Растворы электролитов (стр. 6 )

3 ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении данной лабораторной работы необходимо соблюдать общие правила работы в химической лаборатории

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Последовательным разбавлением готовят из исходного 0,1 М раствора сильного электролита по 100 мл 0,05 М; 0,025 М; 0,0125 М; 0,00625 М; 0,003 М; 0,0015 М.

Все растворы готовят в мерных колбах на 100мл. Для этого рассчитывают объем V1 исходного раствора кислоты (или основания) с молярной концентрацией C1, необходимый для приготовления объема V2 раствора заданной концентрации С2. При расчете исходят из того, что количество кислоты при разбавлении исходного раствора не изменяется:

C1 ·V1 = С2 ·V2.

V1 = С2 ·V2 / C1.

Например, для приготовления 100мл 0,0125М раствора необходимо взять 12,5 мл исходного раствора: V1 = 0,0125·100/0,1 = 12,5 мл.

Для получения более точных результатов концентрации приготовленных растворов устанавливают кислотно-основным титрованием (титруют раствором щелочи соответствующей концентрации).

Для титрования выбирают раствор щелочи с концентрацией, примерно равной концентрации титруемого раствора.

СН к = (СН NаОН VNаОН)/ VК,

где СН NаОН – эквивалентная (нормальная) концентрация щелочи, моль/л;

СН к – эквивалентная (нормальная) концентрация кислоты, моль/л;

VNаОН– средний объем щелочи, пошедший на титрование пробы кислоты, мл;

VК– объем пробы кислоты, мл.

Для одноосновных кислот (и однокислотных оснований) эквивалентные и молярные концентрации совпадают СН = СМ.

Результаты титрования заносят в таблицу 7.

Таблица 7 − Результаты титрования

№ п/п	Заданная концен-трация раствора, моль/л	Концен- трация щелочи, моль/л	Объем пробы, мл	Объем щелочи, пошедший на титрование	Средний объем щелочи, мл	Точная концен- трация кислоты, моль/л
1

Измеряют электропроводность растворов в порядке возрастания концентраций. Перед измерением датчик промывают дистиллированной водой и исследуемым раствором. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 8.

Таблица 8 – Результаты измерений электропроводности сильного электролита

№ п/п	Точная концен- трация раствора, моль/м3	Удельная электро-проводность раствора æС, Ом-1 ∙ м-1	Молярная электропроводность раствора lС, Ом-1∙м2∙кмоль-1	Коэффициент электро-проводности fl
1
2
3

Используя æС, рассчитывают молярную электрическую проводимость по формуле: lС = æс / CM,

где [СМ] = кмоль/м3 (1 кмоль/м3 соответствует 1 моль/л).

Строят график lС = f () (рис. 8)

Рис. 8 – Определение молярной электрической проводимости раствора сильного электролита при бесконечном разведении.

По графику, экстраполируя прямую до пересечения с осью ординат, определяют l0 сильного электролита. Опытные данные сравнивают со справочными данными.

Молярные электрические проводимости ионов при бесконечном разведении λ0+ и λ0– берут из таблицы «Молярные электрические проводимости ионов при бесконечном разведении» [2].

Вычисляют абсолютную (∆) и относительную (δ) погрешность определения l0:

∆ = | l0(ТАБЛ) – l0(ЭКСП) |;

Δ = ·100%.

Вычисляют коэффициент электропроводности раствора электролита

fl = lС /l0 = lС /(l0+ + λ0–),

используя значение λ0 = λ0+ + λ0– , найденное по справочным данным.

Строят график зависимости f l= f (СM) (рис.8) и делают выводы.

Рис. 9 – Зависимость коэффициента электропроводности сильного электролита от концентрации раствора

По результатам измерения æС для слабого и сильного электролитов строят зависимости æС = f (СM) на одной координатной плоскости (рис.10), делают выводы. Данные для слабого электролита должны быть получены в ходе предыдущей лабораторной работы.

Рис. 10 – Зависимость удельной электрической проводимости сильного (1)

и слабого (2) электролитов от концентрации раствора

5 ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1.  цель работы;

2.  результаты титрования раствора сильного электролита;

3.  результаты измерения удельной электропроводности сильного электролита;

4.  расчеты fl;

5.  график зависимости lС = f (), для определения молярной электропроводности сильного электролита при бесконечном разведении;

6.  графики æС = f (СM), f l= f (СM);

7.  расчет абсолютной и относительной погрешности определения молярной электропроводности сильного электролита λ0;

8.  выводы.

6 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.  Молярная электропроводность водного раствора сильного электролита уменьшается с ростом концентрации потому, что…

1)  уменьшается степень диссоциации электролита;

2)  уменьшаются подвижности ионов;

3)  образуются ионные пары;

4)  увеличивается вязкость раствора.

2.  Подвижность иона:

1)  зависит от заряда иона;

2)  зависит от кристаллографического радиуса иона;

3)  зависит от радиуса сольватированного иона;

4)  измеряется в См·м2·кмоль-1.

3.  В переменном электрическом поле с частотой больше частоты релаксации ионной атмосферы эквивалентная электропроводность электролита равна:

1) λС = λ0; 3) λС = λ0 – Δλэф;

2) λС =λ0 – Δλэф. – Δλрел.; 4) λС = λ0 – Δλрел..

4. В постоянном электрическом поле с градиентом потенциала более 10МВ/м эквивалентная электропроводность электролита равна:

1) λС = λ0; 3) λС = λ0 – Δλэф;

2) λС =λ0 – Δλэф. – Δλрел.; 4) λС = λ0 – Δλрел..

5. Вычислите молярную электропроводность 5%-ного раствора CaCl2 при 298К, если его удельная электропроводность равна 0,43·10-2 См·см-1. Плотность раствора равна 1,039 г/мл.

6. Удельная электрическая проводимость 0,5 М раствора KCl при 291 К равна 4,54·10-2 См·см-1. Молярные электропроводности ионов при этой температуре: λ0(К+)=4,07 См·м2·кмоль-1, λ0(Cl−) = 6,60 См·м2·кмоль-1. Вычислите коэффициент электрической проводимости данного раствора.

7. Удельная электрическая проводимость чистой воды при 298 К равна 4,0·10-8 См/см. Определите, во сколько раз возрастет электрическая проводимость воды при прибавлении к 1 л 1,0 · 10-5 моль: а) HCl; б) NaCl. Электролиты при этой концентрации считать диссоциированнными нацело, взаимодействием ионов пренебречь.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Гельфман по физической химии: Учеб. пособие/ Под ред. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2004. – 254с.

2.  Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 10-е, исп. и доп. / Под ред. и . – СПб.: «Иван Федоров», 2003. – 240 с., ил.

3.  Практикум по физической химии. Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е. перераб. и доп. / Под ред. . М.: – Высшая школа, 1974.– 496с.

4.  Сборник задач по электрохимии: Учеб. пособие для вузов / , , и др.; Под ред. . – М.: Высшая школа, 2003. – 143 с.

5.  , Семченко химия: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов. Изд. 3, перераб. и дополн. / Под ред. . – М.: Высшая школа, 2006. – 526 с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Константы диссоциации слабых кислот и оснований

при 25°C [2]

Кислота	КДИСС	Основание	КДИСС
Аскорбиновая С6H8O6 К1	9,1·10-5	Бензиламин С6H5CH2NH2	2,1·10-5
Бензойная C6H5COOH	6,3·10-5	Бутиламин C4H9NH2	6,0·10-4
Масляная C3H7COOH	1,5·10-5	Диметиламин (СH3)2NH	5,4·10-4
Муравьиная HCOOH	1,8·10-4	Гидроксид аммония NH4OH	1,8·10-5
Пропионовая C2H5COOH	1,3·10-5	Метиламин CH3NH2	4,6·10-3
Уксусная CH3COOH	1,8·10-5	Пропиламин C3H7NH2	5,6·10-4
Хлоруксусная ClCH2COOH	1,4·10-3	Этиламин C2H5NH2	6,5·10-4

Предельная молярная электрическая проводимость ионов

в воде при 25°C [2]

Катион	λ0, См·м2/кмоль	Анион	λ0, См·м2/кмоль
Ag+	6,19	Br-	7,81
⅓ Al3+	6,30	Cl-	7,64
½ Ba2+	6,36	½ CO32-	6,93
½ Ca2+	5,95	½ CrO42-	8,50
⅓ Cr3+	6,70	I-	7,68
½ Cu2+	5,66	MnO4-	6,13
H+	34,98	NO2-	7,20
K+	7,35	NO3-	7,15
½ Mg2+	5,30	OH-	19,83
½ Mn2+	5,35	⅓ PO43-	6,90
Na+	5,01	½ SO32-	7,20
NH4+	7,35	½ ⅓SO42-	8,00
½ Ni2+	5,40	HCOO-	5,46
½ Pb2+	7,00	CH3COO-	4,09
½ Sr2+	5,94	C2H5COO-	3,58
½ Zn2+	5,40	½ C2O42-	7,40