Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая химия. Неравновесные явления в растворах электролитов. Учебное пособие
.pdf
Решение
р
–
–
Растворимость (концентрацию насыщенного раствора) соли ВаSО
рассчитываем по формуле (1.54), подвижности ионов находим в табл. П2:
3
(10
sc
нас
р-ра воды
z
00
(3,30 10 2, 0 10 )10
21(63,910 801)0)
5–1
1, 08 10 моль л
.
453
44
Из полученного значения растворимости рассчитываем произведение растворимости, для симметричного электролита (валентный
тип 1,1 или 2,2) оно равно:
210
Ks
s
Отметим, что для электролитов валентных типов 1,2 или 2,1
1,17 10
,
.
9,93
K
s
3
4
Ks .
s
Пример 1.8. При кондуктометрическом титровании раствора аце-
тата натрия объемом
трацией
200 моль м получены следующие данные (см. таблицу).
53
510 м раствором соляной кислоты с концен-
3
4
V(HCl) · 106, м3
· 103, См · м–1
0 0,44 0,86 1,34 1,82 2,28 2,64 2,78 3,0 3,2
91 97 103 110 117 123 150 175 212 245
Постройте кривую кондуктометрического титрования, определите
ТЭ, рассчитайте концентрацию раствора ацетата натрия. Объясните
ход кондуктограммы.
Решение
Строим кривую титрования в координатах «–V(HCl)» (рис. 1.7)
и определяем объем титранта в точке эквивалентности:
= 2,5 · 10
–6 м3
.
V (HCl) =
Вычисляем молярную концентрацию раствора ацетата натрия:
6
(HCl) (HCl) 200 2,5 10
c
(CH COONa ) 10
3
cV
V
(CH COONa )
3
510
41
5
моль м
3
.
В начале титрования электро-
–
проводность раствора растет вследствие замещения аниона слабой кислоты хлорид-ионом. После точки
эквивалентности, когда весь ацетатион будет оттитрован, электропроводность раствора возрастает более
круто, поскольку в растворе появляется избыток ионов водорода с
большей подвижностью.
Рис. 1.7. Кривая кондуктометрического титрования ацетата натрия
соляной кислотой
Пример 1.9. Предельная элек-
трическая подвижность иона
[(CH
298 К равна 3,38 · 10
N]+ в водном растворе при
3)4
–8
м2 · В–1 · с–1.
Рассчитайте:
а) подвижность и скорость движения иона при градиенте поля
–1
100 В · м
б) стоксов радиус иона, если вязкость воды в условиях эксперимен-
та равна 0,894 · 10
;
–3
Па · с;
в) подвижность иона при бесконечном разведении в ацетоне и нит-
рометане, вязкости которых при этой температуре соответственно равны 0,310 · 10
–3
и 0,627 · 10–3 Па · с.
Решение
а) Подвижность иона находим по формуле
96485 3,38 10 32,6 10 См м моль Fu
–208–410
32,6 См см моль
21
.
Скорость иона при указанном градиенте поля определяем по формуле (1.1)
z
uE
3,38 10 100 3,38 10 мс
z
–80
v
61
.
б) Радиус иона «по Стоксу» рассчитываем из соотношения (1.30):
9,17
z
9,17
r
St
i
0
32,6
42
0, 281
нм.
в) Согласно правилу Вальдена–Писаржевского используем (1.31)
–
–
19
9
в воде:
zeF
06
η const 2,918 10
i
i
6π
1 1,602 10 96485
0
r
6 3,1416 0, 281 10
st
,
в ацетоне:
04
в нитрометане:
0
η
=94,110
η
ацетон
04
=46,510
η
2,918 10
вода
0,310 10
0
η
вода
нитромет1ан
6
3
2,918 10
0,627 1
6
3
0
21
См м моль
2
мь
См мол
,
Пример 1.10. Рассчитайте по уравнению Дебая–Хюккеля–Онза-
гера эквивалентную электропроводность 5·10
–4
М водного раствора
NaI при 25 °С.
Решение
Воспользуемся уравнением (1.44), из табл. П1 (см. приложение)
находим эквивалентную электропроводность разбавленного раствора
NaI, равную
127,0 10 (60, 4 10 0, 23 127,0 10 ) 5 10
127,0 10 См м м оль
42 1
040
44 44
125,0 10 См м мо ль
(60,4 10 0,23 ) с
42 1
, тогда
.
.
1.11. Задачи для самостоятельного решения
1. Электрическое сопротивление 0,01 М раствора хлорида калия,
заполняющего электролитическую ячейку, равно 300 Ом при 298 К,
удельная электропроводность этого раствора κ = 0,1423
См м
считайте удельную и эквивалентную электропроводность 0,1 М раствора LiNО
, если его электросопротивление в данной ячейке равно
3
45,8 Ом.
43
1
. Рас-
2. В ячейку для измерения электропроводности помещены на рас-
стоянии 1,2 см между ними плоские электроды площадью по 4 см
Рассчитайте удельную и эквивалентную электропроводность 10
–2
2
М
раствора KBr, если электросопротивление этого раствора в данной
ячейке равно 209,5 Ом.
3. Электрическое сопротивление наполняющего сосуд для измере-
ния электропроводности 0,1 М раствора KCl равно 42 Ом при 293 К, а
0,1 М раствора LiCl – 50,7 Ом. Рассчитайте удельную и эквивалентную
электропроводность раствора LiCl, если удельная электропроводность
раствора KCl равна 1,167
См м
4. В сосуд для измерения электропроводности помещены плоские
электроды площадью 3 см
Рассчитайте удельную и эквивалентную электропроводность 10
1
.
2
каждый, расстояние между ними 1,5 см.
–2
М
раствора NaI, если электросопротивление этого раствора в данном сосуде 419,8 Ом.
5. Электрическое сопротивление 0,02 М раствора хлорида калия в
ячейке для определения электропроводности равно 170 Ом при 298 К,
удельная электропроводность этого раствора 0,2765
См м
тайте удельную и эквивалентную электропроводность 5·10
ра NH
, помещенного в данную ячейку, если известно, что при
4NО3
1
. Рассчи-
–2
М раство-
разности потенциалов 0,8 В через этот раствор проходит ток силой 12,2 мА.
6. В ячейку для измерения электропроводности помещены плоские
электроды площадью по 4,5 см
считайте удельную и молярную электропроводность 10
Cl, помещенного в данную ячейку, если известно, что при разности
NH
4
потенциалов 1,2 В через этот раствор проходит ток силой 8,5 мА.
2
на расстоянии 0,9 см между ними. Рас-
–2
М раствора
7. В сосуд для измерения электропроводности помещены на рас-
стоянии 1,82 см один от другого плоские электроды поверхностью
2
5,2 см
ность 1,56 · 10
каждый. Рассчитайте удельную и молярную электропровод-
–2
М раствора муравьиной кислоты, помещенного в дан-
ный сосуд, если известно, что при разности потенциалов 2,18 В через
этот раствор проходит ток силой 4,2 мА.
8. Электрическое сопротивление 0,1 М раствора KCl в сосуде для
измерения электропроводности равно 32,6 Ом при 298 К, удельная
электрическая проводимость этого раствора 1,288
См м
1
. Рассчитайте
.
44
удельную и молярную электропроводность 0,125 М раствора NH4ОH,
помещенного в данный сосуд, если известно, что при разности потенциалов 18 В через этот раствор проходит ток силой 18,2 мА.
9–16 (см. пример 1.2). Рассчитайте молярную и эквивалентную
электропроводность раствора соли при 293 К. Массовую долю, плотность и удельную электропроводность раствора возьмите из таблицы
(см. вариант в таблице).
Номер
варианта
Соль ω, % ρ, кг · м–3 κ
9 NaCl 2 1,0125·103 3,325
10 CuSО4 2 1,019·103 1,1034
11 СаС12 2 1,0148·103 3,455
12 AgNO3 4 1,0327·103 2,187
13 CdSО4 2 1,019·103 1,1034
14 ВаС12 2 1,016·103 1,8934
15 NiSО4 2 1,02·103 1,678
16 А1С13 2 1,0164·103 3,565
Раствор
, См · м–1
р-ра
17–22 (см. пример 1.3). Рассчитайте удельную электропроводность
раствора, содержащего соль и кислоту. Концентрацию соли и рН раствора кислоты возьмите из таблицы (см. вариант в таблице). Предельные подвижности ионов даны в табл. П2 (см. приложение).
Номер
варианта
Соль с, моль · л
17 Li2SО4 0,5 H2SO
18 FeC12 5·10–2 HCl 2
19 Ca(NO3)
20 BaBr
21 CuCl
22 ZnSO
2
2
2
4
Раствор
–1
10–2 HNO
Кислота рН
4
3
1
0,5
0,1 HBr 0
0,1 HCl 1
0,1 H2SO4 0
23–27 (см. пример 1.5). Рассчитайте степень диссоциации, рН рас-
твора и константу диссоциации электролита. Удельная электропровод-
45
ность (κ) и разведение (V) раствора приведены в таблице. Предельные
подвижности ионов даны в табл. П2 (см. приложение).
Номер
варианта
Электролит Разведение V, л · моль
23 НСООН 64 6,75·10–2
24 NH4OH 128 1,05·10–2
25 CH2ClCOOH 1024 1,05·10–2
26 CH3COOH 32 2,8754·10–2
27 C2H5COOH 256 8,48·l0–3
–1
κ
р-ра
, См · м–1
28–32 (см. пример 1.4). Электрическое сопротивление ячейки для
с
, элек-
2
R
измерения электропроводности, наполненной раствором KCl, равно
при 298 К. Удельная электропроводность этого раствора κ
, См · м–1.
1
Ячейку наполняют раствором 2, концентрация которого равна
R
тросопротивление
с
центрацией
, электросопротивление суммарного раствора равно R3.
3
Рассчитайте концентрации
. Затем добавляют к раствору 2 раствор 3 с кон-
2
с
и с3 (см. вариант в таблице). Предельные
2
подвижности ионов даны в табл. П2 (см. приложение).
Номер
вари-
анта
Рас-
твор 1
с
,
1
моль · л
κ
,
1
См · м
–1
, Oм
R
1
–1
Рас-
твор 2
R
, Oм
2
Рас-
твор 3
R
, Oм
3
1
28 KCl 0,01 0,1413 368 Ca(NO3)212,84 CaCl
29 KCl 0,1 1,288 49 CuSO4 231,1 CuBr2 38,95
30 KCl 0,02 0,2765 155,5 Co(NO3)23,43 NaNO3 2,65
31 KCl 0,1 1,288 46,6 NiCl2 153,4 NiSO4 91,05
32 KCl 0,01 0,1413 283,1 BaCl2 14,29 NH4Cl 3,88
9,61
2
33–37 (см. пример 1.6). Рассчитайте молярную электрическую про-
водимость раствора при бесконечном разбавлении (см. вариант в таблице), если известны его молярная электропроводность при 298 К
, разведение (V) и константа диссоциации электролита (Kд).
(Λ )
M
46
Но-
мер
вари-
Раствор
Разведение V,
л · моль
–1
, См м моль
М
21
K
д
анта
33 N2H4·Н2О 256 5,5·10–4 1,7·10–6
34 (CH3)2NH·Н2О 64 45,3·l0–4 6·10–4
35 С2Н5NH2·Н2О 32 28,9·10–4 3,18·10–4
36 (C2H5)2NH·Н2О 16 28,8·10–4 9,6·10–4
37 C5H11N·Н2О 8 23,0·10–4 1,32·10–3
38–45 (см. пример 1.7). Рассчитайте растворимость (моль · л
–1
) соли
(см. вариант в таблице) и произведение растворимости, зная удельную
электропроводность раствора соли и воды (насыщенный раствор считать бесконечно разбавленным и соль полностью диссоциированной).
Предельные подвижности ионов даны в табл. П2 (см. приложение).
Номер
вари-
анта
Соль
38 AgCl 1,34·10–4 1,0·10–5 42 СаС2О4 8,62·10–4 2·10–5
39 AgBr 5,76·10–5 3,6·10–5 43 ВаС2О4 7,143·10–3 1,21·10–4
40 CaSО4 1,396·10–1 1,0·10–4 44 Ag2SО4 4,542·10–1 1,0·10–4
41 CaF2 3,65·10–3 8,0·10–5 45 РbSО4 2,90·10–3 1,3·10–5
κ
р-ра
См · м
,
–1
κ
воды
См · м–1
Но-
,
мер
вари-
анта
Соль
κ
,
р-ра
См · м–1
κ
,
воды
См · м–1
46. При кондуктометрическом титровании 50 мл раствора бензой-
ной кислоты 0,1 М раствором NaOH получены следующие результаты
(см. таблицу). Постройте кривую кондуктометрического титрования,
с
рассчитайте
и массу бензойной кислоты в растворе.
эк
Объем титранта
, мл
V
т
Удельная
электрическая
проводимость
6
, См · м–1
κ · 10
0 0,4 0,8 1,2 1,65 1,75 1,85 1,9 2,0
17,3 79,5 121 203 290 340 388 412 463
47
47. Определите молярную концентрацию раствора соляной кисло-
ты, если при кондуктометрическом титровании 100 мл раствора НСl
8 н. раствором NaOH получены следующие результаты (см. таблицу).
Объем титранта
, мл
V
т
Удельная электрическая
проводимость
2
, См · см–1
κ · 10
0,32 0,60 0,92 1,56 2,00 2,34
3,20 2,56 1,86 1,64 2,38 2,96
Лабораторная работа
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ
РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Опыт 1. Измерение удельной электропроводности
растворов сильных электролитов
Цель работы: определение предельной молярной проводимости и
коэффициентов проводимости сильных электролитов.
Приборы и реактивы: кондуктометр, мерные колбы на 100 мл
(1 шт.) и 50 мл (5 шт.), весы, сильные электролиты в кристаллическом
виде (CaCl
NaCOOCH
, KCOOCH3, KCl, KI, KNO3, K2SO4, LiCl, NH4Cl, NaCl,
2
, Na2SO4), бюретка на 25 мл.
3
Экспериментальная часть
Растворите навеску сильного электролита (по заданию преподавателя) дистиллированной водой в колбе на 100 мл. Расчет необходимой
массы навески проведите так, чтобы концентрация раствора была
0,1 моль · л
В мерных колбах емкостью 50 мл приготовьте серию из пяти растворов сильного электролита от 0,05 до 0,001 моль · л
ления исходного 0,1 М раствора.
Измерьте с помощью кондуктометра удельную проводимость воды
и приготовленных растворов, начиная с самого разбавленного. Удельная проводимость воды должна быть не более 5·10
–1
.
–1
путем разбав-
–6
См · см–1.
48
Учтите, что при малых концентрациях растворов их электрическая
f
f
проводимость становится сравнимой с проводимостью воды. Поэтому
при исследовании сильно разбавленных растворов из измерений проводимости раствора необходимо вычесть проводимость воды. Для растворов концентрации 0,0001 моль · л
–1
и ниже следует внести поправку
на удельную проводимость воды.
Обработка результатов эксперимента
На основании результатов измерений удельной электропроводности растворов:
1) постройте график κ =
2 рассчитайте эквивалентную электрическую проводимость каждого раствора;
3) постройте график
определите величину предельной молярной проводимости
электролита;
4) рассчитайте значение
ионов исходя из предельных подвижностей (см. приложение,
табл. П2);
5) сравните значение
ретическим;
6) рассчитайте коэффициент проводимости
f(с) и κ = f(V) (V – разведение);
c . По графику путем экстраполяции
0
данного
0
по закону независимого движения
0
, найденное графическим способом, с тео-
для каждого рас-
f
твора по формуле
;
0
7) сделайте вывод о влиянии концентрации электролита на взаимодействие между ионами;
8) установите область концентраций, для которой применимо урав-
нение Кольрауша;
9) найдите значения предельной электропроводности электролита и
коэффициента
А по уравнению Кольрауша;
10) результаты измерений и расчеты внесите в табл. 1;
11) рассчитайте значение углового коэффициента уравнения Дебая–Хюккеля–Онзагера, если ε = 78,25; η = 0,894·10
–3
Па · с;
12) сравните значения полученных угловых коэффициентов;
13) определите подвижности катиона и аниона, если число переноса катиона дано в таблице (см. приложение, табл. П3);
49
14) рассчитайте предельную электрическую подвижность катиона в
водном растворе;
15) рассчитайте скорость движения катиона при градиенте поля
–1
100 В · м
;
16) рассчитайте стоксов радиус иона (для воды η = 0,894 · 10
Па · с);
17) рассчитайте подвижность катиона при бесконечном разведении
в ацетоне и нитрометане, вязкости которых при этой температуре соответственно равны 0,310 · 10
18) измеренные и рассчитанные величины внесите в табл.
–3
и 0,627·10–3 Па · с;
1.
Таблица 1
–3
Молярная
концентрация
раствора с,
моль · л
–1
Удельная
проводимость
c
κ, См · м
Эквивалентная
проводимость
–1
См · м
2
· моль–1
,
0
(из гра-
фика)
f
А
Λ
Опыт 2. Измерение удельной электропроводности
растворов слабых электролитов
Цель работы: определение степени диссоциации слабых электро-
литов при разных концентрациях и константы диссоциации.
Приборы и реактивы: кондуктометр, раствор слабого электролита
с концентрацией 0,1 моль · л
лоты или гидроксид аммония), пять мерных колб на 50 мл.
Порядок выполнения эксперимента
Приготовьте исходный раствор уксусной, муравьиной, хлоруксусной кислоты, гидроксида аммония или другого слабого электролита
(по указанию преподавателя) концентрации 0,1 моль · л
Из исходного раствора в мерных колбах емкостью 50 мл путем последовательного разбавления водой приготовьте серию из пяти растворов различной концентрации от 0,05 до 0,001 моль · л
Начав с самого разбавленного раствора, измерьте проводимость
всех пяти растворов так же, как это делалось в предыдущем опыте.
–1
(уксусная, муравьиная, бензойная кис-
–1
.
–1
.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]