Вопросы для самоконтроля

1. Почему растворы замерзают при более низких температурах, чем чистые растворители?

2. Какой физический смысл имеет криоскопическая постоянная?

3. Чему равно i для СaCl₂, если ?

4. Имеем два раствора: а) 1 г NaCl + 10 г H₂0

б) 1 г KCl + 10 г H₂0

Какой из указанных растворов замерзает при более низкой температуре, если обоих веществ одинаковы?

Лабораторная работа №2 Измерение электропроводности электролитов

Цель работы  научиться работать на кондуктометре, практически ознакомиться с характером зависимости электропроводности от концентрации.

Теоретическая часть

Все проводники электрического тока подразделяются на проводники первого рода (металлы) и проводники второго рода (растворы электролитов). Перенос электричества в проводниках второго рода осуществляется ионами (катионами и анионами), образующимися при электролитической диссоциации электролита в водном растворе.

Все электролиты делятся на сильные, диссоциирующие в растворах почти полностью, и слабые, диссоциирующие в слабой степени. Электропроводность растворов слабых электролитов определяется степенью диссоциации, которая при данной температуре зависит от концентрации слабого электролита. Эта зависимость выражается законом разбавления Оствальда (1):

, (1)

где степень диссоциации, Сконцентрация электролита, Кконстанта диссоциации слабого электролита.

Если <<1 (для слабых электролитов), то уравнение (1) можно упростить

или

. (2)

Из уравнения (2) видна обратнопропорциональная зависимость между концентрацией и степенью диссоциации слабого электролита.

Так как электропроводность раствора электролита прежде всего зависит от концентрации ионов в растворе, а последняя для слабых электролитов определяется степенью диссоциации, то измерение электропроводности позволяет определить степень диссоциации слабых электролитов при различных концентрациях.

Различают удельную электропроводность æ и эквивалентную электропроводность .

Удельная электропроводность – величина, обратная удельному сопротивлению, [Ом^-1 ∙ см^-1] : æ = (3)

Удельная электропроводность – это электропроводность раствора, помещённого между параллельными электродами площадью 1 см², расстояние между электродами 1 см. Удельная электропроводность, таким образом, является электропроводностью единицы объёма раствора (1 см³).

Для сильных электролитов удельная электропроводность тем выше, чем больше концентрация ионов. Однако, когда концентрация раствора становится достаточно большой, возрастает взаимное притяжение противоположно заряженных ионов – катионы и анионы тормозят движение друг друга (тормозящий эффект). Это взаимное влияние может проявляться сильнее, чем увеличение электропроводности при возрастании концентрации. В таком случае с дальнейшим повышением концентрации удельная электропроводность будет уменьшаться (рисунок 2.1).

Уменьшение удельной электропроводности растворов слабых электролитов после достижения некоторой концентрации (гораздо меньшей, чем у сильных электролитов) можно объяснить уменьшением степени диссоциации согласно уравнению (2).

Э

Рисунок 2.1  Зависимость удельной электропроводности от концентрации:

1 – раствор слабого электролита;

2 – раствор сильного электролита

æ

квивалентная электропроводность – это электропроводность такого объёма раствора, помещённого между параллельными электродами, расстояние между которыми 1см, имеющими такую площадь (S), чтобы между ними поместился раствор, который содержит один моль эквивалента вещества, т. е. это всегда электропроводность единицы концентрации эквивалента вещества растворенного в разных объемах раствора. Чем больше концентрация раствора, тем в меньшем объёме находится этот эквивалент электролита.

Эквивалентная электропроводность () рассчитывается по уравнению (4)

_{λ = 1000∙} æ /С (4)

где æ – удельная электропроводность (Ом^-1м^-1), С – концентрация электролита (экв/л)

Эквивалентная электропроводность зависит от концентрации раствора (рисунок 2.2). С повышением концентрации она уменьшается для слабых электролитов согласно закону разбавления Оствальда (2), для сильных электролитов понижение эквивалентной электропроводности незначительно.

Рисунок 2.2 – Зависимость

1 – раствор слабого электролита;

2 – раствор сильного электролита

Предельная эквивалентная электропроводность (), называемая иногда электропроводностью при бесконечном разбавлении, соответствует эквивалентной электропроводности раствора при таком разбавлении электролита, когда он полностью распадается на ионы.

Согласно закону независимого движения ионов в разбавленных растворах (закон Кольрауша): эквивалентная электропроводность раствора электролита складывается из электропроводности анионов и катионов, соответственно:(5)

где и– ионные электропроводности при бесконечном разбавлении электролита.

Для бинарного электролита, например СН₃СООН, изначительно различаются, хотя концентрации ионов Н⁺ и СН₃СОО^- одинаковы, потому что электропроводность зависит ещё и от подвижности ионов. Естественно, что подвижность ионов Н⁺ выше, чем СН₃СОО^- и, соответственно, ,

Вычислив значения из уравнения (4) ииз уравнения (5), можно рассчитать степень диссоциации слабого электролита при данной концентрации:

. (6)

Далее по уравнению (1) можно рассчитать константу диссоциации этого электролита.

Для измерения электропроводности используется кондуктометр. Основные области применения кондуктометра:

 физико-химические измерения: определение электропроводности растворов, подвижности ионов, степени и константы диссоциации слабых электролитов, коэффициента растворимости;

 кондуктометрическое титрование: точный метод индикации окончания титрования, связанного с изменением электропроводности;

 контроль промышленных процессов: измерение содержания соли питательных вод, степени загрязнения охлаждающих и промывных вод и т. д.

Практическая часть

Измерение электропроводности растворов слабых электролитов при различной их концентрации

Последовательным разбавлением 1н. растворов приготовьте по 50 мл растворов NH₄OH и CH₃COOH следующих концентраций: .

Сосуд и электрод перед каждым измерением промывайте исследуемым раствором. При всех измерениях объём раствора должен быть таким, чтобы все три кольцевые платиновые электроды были в растворе.

Результаты измерения удельной электропроводности растворов NH₄OH и CH₃OOH различной концентрации занесите в таблицу 2.1.

Обработка результатов

На основании полученных экспериментальных данных:

а) рассчитайте эквивалентную электропроводность по уравнению (4)

б) рассчитайте степень электролитической диссоциации растворов различных концентраций по уравнению (6). ирассчитайте по формуле (5), как суммы подвижностей ионов при бесконечном разбавлении указанных электролитов (25^оС):

=349,8; =73,7;=46,9; =197,6;

в) рассчитайте константы диссоциации электролитов по формуле:

г) результаты расчётов занесите в таблицу 2.1.

д) постройте графики зависимости удельной и эквивалентной электропроводности NH₄OH и CH₃OOH от разбавления.

Таблица 2.1  Результаты измерений и расчётов

№	Электролит	Концентрация раствора, С н	æ	;			Кд
1
2
…