Файл: 2 часть Лабораторный практикум ФизХимия.pdf

представлено графически на рис.IV.1.

Экстраполяцией к C=0 (λС=0) имеем 1/λС =1/λ∞ , т.е. на оси ординат отсекается отрезок, равный величине 1/λ∞. Определив значение λ∞, рассчитывают α и KC для нескольких значений концентраций и среднее значение KC из графика по тангенсу угла наклона.

По окончании расчета полезно найти значение КС в единицах моль/л, обычно используемых в химической практике

1

λсС

α tgα= 1/λ2∞КС

1

λ ∞

Рис.IV.1. График для вычисления λ∞ и Кс

Если измерить KC при двух температурах, то по уравнению ВантГоффа (II.5) можно вычислить ∆Ho и, следовательно, теплоту диссоциации. Далее, из уравнений:

∆G o = −RT ln K C и ∆Go = ∆Ho −T∆So

находят ∆So процесса диссоциации. По величинам ∆Ho и ∆So делают вывод о факторах, влияющих на диссоциацию электролита.

Для защиты работы студенту необходимо:

- по полученным данным рассчитать степень диссоциации и константу диссоциации, определить ее среднее значение,

41

www.mitht.ru/e-library

- построить график и определить по тангенсу угла наклона значение константы диссоциации

- определить термодинамические параметры реакции диссоциации,

- объяснить, какие факторы определяют величину константы диссоциации.

IV.2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА АКТИВНОСТИ ИОНОВ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТА

Цель работы: Методом ЭДС измеряются активности ионов в растворах электролитов, рассчитываются коэффициенты активности и определяется зависимость коэффициента активности от ионной силы раствора,

Реактивы: раствор сульфата меди или сульфата цинка, заданной преподавателем концентрации, дистиллированная вода,

Оборудование: потенциометр, элемент с хлорсеребряным электродом сравнения, конические колбы, пипетки, выпрямитель,

Порядок выполнения работы:

В работе измеряют активности ионов металлов - меди или цинка - в растворах их сульфатов. Найденные активности используют для вычисления коэффициентов активностей ионов меди или цинка. При одинаковых зарядах катиона и аниона их коэффициенты активностей примерно одинаковы и совпадают со средним значением коэффициента активности изучаемого элемента.

Исследуемый полуэлемент представляет собой медный или цинковый электрод, погруженный в раствор соответствующего сульфата. Гальванический элемент составляют из исследуемого элемента и электрода сравнения - хлорсеребряного или каломельного

Исследуемый раствор сульфата меди или цинка с заданной преподавателем начальной концентрацией С0 используют для приготовления пяти растворов более низкой концентрации. Рекомендуются следующие разбавления:

Каждый из приготовленных растворов может быть использован для приготовления раствора еще более низкой концентрации путем разбавления водой в тех же пропорциях.

Металлические электроды должны быть подготовлены к работе. Поверхность металла очищают наждачной бумагой и промывают водой, затем на поверхности электрода осаждают электролитически свежий слой

42

www.mitht.ru/e-library

металла. Для этого исследуемый электрод опускают в стакан с соответствующим раствором, например, медный электрод - в раствор сульфата меди, и подключают его к отрицательному полюсу выпрямителя. Второй электрод из этого же металла подключают к положительному полюсу. Устанавливают силу тока в пределах 80-120 мА и пропускают ток в течение 1 минуты. Затем электрод промывают и проверяют его пригодность.

Для проверки составляют гальванический элемент из цинкового или медного электрода с раствором сульфата определенной концентрации в паре с электродом сравнения. При использовании хлорсеребряного электрода сравнения и растворов сульфатов меди и цинка с концентрацией, равной 1 моль/л, ЭДС составленного элемента должна иметь следующие значения: 0,1004 В при работе с медным электродом и 0,9999 В при работе с цинковым.

Используя приготовленные ранее растворы сульфатов разных концентраций и хлорсеребряный электрод сравнения, составляют гальванические элементы и измеряют значения ЭДС. Затем рассчитывают потенциалы исследуемого электрода ϕх при различных концентрациях электролита и активности ионов металла в растворе, используя при расчете табличные значения стандартных потенциалов медного или цинкового электрода. Измерение ЭДС для каждой концентрации электролита проводят несколько раз и используют средние арифметические значения для каждой концентрации раствора. Из найденных активностей вычисляют коэффициенты активности и строят график зависимости lg γ± от √Ι. Результаты измерений и вычислений должны быть сведены в табл.IV.3.

Таблица IV.3

Результаты измерений и расчетов

Для защиты работы необходимо:

-записать схему гальванического элемента, реакции, протекающие на электродах и в элементе,

-записать выражения электродных потенциалов и ЭДС элемента,

43

www.mitht.ru/e-library

-рассчитать коэффициенты активности меди или цинка в растворах различной концентрации,

-рассчитать ионную силу для всех концентраций раствора электролита,

-построить график в координатах lg γ± от √Ι. И сделать выводы о поведении (идеальный или неидеальный) раствора электролита.

IV.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОННОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ВОДОРОДНОГО КОНЦЕНТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА

Цель работы: Определение ионного произведения воды методом ЭДС с использованием концентрационного водородного элемента без переноса ионов.

Реактивы: растворы 0,1 М КОН и 0,1 М НCl.

Оборудование: генератор водорода, хлорсеребряный электрод, водородный электрод, иономер.

Порядок выполнения работы:

Вода в очень слабой степени диссоциирует на ионы: Н2О - Н+ + ОН-

Константа равновесия этой реакции равна:

Поскольку степень диссоциации воды незначительна, активность воды можно считать равной единице и, следовательно,

аН+•аОН- = Ка . аН2О = KW

где KW – постоянная величина при данной температуре, называемая ионным произведением воды.

Ионное произведение воды обычно определяют, используя водородный концентрационный элемент, состоящий из двух платиновых электродов, покрытых платиновой чернью и насыщенных водородом:

Pt, H2 | KOH || HCl | H2, Pt.

Один из электродов погружен в кислоту, другой – в раствор щелочи. В кислоте концентрация ионов водорода значительно больше, чем в растворе щелочи. Ионы водорода на левом электроде с водородного электрода будут переходить в раствор щелочи, а на электроде останутся электроны:

1/2H2 = H+ + e.

44

www.mitht.ru/e-library

На электроде, погруженном в раствор кислоты, этот процесс выражен гораздо слабее, поэтому при замыкании цепи электроны переходят от электрода, находящегося в растворе щелочи, к электроду, находящемуся в кислоте, на котором будет происходить выделение водорода:

H+ + e = 1/2 H2.

Потенциал водородного электрода, помещенного в раствор щелочи,

растворе щелочи очень мала, поэтому ее выражают через активность ионов

aщ − активность ионов ОН− в растворе щелочи. Следовательно, потенциал

OH

электрода, находящегося в щелочи, примет вид:

электродвижущая сила такого элемента выразится уравнением:

Электродвижущую силу Е вычисляют из опытных данных - на основе измерения ЭДС двух элементов, состоящих из водородного и хлорсеребряного электродов, по сути используется концентрационный водородный элемент без переноса ионов:

Pt, H2 | KOH || KCl | AgCl, Ag ; 1 элемент

Pt, H2 | HCl || KCl | AgCl, Ag . 2 элемент

ЭДС первого элемента равна: Е1 = ϕхс − 0,059 lg aHЩ+

второго: E2 = ϕxc − 0,059lgaнк+

45

www.mitht.ru/e-library