельная электропроводность 0,02Н раствора ацетата натрия равна 16,2∙10-2Ом-1см-1. Найти эквивалентную электропроводность этого раствора.

6.6. При 180С удельная электропроводность 0,08% раствора аммиака 6,86∙10-4 Ом-1см-1, плотность – 0,996 г/см3. Константа диссоциации NH4OH 1,79∙10-5. Вычислить значение эквивалентной электропроводности при бесконечном разбавлении.

6.7. При 220С удельная электропроводность 9,55% раствора муравьиной кислоты 7,56∙10-3 Ом-1см-1, плотность – 1,024 г/см3. Константа диссоциации муравьиной кислоты 1,77∙10-4. Вычислить значение эквивалентной электропроводности при бесконечном разбавлении.

6.8. При 250С константа электролитической диссоциации монохлоруксусной кислоты равна 1,4∙10-3, а ее эквивалентная электропроводность при разведении в 32 л/экв – 77,2 Ом-1см-1. Вычислить значение эквивалентной электропроводности при бесконечном разбавлении.

6.9. Константа электролитической диссоциации азотистой кислоты при 12,50С равна 4,6∙10-4. Вычислить степень электролитической диссоциации 0,05Н раствора.

6.10.Удельная электропроводность раствора метиламина при 250С и концентрации 0,07Н равна 1,31∙10-3 Ом-1см-1. Вычислить константу диссоциации метиламина. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении 250 Ом-1см2.

6.11.Удельная электропроводность 0,02Н раствора ацетата натрия равна 16,2∙10-2 Ом-1см-1. Подвижности катиона и аниона соответственно равны 4,26∙10-3 и 4,7∙10-3 Ом-1м2. Найти кажущуюся степень диссоциации.

6.12.При 180С эквивалентная электропроводность раствора пропиламина при разведении в 64 л/экв равна 35,4 Ом-1см-1. Константа диссоциации пропиламина 4,7∙10-4. Вычислить значение степени диссоциации.

6.13. Константа электролитической диссоциации ортоборной кислоты (H3BO3) по первой ступени при 250С равна 5,8∙10-10. Вычислить степень электролитической диссоциации при разведении в 24 л/экв.

6.14. Вычислить, при какой концентрации раствора NH4OH степень электролитической диссоциации равна 0,02. Какова при этом концентрация ионов гидроксила? Константа электролитической диссоциации NH4OH равна 1,79∙10-5.

6.15. При каком разведении концентрация ионов водорода в растворе фенола будет равна 10-6Н? Константа электролитической диссоциации фенола 1,28∙10-10.

6.16. Удельная электропроводность раствора NH4OH при 180С и концентрации 0,011Н имеет величину 1,02∙10-4Ом-1см-1. Вычислить степень диссоциации NH4OH, если подвижность NH=63,6 Ом-1см2, а ОН-=174Ом-1см2.

6.17. Удельная электропроводность раствора NH4OH при 180С и концентрацией 0,022Н составляет 1,5∙10-4 Ом-1см-1. Вычислить концентрацию ионов ОН-, если подвижность NH4+ =63,6 Ом-1см2, а ОН - = 174 Ом-1см2.

6.18. Удельная электропроводность раствора бензиламина при 250С и разведении 16 л/экв равна 2,56∙10-4. Вычислить степень диссоциации бензиламина, если λ∞=215,8 Ом-1см-1.

6.19. Удельная электропроводность раствора бензиламина при 250С и разведении 64 л/экв равна 1,3∙10-4. Вычислить константу диссоциации, если λ∞=215,8 Ом-1см-1.

6.20. Удельная электропроводность 0,405Н раствора HJ при 180С 13,32∙10-2 Ом-1см-1. Каково значение кажущейся концентрации ионов водорода в растворе, если подвижность ионов водорода – 315 Ом-1см2, ионов J - – 66,8 Ом-1см2?

6.21. Эквивалентная электропроводность раствора уксусной кислоты при 250С и разведении 32 л/экв равна 8,2 Ом-1см-1. Вычислить константу электролитической диссоциации. Подвижность ионов водорода – 315 Ом-1см2, ионов CH3COO - – 35 Ом-1см2.

6.22. При каком разведении концентрация ионов водорода в растворе муравьиной кислоты будет равна 1∙10-3Н. Константа электролитической диссоциации 1,77∙10-4.

6.23. Вычислить константу электролитической диссоциации 0,4% раствора аммиака, если при 180С удельная электропроводность раствора 4,9∙10-4 Ом-1см-1. Плотность раствора принять равной единице.

6.24. Вычислить константу электролитической диссоциации 1%-ного раствора пропионовой кислоты, если при 180С удельная электропроводность раствора 4,79∙10-4 Ом-1см-1. Плотность раствора принять равной единице. Для пропионовой кислоты λ∞=344 Ом-1см-1.

6.25. Эквивалентная электропроводность 0,1М раствора СаСl2 82,8 Ом-1см2, при бесконечном разбавлении λ∞ = 115,8 Ом-1см2. Найти величину кажущейся степени диссоциации и значение удельной электропроводности.

Таблица 5

Подвижность ионов при 180С

Катионы	Анионы
Катионы		Анионы
H+	315	OH-	174
Na+	42,6	Cl-	66,3
NH4+	63,6	Br-	68,2
Ca2+	50,4	J-	66,8
Mg2+	44,6	NO3-	62,6
		HCOO-	47
		CH3COO-	35

Примечание. Для перевода в СИ значения lK и lA следует умножить на 1∙10-4.

Тема 7. Электродные потенциалы и гальванические цепи

Основные вопросы по теме

1.  Возникновение электродного потенциала на границе металл-электролит.

2.  Уравнение Нернста.

3.  Стандартный электродный потенциал.

4.  Электроды первого и второго рода.

5.  Уравнение Нернста для этих электродов.

6.  Водородный электрод.

7.  Гальванические цепи.

8.  ЭДС гальванического элемента.

Вопросы для самоконтроля

1.  Как возникает и от чего зависит электродный потенциал на границе металл – раствор?

2.  Какие виды электродов вам известны?

3.  Что такое «электроды сравнения»?

4.  Как выглядит уравнение Нернста применительно к каждому виду электродов?

5.  Что такое ЭДС?

6.  Как экспериментально определяют ЭДС?

7.  Чем отличается гальванический элемент от аккумулятора?

8.  Где используются гальванические элементы и аккумуляторы?

Электродный потенциал металла, погруженного в раствор его соли, вычисляется по уравнению Нернста:

,

если раствор разбавлен, то

.

Для 250С принимает вид

,

где n – число электронов в элементарной реакции (например, Zn0-2ē→Zn2+ n=2);

– стандартный электродный потенциал, определяемый при условии

= 1, Т = 298К, р = 1,013∙105 Н/м2 (1 атм) (см. табл. 6);

– концентрация, .

ЭДС – разность равновесных электродных потенциалов

Е = φ1 – φ2 (в).

При вычислении ЭДС из большего потенциала вычитается меньший, так как по определению ЭДС – величина положительная.

На электроде с большим потенциалом идет процесс восстановления:

Ме+n + n ∙ ē → Ме0.

На электроде с меньшим потенциалом идет процесс окисления:

Ме0 – n ∙ ē → Ме+n.

Пример

Вычислить электродвижущую силу гальванического элемента, составленного из Ag/Ag+ (CM = 0,01 моль/л) и Cd/Cd2+ (СМ = 0,05 моль/л). Напишите протекающую реакцию. Стандартные потенциалы взять из таблицы.

Решение

,

.

,

(см. тему 5).

Вычисляем ЭДС:

.

На серебряном электроде идет процесс восстановления:

Ag+ + ē = Ag0.

На кадмиевом электроде идет процесс окисления:

Cd0 – 2ē = Cd2+.

Суммируем оба процесса с учетом коэффициентов:

2Ag+ +2ē + Cd0 – 2ē = 2Ag0 + Cd2+;

окончательно

2Ag+ + Cd0 = 2Ag0 + Cd2+.

Задание 7

Вычислить электродвижущую силу окислительно-восстановитель­ного элемента, составленного из двух полуэлементов А и В. Напишите протекающую в нем реакцию. Стандартные потенциалы взять из табл. 6.

Расчетные данные

№ п/п	Полуэлемент А	Концентрация С, моль/л	Полуэлемент В	Концентрация С, моль/л
7.1	Co/Co(NO3)2	0,10	Ni/NiSO4	0,03
7.2	Co/Co(NO3)2	0,02	Cu/CuCl2	0,03
7.3	Ni/NiSO4	0,10	Co/Co (NO3)2	0,05
7.4	Ni/NiSO4	0,20	Cu/Cu (NO3)2	0,01
7.5	Cu/CuSO4	0,50	Cd/Cd (NO3)2	0,05
7.6	Cu/CuSO4	0,01	Cd/Cd (NO3)2	0,20
7.7	Cu/CuCl2	2,00	Cd/Cd SO4	0,30
7.8	Cu/CuCl2	0,20	Pb/Pb (NO3)2	0,03
7.9	Cu/CuCl2	0,06	Pb/Pb (NO3)2	0,20
7.10	Cu/CuCl2	0,02	Pb/Pb (NO3)2	0,30
7.11	Zn/ZnSO4	0,01	Ag/AgNO3	0,01
7.12	Zn/ZnSO4	0,02	Ag/AgNO3	0,02
7.13	Zn/ZnCl2	0,05	Ag/AgNO3	0,30
7.14	Zn/ZnCl2	0,01	Ni/NiSO4	0,50
7.15	Zn/ZnCl2	0,03	Ni/Ni (NO3)2	0,10
7.16	Ag/AgNO3	0,10	Zn/ZnSO4	0,20
7.17	Ag/AgNO3	0,20	Zn/ZnSO4	0,30
7.18	Ag/AgNO3	0,30	Zn/ZnCl2	0,10
7.19	Ag/AgNO3	0,50	Zn/Zn (NO3)2	0,20
7.20	Cd/Cd(NO3)2	0,20	Zn/Zn (NO3)2	0,30
7.21	Cd/Cd (NO3)2	0,70	Zn/Zn (NO3)2	0,10
7.22	Cd/Cd (NO3)2	0,80	Zn/ZnSO4	0,50
7.23	Cd/Cd SO4	0,05	Ni/NiSO4	0,70
7.24	Cd/Cd SO4	0,20	Ni/NiSO4	0,30
7.25	Cd/Cd SO4	0,02	Ni/NiSO4	0,05

Таблица 6