Определение зависимости электрической проводимости электролита от температуры

Цель работы: экспериментальное изучение зависимости электрической проводимости сильного электролита от температуры и расчет энергии активации электрической проводимости.

Теоретические основы работы

Известны эмпирические зависимости электрической проводимости электролитов от температуры. Для узкого интервала температур эквивалентная электрическая проводимость выражается уравнением

или для более широкого интервала

,

где и − эквивалентные электрические проводимости соответственно при температуре и 0 ⁰С; и − эмпирические коэффициенты.

В области невысоких температур (около 25 ⁰С) значение увеличивается на 1,5 – 2 % с повышением температуры на 1 ⁰С.

Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов описывается выражением

где и − удельные электрические проводимости при температуре и 25 ⁰С; и − эмпирические коэффициенты.

Кривая удельной электрической проводимости в широком интервале температур проходит через максимум, который зависит от концентрации и природы электролита: чем выше концентрация и заряд катиона, тем при более низких температурах появляется максимум. Для однозарядных электролитов при концентрации 0,1 – 0,8 моль-экв/дм³ максимум лежит в области высоких температур (250 – 300 ⁰С), для бинарных электролитов положение максимума отвечает температуре 100 – 115 ⁰С и только для трехзарядных катионов максимум обнаруживается в пределах 60 – 80 ⁰С.

Сложный характер изменения электрической проводимости с температурой объясняется влиянием последней на вязкость и диэлектрическую проницаемость раствора, степень диссоциации молекул, а также электрофоретическое и релаксационное торможение ионов.

Зависимость электропроводности растворов электролитов от температуры передается дифференциальным уравнением

.

Его интегральные формы

, (13)

, (14)

где − эквивалентная электрическая проводимость раствора определенной концентрации; − энергия активации электрической проводимости; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К); Т – абсолютная температура.

Энергия активации электрической проводимости рассчитывается графически (13) и аналитически (14) по значениям при нескольких температурах.

Приборы и материалы: установка для измерения сопротивления, термостат с подогревом, термометр; раствор концентрацией 1 моль-экв/дм³.

Порядок выполнения работы

1. Определить постоянную ячейки (см. работу 1).

2. В промытую дистиллированной водой ячейку залить 50 см³ раствора и опустить ее в водный термостат.

3. Измерить сопротивление раствора и его температуру.

4. Медленно повышая температуру до 75 – 80 ⁰С, через каждые 5 ⁰С делать аналогичные замеры.

5. Рассчитать удельную и эквивалентную электрические проводимости раствора при измеренных температурах.

6. Построить график прямолинейной зависимости в координатах . Из графика найти величину тангенса угла наклона прямой к оси . Пользуясь уравнением (13), рассчитать энергию активации электрической проводимости

7. Результаты представить по форме:

№ п/п	t, 0С	Т, К	Ом	χ, См∙см-1	, См∙см2∙моль-1
1 2 3 . . .

Контрольные вопросы:

1. Причины влияния температуры на электрическое сопротивление растворов электролитов.

2. Эмпирические зависимости электрической проводимости от температуры.

3. Что такое энергия активации электрической проводимости? Ее графический расчет.

Работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И ПРОИЗВЕДЕНИЯ

РАСТВОРИМОСТИ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ

ПО ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРА

Цель работы: Ознакомление с кондуктометрическим методом определения растворимости малорастворимых электролитов и расчет произведения растворимости.

Теоретические основы работы

Растворы труднорастворимых солей относятся к предельно разбавленным.

Определив экспериментально удельную электрическую проводимость предельно разбавленного раствора и, зная его эквивалентную электрическую проводимость , можно найти насыщенную концентрацию

,

Так как удельная электрическая проводимость раствора мала, учитывают поправку на электрическую проводимость воды

, (15)

где с – концентрация соли в насыщенном растворе, моль-экв/дм³; − удельная электрическая проводимость раствора; − удельная электрическая проводимость воды. Величину находят для каждой соли по закону Кольрауша (7).

Произведением растворимости называется произведение активностей ионов малорастворимых солей. Если в растворе нет посторонних химических соединений, то произведение активностей заменяется произведением концентраций.

Для соли произведение растворимости записывается

,

где ПР – произведение растворимости; а_М, а_А – активности ионов; с_М, с_А - концентрации ионов; ν₊, ν_- - числа, показывающие сколько катионов и анионов образуется при диссоциации молекулы.

При расчете произведения растворимости концентрация ионов выражается в моль/дм³. В качестве примера приведем расчет произведения растворимости карбоната серебра. Растворимость соли в воде при 25 ⁰С по экспериментальным данным равна 1,16∙10^-4 моль/ дм³. Найти произведение растворимости его при этой температуре. Рассматриваемая соль диссоциирует по уравнению

Из условия задачи определяем, что концентрация ионов в насыщенном растворе =1,16∙10^-4 моль/ дм³, а концентрация ионов вдвое больше, т.е. = 2,32∙10^-4 моль/ дм³. Тогда произведение растворимости

Работа может быть выполнена по классической методике с использованием мостовой схемы и с помощью УЛК «Химия».

Приборы и материалы: установка для измерения сопротивления, электролитическая ячейка, дистиллированная вода, насыщенные растворы солей , , и .