2.6 Определение среднего коэффициента активности электролита методом потенциометрии

Теоретическая часть

Для определения среднего коэффициента активности электролита необхо­димо составить элемент, состоящий из электродов обратимых относительно катиона и аниона исследуемого электролита. Кроме того, чтобы исключить возникновение диффузионного потенциала, элемент не должен содержать жидкостной границы. Для определения среднего коэффициента активности раствора соляной кислоты можно использовать гальванический элемент, состоящий из хлорид серебряного и стеклянного электродов

ЭДС такого гальванического элемента будет

• 

Учитывая, что , получим

После небольших преобразований получим

Для предельно разбавленного раствора

Обозначим . Согласно теории Дебая – Хюккеля для разбавленных растворов должна наблюдаться линейная зависимость в координатах y- . Таким образом, экстраполируя зависимость до нулевой концентрации, мы можем определить значения стандартной ЭДС используемого гальванического элемента.

Зная значение можно рассчитать средний коэффициент активности раствора соляной кислоты по:

Цель работы: Определить значения среднего коэффициента активности растворов соля­ной кислоты методом потенциометрии.

• измерить ЭДС гальванического элемента, составленного из стеклянного и хлорид серебряного электрода, с растворами соляной кислоты различной концентрации;

• способом графической экстраполяции определить значение стандартной ЭДС, используемого гальванического элемента;

• рассчитать значения среднего коэффициента активности растворов соляной кислоты различной концентрации.

Оборудование и материалы: компьютер, стеклянный и серебряный электродами и шнурами для подсоединения, химический стакан (50 см³), две пипетки на 10 см³, лабораторная посуда.

Реактивы: раствор HCl с известной концентрацией (0,1 М), раствор AgNO₃ (примерно 0,01 М), дистиллированная вода.

Алгоритм лабораторной работы

Подключить датчик к компьютеру: моно штекер в вход наушника, стерео штекер в линейный вход. Установить электроды в специальные держатели. Включить компьютер.

Тщательно вымытый химический стакан на 50 см³ установить в штатив модуля и налить в него с помощью пипетки 20 см³ заранее приготовленного раствора соляной кислоты. В химический стакан внести несколько капель раствора нитрата серебра для создания раствора насыщенного относительно ионов серебра (I), это необходимо для получения хлорсеребряного электрода, обратимого относительно хлорид-ионов. Стакан закрыть крышкой и установить серебряный и стеклянный электроды.

Запустить на компьютере программу “Visual Analyzer”, в появившемся окне выбрать вкладку “Main”. Перед вами появится список функций. В подменю отметить Volt-meter. В окне данного режима отметить DC (постоянный ток), mV (милливольт). Нажав на кнопку On, программа начинает измерения.

В ходе проведения работы будет изменяться концентрация или состав раствора, поэтому устанавливается режим UC (усреднение данных).

После окончания измерения необходимо промыть электроды дистиллированной водой, снова подключить промытые датчики и продолжить выполнение работы.

Для продолжения работы необходимо изменить концентрацию раствора, т.е. провести и продолжить выполнение работы согласно методике проведения работы. Оптимально количество снимаемых точек равно 1200. Именно при этом значении данные в окне Volt-meter стабилизируются.

После установления равновесия (3-5 минут) произвести измерение ЭДС гальванического элемента и занести полученное значение в таблицу.

Произвести разбавление раствора соляной кислоты в два раза. Для этого, отбирают пипеткой 10 см³ раствора и прибавить вместо него 10 см³ дистиллированной воды, целесообразно использовать две пипетки – одну для раствора, другую для воды).

После установления равновесия (3-5 минут) произвести измерение ЭДС гальванического элемента и занести полученное значение в таблицу.

Повторить разбавление с последующим измерением ЭДС 2—3 раза.

Далее построить строят график в координатах y- . и экстраполируя зависимость до нулевой концентрации определяем значение .

Вычислить значения ln и для различных концентраций раствора HCl и данные занести в таблицу.

Таблица 10

Определение среднего коэффициента активности электролита методом потенциометрии

, M	Е, В	У
0,1
0,05
0,025
0,0125
0,00625

ВЫВОД

Компьютеризация лабораторных работ по электрохимии является неотемлемым звеном в системе развития и совершенствования химии, особенно в области образования.

Целью дипломной работы было компьютеризировать лабораторные работы по электрохимии.

В ходе решения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Составлены методики проведения таких лабораторных работ по электрохимии как «Определение константы и степени диссоциации слабого электролита методом кондуктометрии», «Определение растворимости и произведение растворимости малорастворимых солей (кондуктометрия)», «Определение произведения растворимости малорастворимых солей (потенциометрия)», «Определение среднего коэффициента активности электролита методом потенциометрии».

2. Разработан датчик для измерения электропроводности растворов со стандартным отклонением между УЛК и датчиком равным 0,056 мСм. Это значит, что коммерческое оборудование УЛК незначительно отличается от разработанного датчика по такому параметру, как точность.

3. Рассмотрено программное обеспечение к разработанному датчику:

Adobe Audition, Oscilloscope, Multi-meter 0.03, Spectrum Analyzer, ZETLAB, ARTA Software, Spectran, ProfiLab, Daqarta, Audacity, Cview, CorrWare, Analive, Wavosaur, Winscope, Oscillometerxz, Visual Analyzer

Экспериментально установлено, что Visual Analyzer требованиям, а именно постоянство уровня сигнала с канала выхода напряжения, время снятия сигнала с датчика, возможность усреднения полученных данных, построение графиков с указанием отклонения в милливольтах, а также в процентах, возможность настроек единиц измерения и калибровки сигналов соответствовала и явилась наилучшей из перечисленных выше программ.

4. В дипломной работе предоставлены результаты УЛК и разработанного датчика, которые были получены путем выполнения выше описанных лабораторных работ. Из них следует вывод, что разработанный датчик лучше УЛК так, как результаты на графиках более прямолинейные, а также величина достоверности аппроксимации R² датчик превосходит УЛК в 2 раза.

На основе полученных выводов разработанный датчик является достойной заменой дорогостоящего коммерческого УЛК и может применяться как прибор измерения проводимости растворов в электрохимии.

Приложение

Литература:

1 Концепция образования РК до 2015 года. / - Астана, 2005. – С. 11

2 Хотинский Е.С. Курс органической химии. - М., 1959 г., с. 4.

3 Цветкова Л.А. Общая методика обучения химии. - М.: Просвещение, 1982. 224 с.

4 Чертков И.Н., Жуков П.Н. Химический эксперимент с малым количеством реактивов. М.: Просвещение, 1989. – С. 3-22

5 Периодический закон Д.И. Менделеева и его философское значение. Сб. Статей , 1947 г., с. 9-25.

6 Кривокорытова Р. В. Философский камень ХХ века. - М., 1969 г., с. 69-93.

7 Дж. Плэмбек. Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение. М.: Мир, 1985. – С. 36-38.

8 Крестов Г. А. Теоретические основы неорганической химии. М.: 1982. – С 4-10.

9 Галюс 3., Теоретические основы электрохимического анализа, пер. с польск., М., 1974; Лопатин Б. А., Теоретические основы электрохимических методов анализа, М., 1975.

10 Л.П.Крысин. Толковый словарь иноязычных слов. – М.: 1998. – 847 с.

11 Худяков Т.А, Крешков А П. Теория и практика кондуктометрического и кондуктометрического и хронокондуктометрического анализа M.: Химия, 1976. – 304 с.

12 Лопатин, Б. А. Высокочастотное титрование с многозвенными ячейками/ Б. А. Лопатин. – М.: Химия, 1980. – 207 с.

13 Грилихес М.С., Филановский Б. К. Контактная кондуктометрия: теория и практика метода / под. ред. И.А. Агуфа. – Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1980. – 175 с.

14 А.Дж. Пейтон, В. Волш «Аналоговая электроника на операционных усилителях. Практическое руководство» Москва «БИНОМ» 1994 – С. 10

15 Виртуальные приборы в физико-химическом эксперименте // Режим доступа: http://pdeis.at.tut.by/

16 Патрик Гёлль «Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс» изд-во «ДМК» Москва 1999 – С. 2-14

17 Дж. Плэмбек «Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение.» Москва «Мир» 1985 – С. 36-38

18 Жан М. Рабаи, Чандракасан А., Николич Б.. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования. – 2-е изд. – М.: Вильямс, 2007. – 912 с.

19 Виглеб Г. Датчики. – М.: Мир, 1989.

20 Каттралл Роберт В. Химические сенсоры. – М.: Научный мир, 2000.

21 Егоров А.А., Егоров М.А., Чехлова Т.К., Тимакин А.Г. Новый тип химических сенсоров – интегрально- оптические датчики // Экология и промышленность России. 2008. № 4 (апрель). С. 16-17.

22 Физическая энциклопедия / Гл. ред. Прохоров А.М. – М.: Большая Российская энциклопедия, Т. 3, 1992.

23 Краткий справочник физико-химических величин. Издание десятое, испр. и дополн. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. СПб.: Иван Федоров, 2003. – С. 119.