Физическая химия (стр. 1 )

Министерство образования РФ

Алтайский государственный университет

Химический факультет

Кафедра физической и коллоидной химии

Физическая химия

Часть 3

Барнаул 2008 г.

Составители: к. х.н., доцент

к. х.н., доцент

Рецензенты: д. ф-м. н., профессор ;

к. х.н., доц.

Настоящее методическое указание является руководством к подготовке и выполнению лабораторных работ, даны перечень тем семинарских и практических занятий, темы теоретических коллоквиумов и контрольных работ, индивидуальные расчетные задания( номера задач), список литературы по темам и лабораторные работы по курсу по « Физическая химия». Предназначены для студентов третьего курса по специальности 020101.65-химия. Раздел электрохимия(часть3).

Части 1 и 2 изданы в 2006 и 2007гг. соответственно.

Тема V: Термодинамика и электропроводность растворов электролитов

Вопросы теоретического коллоквиума

1.  Электрохимическая цепь. Особенности электрохимического окисления и восстановление. Разделы теоретической электрохимии, прикладная электрохимия.

2.  Основные положения теории растворов электролитов Аррениуса, ее недостатки. Доказательства электролитической диссоциации. Основное условие устойчивости растворов электролитов.

3.  Метод активности в термодинамике растворов электролитов, средний коэффициент активности электролита, теория Дебая-Гюккеля, допущения и три приближения.

4.  Удельная и эквивалентная электропроводности растворов электролитов, подвижности ионов, зависимость их от различных факторов. Закон Кольрауша. Аномальная подвижность ионов. Числа переносов.

5.  Электрофоретический и релаксационный эффекты, их экспериментальная проверка. Определение коэффициентов активности индивидуальных ионов с помощью ионоселективных электродов.

6.  Материальный баланс электролиза водных растворов различных электролитов с различными электродами.

Литература

1.  и др. Курс физической химии. В 2 т. М.: Химия, 1969. Т.1-2.

2.  , Петрий . Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1987. 296 с.

3.  , Семченко химия. М.: Высшая школа, 1999. 527 с.

4.  , Каретников примеров и задач по физической химии. М.: Высшая школа, 1991. 527 с.

5.  и др. Сборник примеров и задач по электрохимии. Томск. Изд-во Томского ун-та, 1962. 144 с.

Вопросы к лабораторной работе 5 - 1

Измерение электропроводности растворов электролитов и расчет константы электролитической диссоциации слабого электролита

1.  Схема измерения электропроводности растворов. Постоянная электролизера.

2.  Приготовление растворов и определение их электропроводности компенсационным методом.

3.  Вычисление предельной эквивалентной электропроводности по закону Кольрауша и расчет константы диссоциации.

4.  Графики зависимости удельной и эквивалентной электропроводностей слабого электролита от концентрации.

Литература

1.  Практикум по физической химии / Под ред. , . М.: Химия, 1986. С.246, 235.

2.  Практикум по физической химии / Под ред. . М.: Высшая школа, 1986. С. 278.

Ход работы

Для предотвращения поляризации электродов при кондуктометрических определениях поверхность последних платинируют, то есть электрически покрывают мелкозернистой платиной.

При измерениях необходимо применять переменный ток высокой частоты во избежание электролиза, влекущего за собой изменение концентрации электролита и также во избежание явлений поляризации.

Постоянная сосуда и ее определение

Согласно закону Ома сопротивление раствора, находящегося между электродами определяется формулой

R = r ; R = 1/æ * . (1 )

Электропроводность – величина обратная удельному сопротивлению, то есть r = 1/æ; отсюда

R = 1/æ * или c = * . (2 )

Если бы расстояние между электродами в сосуде точно равнялось 1 м, а площадь каждого электрода 1 м2, и в проведении тока участвовал только объем раствора, заключенный между электродами, то измеренная в таких условиях электропроводность представляла бы собой удельную электропроводность раствора.

В действительности электропроводность раствора зависит не только от размеров электродов и расстояния между ними, но и от формы их, взаимного расположения и объема раствора, так как ток проводит весь раствор, то есть не только объем, заключенный между электродами. Поэтому электропроводность, измеренная в сосудах произвольных размеров, не будет удельной электропроводностью, если не учитывать отношение (2). Кроме этого при всех измерениях нужно брать один и тот же объем раствора.

Отношение /s называется постоянной электролизера и обозначается через «а». Размерность ее м-1.

Таким образом уравнение (2) примет вид

æ = . (3)

Постоянную сосуда «а» можно легко определить, если измерить сопротивление раствора, удельная электропроводность которого известна. Обычно применяют растворы КС1 или NaCl и затем наливают в него 20 мл этого раствора. Сосуд помещают в термостат. Через 10-15 минут включают в цепь и подбирают сопротивление R, при котором значение амплитуды силы тока на осциллографе будет минимальным.

По полученному значению R вычислять постоянную по формуле

а = æ KCl R KCl, (4)

где а – постоянная сосуда, æ KCl - удельная электропроводность, R KCl - сопротивление раствора.

Определение удельной электропроводности раствора

Точно готовят 1 н раствор электролита СН3СООН. Ополаскивают указанным раствором промытый после КСl сосудик и пипеткой наливают точно 20 мл раствора. Точно также, как в предыдущем определении, вычисляют удельную электропроводность по формуле (3).

Из сосуда пипеткой отбирают 10 мл раствора и добавляют другой пипеткой 10 мл дистиллированной воды. Закрывают сосудик пробкой и тщательно перемешивают раствор. При таком разбавлении концентрация уменьшается вдвое, то есть получили 0,05 н раствор. Для получившегося раствора также определяют удельную электропроводность. Таким же образом готовят растворы 0,025 н и 0,0125 н и для них так же определяют удельную электропроводность.

Вычисление эквивалентной электропроводности

Эквивалентная электропроводность связана с удельной уравнением

L = æ / с,

где æ - удельная электропроводность, с – концентрация в г-экв/м3.

Вычисление классической константы диссоциации

Вычисление проводим по формулам:

a = ; Кс = (a2/ с)*(1-a) = , (6)

где L - эквивалентная электропроводность при данном разбавлении,

L0 – эквивалентная электропроводность при предельном разбавлении (определяется по закону Кольрауша) : L0 = L + L,

С – концентрация в г-экв/м3.

Значения L и L для соответствующих ионов находят в справочнике. Кс нужно вычислить для всех концентраций. Полученные значения для всех Кс нужно сравнить между собой и, если значения близки, то можно взять среднее значение.

Удельная электропроводность растворов KCl при различных температурах:

t, 0C КСl 0,1 н КСl 0,01 н

10 0,00934 0,001019

12 0,00979 0,00107

16 0,01072 0,001173

18 0,0102 0,00122

20 0,01167 0,001278

24 0,01264 0,001386

25 0,01289 0,001412

Построить график в координатах æ - С, L - С, a – С.

Вопросы к лабораторной работе 5 - 2

Определение растворимости труднорастворимой соли при различных температурах методом электрической проводимости и вычисление термодинамических функций растворения

1.  Цель работы.

2.  Методика приготовления насыщенных растворов труднорастворимых солей и измерение их электропроводности.

3.  Расчет растворимости, произведение растворимости и термодинамических функций растворения солей по данным электропроводности.

4.  Сравнительный расчет DHо, DGо и DSо процесса растворения по справочным значениям термодинамических свойств.

Литература

1.  Практикум по физической химии / Под ред. . М.: Высшая школа, 1986. С.285.

2.  Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. и . Л.: Химия, 1983. С.73, 119, 142.

Расчет термодинамических функций растворения

В данной работе методом измерения электропроводности нужно определить растворимость соли при различных температурах и на основании полученных данных рассчитать термодинамические функции процесса растворения DG0, DH0, DS0.

Зависимость растворимости от температуры выражается уравнением Шредера:

= , (1)