§ 6. Экспериментальная часть

ЗАНЯТИЕ № 1

Тема: Определение степени и константы диссоциации слабых электролитов методом измерения электропроводимости.

Цель занятия: Освоить методику измерения электропроводимости водных растворов электролитов и расчета степени и константы ионизации слабых электролитов. Методы определения электропроводимости широко используются в медицине, так как существует определенная связь между различными патологическими изменениями в организме человека и электропроводимостью крови, мочи, желудочного сока и других биологических жидкостей.

Работа № 1. Определение степени и константы диссоциации 0,01 н. раствора CH₃COOH.

Измерение электропроводимости раствора производится с помощью реохордного моста Р–38. Верхняя панель реохордного моста Р–38 приведена на рис. 11.

Рис.11. Схема верхней панели реохордного моста.

5 – гнездо для подключения прибора в сеть; 2 – гальванометр; 1 – переключатель гальванометра; 8 – клеммы для подключения сосуда для измерения сопротивления; 6 – переключатель плеча сравнения; 7 – шкала реохорда; 9 – ручка для регулирования величины отношения плеч реохорда; 4 – индикаторная лампочка; 3 – переключатель питания

Для проведения опыта необходимо:

1. Промыть электролитическую ячейку дистиллированной водой, затем исследуемым раствором и заполнить ее заданным 0,01 н. раствором CH₃COOH так, чтобы пластинки электродов были полностью погружены в раствор (для этого достаточно 50 мл раствора). Затем подключить ячейку к клеммам r_X.

2. Убедившись в том, что электрошнур правильно присоединен к мосту (стрелка на приборе должна быть против цифры «220» на соединительной колодке электрошнура), включить вилку в осветительную сеть. Лампочка на приборе должна загореться.

3. Подвести к гнездам питания прибора напряжение переменного тока 220 В с частотой 50 Гц и поставить переключатель «ПИТАНИЕ» в положение «~». Во избежание электролиза растворов работа проводится на переменном токе.

4. Переключатель плеча сравнения установить в положение «УСТАНОВКА НУЛЯ» и, установив переключатель «ГАЛЬВ.» в положение «ТОЧНО», вращением корректора на гальванометре установить стрелку в нулевое положение. Корректор гальванометра без преподавателя не вращать.

5. Установить переключатель «ГАЛЬВ.» в положение «ГРУБО» и уравновесить мост вращением рукоятки плеча сравнения и реохорда, затем перевести переключатель «ГАВЛЬВ.» в положение «ТОЧНО» и вращением рукоятки реохорда доуравновесить мост.

6. Искомое сопротивление раствора r_X равно сопротивлению магазина, умноженному на найденное значение на шкале реохорда.

7. После окончания измерений включатели «ПИТАНИЕ» и «ГАЛЬВ.» поставить в нейтральное положение и отключить реохордный мост от источника питания.

Электропроводимость растворов электролитов (величина, обратная сопротивлению) зависит от природы и концентрации электролита, температуры и др., Кроме указанных факторов, сопротивление раствора зависит также от площади электродов S электролитической ячейки и расстояния l между ними. Соотношение l/S является постоянной величиной для данной ячейки и называется постоянной электролитической ячейки К или константой сосуда. Для электролитической ячейки, используемой в приборе Р-38, она имеет величину 0,05. Константа сосуда отражает зависимость электропроводности раствора от геометрической формы и взаимного расположения электродов, так как ток проводит весь раствор, а не только раствор в объеме, заключенном между электродами. Константу сосуда К определяют, измеряя электропроводимость раствора стандартного электролита (чаще KCl) с известной удельной электропроводимостью при двух-трех концентрациях:

K = ж·R, См^-1, (1)

где R – сопротивление стандартного раствора.

8. Произвести отсчет значений сопротивления сравнительного плеча «R« и отношения «m» (по шкале), определить значение определяемого сопротивления r_X по формуле:

r_X = m·R, См^-1, (2)

где m – отсчет по шкале реохорда; R – сопротивление плеча сравнения.

Опыт провести 3 раза и все последующие расчеты вести по средне- арифметическому значению.

9. Рассчитать удельную электропроводимость (величина обратная удельному сопротивлению):

æ = К/r_X, См/см (3)

Рассчитанные данные удельной электропроводимости занести в табл. 1.

Таблица 1.

№	VСH3СOOH, мл	R, Ом	M	rХ, Ом	æ, См/см	l, См×см2/моль	α	К
1 2 3	50 50 50
Среднее значение

В электролитической ячейке параллельно на расстоянии между электродами l впаяны платиновые электроды площадью S, покрытые платиновой чернью. Удельная электропроводимость сильно зависит от концентрации раствора.

10. Пользуясь данными табл. 2 (стр. 46), рассчитать для 0,01 н. раствора СН₃СООН, затем произвести расчет и данные внести в табл. 1.

Зная значения и концентрацию раствора слабого электролита, можно вычислить константу диссоциации K по формуле (13) – закон разведения Оствальда. Полученные данные внести в табл. 1. По полученным величинам и К сделать вывод о силе данного электролита. Сравнить эту величину с константами ионизации других слабых электролитов.

По окончании эксперимента отключить все электроприборы, помыть посуду, убрать рабочее место.

Оформить протокол лабораторной работы и сдать на подпись преподавателю.

Работа № 2. Определение удельной электропроводимости сыворотки крови с помощью реохордного моста Р-38.

Для выполнения работы:

1. Наполнить электролитическую ячейку прибора раствором сыворотки крови.

2. Произвести по прибору отсчет значений сопротивления сравнительного плеча «R» и отношения «m» (по шкале). Рассчитать значение измеряемого сопротивления по формуле:

r_X = m·R, См^–1.

3. Вычислить удельную электропроводность раствора сыворотки крови по формуле:

æ = К/r_X,

где К – постоянная электролитической ячейки (ее значение дается преподавателем).

Контрольные вопросы и задания

1. Что изучает электрохимия? В чем заключается ее значение для медицины?

2. Что такое проводники первого и второго рода?

3. Что такое слабые и сильные электролиты? Раскройте понятие об активности и связь ее с концентрацией.

4. Что такое электропроводимость растворов электролитов, как она определяется и в каких единицах выражается? Как определяется удельная и молярная электропроводимости?

5. От каких факторов зависит электропроводимость растворов электролитов?

6. Что такое абсолютная скорость и подвижность ионов? Приведите закон Кольрауша.

7. Каково влияние разведения на удельную и молярную электропроводимости? Что гласит закон разведения Оствальда?

8. Опишите определение степени и константы диссоциации слабых электролитов по величине электропроводимости и их значение для характеристики силы электролита.

9. Перечислите методы измерения электропроводимости. Что такое постоянная сосуда? Как находят ее величину, для каких целей она используется?

10. Что такое константа электролитической ячейки? Ее определение.

11. Расскажите об электропроводимости биологических жидкостей и тканей в норме и патологии и об использовании в медицине их способности проводить электрический ток.

12. Объясните связь между различными патологическими изменениями в организме человека и электропроводимостью крови, мочи, желудочного сока и других биологических жидкостей.

Задача № 1. Предельная молярная электропроводимость CH₃COONa (18°C) равна 78,5 См · см²/моль, а подвижность иона натрия = 50,1 Cм·см²/моль. Найти предельную электрическую проводимость уксусной кислоты , если подвижность иона водорода = 315 Cм · см²/моль.

Ответ: 350 Cм · см²/моль.

Задача № 2. Удельная электрическая проводимость раствора пропионовой кислоты с концентрацией моль/л равна 1,21 · 10^-4 См см^-1. Вычислить степень и константу диссоциации пропионовой кислоты (Т = 298 К),

Ответ: = 4%;

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Решить следующие задачи и ответить на вопросы:

Задача 1. Определить степень и константу диссоциации 0,01 н. раствора NH₄OH, если для этого раствора молярная электропроводимость равна 11,2 Cм·см²/моль.

Задача 2. Определить значение рН желудочного сока человека, если молярная электропроводимость при температуре 37 °С равна 370 Cм · см²/моль, а удельное сопротивление = 0,90 Ом · м.

Задача 3. Удельная электропроводимость 15% раствора KNO₃ при 18 °C равна 0,1186 Cм/cм, плотность раствора 1,096 г/см³. Вычислить молярную электропроводимость.

Задача 4. Вычислить молярную электропроводность C₆H₅COOH при бесконечном разведении, если значения для электролитов NaBr, HBr и C₆H₅COONa при t = 25 °С соответственно равны 128,5; 428,2 и 82,5 Cм·см²/моль.

Задача 5. Сопротивление сыворотки крови, измеренное при 298 К в ячейке с l/S = 0,99 см^-1 , составляет 1000 Ом. Вычислить удельную электропроводимость сыворотки.