1/2 РКдис

Рис.5. Зависимость рН раствора кислоты от ее концентрации

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

РАБОТА 1

Измерение ЭДС гальванического элемента и электродных потенциалов

Необходимые материалы и оборудование:

растворы СuSO₄, ZnS0₄, CdSO₄, концентрация I моль/кг,

стаканы на 50-100 мл, мерные колбы на 50 мл,

пипетки на I и 5 мл,

мерный цилиндр на 2§ мл,

электролитический ключ,

наждачная бумага,

металлические электроды (Си,2п» Cd),

хлорсеребрянный (или каломельный) электрод,

высокоомный потенциометр Р-307 с гальванометром , эле­ментом Вестона и аккумулятором (или батареей сухих элементов), -

термостат

дистиллированная вода.

Для проведения работы собирают гальванический элемент, состоящий из двух металлических электродов (Си,Zu, Cd) no заданию преподавателя. Поверхность электродов зачищают наждачной бумагой, тщательно промывают водопроводной водой и споласкивают дистиллированной водой. Приготовленные таким образом электроды опускают в стаканы объемом 50 мл, куда предварительно заливают раствор соли заданной концентрации.

электролитический ключ заполняют насыщенным раствором хлористого калия (или 0,1 моль/л раствором азотнокислого калия) и помещают в электродные сосуды непосредственно пе­ред измерениями.

Гальванический- элемент помещают в термостат на 15-20 мин нут и присоединяют к соответствующим клеммам потенциомет­ра Р-307.

Для определения знака заряда электродов химических галь­ванических элементов пользуются таблицей стандартных зна­чений потенциалов электродов» а для концентрационных эле­ментов знаки зарядов электродов определяют по концентрации электролитов (положительным электродом будет тот, где выше концентрация электролита).

Последовательность операций при измерении ЭДС потенцио­метром Р--307:

- присоединить к соответствующим клеммам потенциометра гальванометр, нормальный элемент Вестона батарею сухих элементов и исследуемый гальванический элемент;

- переключатель вида работ поставить в положение НЭ, Кратковременным нажатием кнопки "430 кОм" включить гальва­нометр в цепь в которой ведутся измерения и вращением ру­чек "регулировка тока" добиться такого положения, когда при нажатии кнопки "430 кОм" стрелка гальванометра не от­клоняется. Затем кратковременно нажимая кнопку "0" произ­вести более точную компенсацию;

- переключатель вида работ поставить в положение " X₁" или " X₂" в зависимости от того, к каким клеммам подсоединен исследуемый элемент, и вращая ручки декадных реостатов, до­биться компенсации ЭДС исследуемого элемента. Значение ЭДС отсчитывать в смотровых окошечках потенциометра.

Для определения потенциала каждого из электродов соста­вить гальванический элемент, состоящий из электрода, потенциал которого определяется, и электрода сравнения (кало­мельного или хлорсеребрянного) и измерить его ЭДС. По определенному ЭДС и известному потенциалу электрода сравнения рассчитать потенциал исследуемого электрода.

То же самое проделать со вторым электродом. Но полученными значениям электродных потенциалов обоих электродов рассчитать ЭДС.

Рассчитать ЭДС исследуемого элемента по уравнению Нернста, для этого написать суммарное уравнение реакции, про­текающей в элементе.

Сравнить все три значения ЭДС.

РАБОТА 2

Определение констант диссоциации слабых кислот путем измерения рН растворов.

Н еобходимые материалы и оборудование:

- растворы слабых кислот, концентрации I моль/л (уксус­ная, муравьиная, пропионовая, щавелевая, фосфорная и др.),

• стаканы на 50 и 100 мл,

• мерные колбы на 50 мл,

• пипетка на 10 мл,

• мерный цилиндр на 25 мл,

• электролитический ключ,

• платиновый электрод,

• хлорсеребрянный (или каломельный) электрод,

• хингидрон,

• дистиллированная вода,

• потенциометр Р-307 с нормальным элементом Вестона, батареей сухих элементов, гальванометром. –

Из исходного раствора слабой кислоты (указывается пре­подавателем) с концентрацией 1,0 моль/л путем последователь­ного разведения готовят растворы следующих концентраций, (моль/л): 0,5, О,1, 0,05, 0,01, 0,005, 0,001. Объем раствора должен быть не менее 25 мл и не более 50 мл,

В стаканчик на 50 мл налить 25 мл приготовленного раство­ра кислоты, добавить хингидрон. Раствор тщательно переме­шать стеклянной палочкой. Хингидрона добавляют столько, что­бы образовался насыщенный раствор. Опускают в стаканчик пла­тиновый и хлорсеребрянный электроды и измеряют ЭДС получен­ного гальванического элемента. По величине ЭЬДС рассчитывают рН раствора.

Такие же измерения проводят со всеми приготовленными раст­ворами.

Полученные результаты сводят в таблицу

На основе опытных данных построить график в координатах рН = рН(IgСША) и определить константу диссоциации слабой кислоты. Сравнить значение константы диссоциации, найденное из опытных данных, со справочным значением.

РАБОТА 3

Определение констант диссоциации слабых кислот потенциометрическим титрованием.

Необходимые материалы и оборудование:

• растворы слабых кислот концентрации 0,1 моль/л,

• стаканы на 150-200 мл,

• пипетка на; 10 мл,

• бюретка на 25 мл,

• хингидрон,

• раствор NаОН концентрации 0.1моль/л,

• платиновый электрод,

• хлорсеребрянный электрод,

• дистиллированная вода,

• потенциометр Р-307 с нормальным элементом Вестона, гальванометром и батареей сухих элементов,

• магнитная мешалка.

Для потенциометрического титрования слабой кислоты готовится элемент, состоящий из хингидронного и хлорсеребрянного электродов:

Ag | AgCl| KCl || р-р слабой кислоты насыщ. хингидроном | Pt

Измерительная ячейка, используемая при этом, изображена на рис.6.

Рис.6. Ячейка для потенциометрического титрования:

I - бюретка

2 - хлорсеребрянный электрод

3 - элемент магнитной мешалки

4 -стакан,

5 - платиновый электрод

6 - магнитная мешалка

В стакан для титрования емкостью 150-200 мл вводят пи­петкой 10 мл 0.1 моль/л водного раствора слабой кислоты (кислота задается преподавателем) и разводится дистиллиро­ванной водой примерно до половины стакана/ В раствор добав­ляют хингидрон до насыщения, опускают платиновый и хлорсеребрянный электроды, подсоединенные к соответствующим клеммам потенциометра. Стакан устанавливают на магнитную мешалку.

Измеряют ЭДС полученного гальванического элемента после каждой порции прилитой щелочи. Концентрация щелочи 0,1моль/л. Первые пять порций взять по1 мл, в дальнейшем объем порции уменьшить до 0,5 мл. Опыт заканчивается после приливания 15 мл щелочи.

Полученные результаты свести в таблицу

По табличным данным построить график Е = f(V_щел) и опре­делить E1/2 Рассчитать ℓgКдис и К_дис Сравнить получен­ное значение константы диссоциации со справочной.

РАБОТА 4

Определение термодинамических функций реакции, протекающих в гальваническом элементе.

Необходимые материалы и оборудование:

растворы солей растворы СuSO₄, ZnS0₄, CdSO₄, концентрация I моль/кг,

стаканы на 50-I00 мл,

мерные колбы на 50 мл,

пипетки на I и 5 мл,

мерный' цилиндр на 25 мл,

электролитический ключ,

наждачная бумага,

металлические электроды (Сn, Zn Cd)

потенциометр Р-307 с гальванометром, элементом Вестона и батареей сухих элементов,

термостат

дистиллированная вода.

Целью данной работы является определение теплового эффек­та, изобарyо-изотермического потенциала, энтропии реакции, протекающей в обратимо работающем гальваническом элементе на основании измерения ЭДС при различных температурах.

При выполнении_tэтого задания готовится гальванический элемент (по указанию преподавателя) как в работе I.

Элемент помещают в термостат, выдерживают при заданной температуре 15-20 мин с тем, чтобы температура элемента си­ла равной температуре термостата и производят измерение ЭДС компенсационным методом. Изменяют температуру воды в термо­стате 'и после выдержки 15-20 минут вновь проводят измере­ние ЭДС.

Рекомендуются пределы температуры от 20 до 60°С, а ин­тервал 7-10°С Измерения долены быть проведены не менее, чем при четырех значениях температуры.

Температурный коэффициент удобно находить графическим способом, для этого строят график зависимости ЭДС от тем­пературы и по угловому коэффициенту прямой определяют ( ∂E/∂T)_р. По уравнениям (15), (12) и (10) рассчитать ΔН_т, ΔS_т и ΔG_т

ЛИТЕРАТУРА

1. Киреев В.В. Курс физической химии, - М.1975.

2. Стромберг А.Г., Семченко Д П, Физическая химия - М. Высшая школа, 1988.

3. Физическая химия /Под ред. Краснова К.С. - М,; Высшая школа, 1982. .

4. Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. Равделя А.А. и Пономаревой A.M. Л, Химия, 1983, .

5. Добош Д. Электрохимические константы.- М., Мир, I980.

6. Практические работы по физической химии /Под ред.Мищенко К.П., Равделя А.А., Пономаревой A.М. - Л, Химия, 1982.

7. Практикум по физической химии /Под ред. Кудряшова И.В. Высшая школа, 1986

8. Практикум но физической химии /Под ред. Буданова В.В., Воробьева П.К. - М. Химия, 1986.

Таблица 2

Потенциалы насыщенных каломельного и хлорсеребрянного электродов при различных температурах

СОДЁГЖ/ШИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3