Экспериментальная часть

Для выполнения опыта необходимы стабилизатор напряжения или источник постоянного тока; потенциометры или амперметр и вольтметр; U-образная трубка с угольными электродами; набор растворов электролитов и неэлектролитов различной концентрации.

Одним из наиболее простых и распространенных способов определения показателей диссоциации электролитов является определение удельной электропроводности растворов (χ), которая является величиной, обратной удельному сопротивлению 

. (10)

Удельное сопротивление связано с сопротивлением проводника R формулой

, (11)

где  – удельное сопротивление, Ом∙см; R – сопротивление проводника, Ом;

S – площадь электрода, см²; l – расстояние между электродами, см.

Используя закон Ома I=U/R (12)

и подставив уравнение (11) в уравнение (10), получим формулу для определения удельной электропроводности растворов:

, (13)

где χ – удельная электропроводность, Ом^-1  см^-1; I – сила тока, А;

U – напряжение, В; l – расстояние между электродами, см;

S – площадь электрода, см².

Для характеристики растворов электролитов большое значение имеет так называемая эквивалентная электропроводность λ, зависящая от концентрации раствора и связанная с удельной электропроводностью χ соотношением

, (14)

где C_Н – нормальная (эквивалентная) концентрация, моль-экв/л.

Эквивалентная электропроводность электролита связана со степенью диссоциации и подвижностью ионов уравнением

λ=α·(l_к+l_а) , (15)

где l_к – подвижность катиона; l_а – подвижность аниона.

Так как при разбавлении раствора степень диссоциации возрастает, приближаясь к единице, а подвижность ионов практически не меняется, то возрастает и эквивалентная электропроводность, достигая предельного значения в бесконечно разбавленном растворе λ_ , поэтому

λ_ = l_к+l_а. (16)

Таким образом, отношение λ в данном растворе к λ_ дает нам возможность наиболее точно определить величину степени электролитической диссоциации слабого электролита, а для сильных электролитов – коэффициент активности, или «кажущуюся» степень диссоциации

α=λ/λ, (17)

или , (18)

где α – степень диссоциации слабого электролита, или «кажущаяся» степень диссоциации сильного электролита;

χ – удельная электропроводность раствора;

λ_ – эквивалентная электропроводность в бесконечно разбавленном растворе; С_Н – нормальная (эквивалентная) концентрация раствора.

Для измерения удельной электропроводности исследуемого раствора собирают установку, состоящую из U-образной трубки с двумя графитовыми электродами, миллиамперметра, вольтметра и стабилизатора. Схема экспериментальной установки для определения электропроводности растворов представлена на рис. 1.

Исследуемый раствор, выданный преподавателем, наливают в U-об-разную трубку так, чтобы графитовые электроды соприкасались с раствором. Присоединяют электроды к стабилизатору и потенциометрам и измеряют по вольтметру напряжение (U) и по амперметру силу тока (I). Предварительно с помощью нити измеряют расстояние между концами электродов вдоль U-образной трубки так, как это показано на рисунке. Кроме того, измерив линейкой диаметр графитового электрода и рассчитав его радиус r , определяют площадь его соприкосновения с исследуемым раствором по формуле S=π·r².

Подставив полученные значения в формулу (13), вычисляют удельную электропроводность раствора χ (Ом^-1  см^-1).

Рис. 1. Схема установки для определения электропроводности растворов:

1 – U-образная трубка с исследуемым раствором; 2 – электроды; 3 – стабилизатор;

4 – амперметр; 5 – вольтметр

На основании величин подвижности катионов и анионов данного электролита при бесконечном разбавлении, приведенных в табл. 1, рассчитывают величину эквивалентной электропроводности в бесконечно разбавленном растворе λ_ по формуле (16).

Например, для KCl значения подвижностей ионов таковы: λ_к = 63,7; λ_а = 66,3; следовательно, λ_ = 63,7 + 66,3 = 130.

Зная нормальную (эквивалентную) концентрацию раствора и подставив полученные данные в уравнение (18), рассчитывают значение степени диссоциации исследуемого электролита. Полученные данные заносят в табл. 2.

Таблица 1

Подвижность катионов и анионов при температуре 18 ^оС

Катион	Подвижность катиона	Анион	Подвижность аниона
H+	315,0	OH−	174,0
Na+	42,6	F−	47,6
K+	63,7	Cl−	66,3
NH4+	63,6	Br−	68,2
Ag+	53,2	I−	66,8
1/2 Cu2+	45,3	NO3−	62,6
1/2 Ba2+	54,4	CH3COO−	35,0
1/2 Zn2+	45,0	1/2 CO32−	60,0
1/2 Mg2+	44,6	1/2 SO42−	68,7
1/2 Ni2+	40,5
1/2 Fe2+	45,0
1/3 Fe3+	61,0
1/3 Al3+	40,0

Таблица 2

Исследуемый раствор и его концентрация	I, А	U, В	l, см	S, cм2	χ, Ом-1·см-1	