Определение константы электролитического сосуда и измерение удельной электропроводности растворов электролита.

Измерению электропроводности растворов предшествует опре­деление константы электролитического сосуда. Если бы расстоя­ние между электродами точно равнялось 1 см, а площадь каждо­го электрода была 1 см² и в проведении тока участвовал бы толь­ко раствор, заключенный между этими электродами, то измерен­ная в таких условиях электропроводность была бы удельной. В действительности измерение электропроводности производят в сосудах различной формы с электродами, площадь, форма кото­рых, а также расстояние между ними могут быть различными.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально сечению

R = ρ·. (2)

Отношение для данного электролитического сосуда есть величина постоянная и называется константой сосуда С, откуда

R = ρ· С и С= R / ρ. (3)

Константу сосуда С можно легко определить, измерив сопро­тивление раствора, удельная электропроводность которого известна. Для определения постоянной сосуда обычно используют 1/50 н. и 1/100 н. растворы стандартного электролита—КСl. Величина удельной электропроводности этих растворов при раз­личных температурах приведена в табл. 1.

Раствор готовят из химически чистого КСl, прокаленного при температуре темно-красного каления и сохраняемого в эксика­торе над серной кислотой. Воду, используемую для приготовле­ния растворов, очищают двойной дистилляцией.

Таблица 1

Удельная электропроводность водных растворов кСl при концентрации 1/50 и 1/100 моль/л

t°, С	χ ом–1·см–1		t°, С	χ ом–1·см–1
	1/50 н.	1/100 н.		1/50 н.	1/100 н.
15	0,002243	0,001147	21	0,002553	0,001305
16	0,002294	0,001173	22	0,002606	0,001332
17	0,002345	0,001199
18	0,002397	0,001225	23	0,002659	0,001359
19	0,002449	0,001251	24	0,002712	0.001386
20	0,002501	0,001278	25	0,002765	0,001413

Константа сосуда рассчитывается по уравнению

С = R·χ_КCl. (4)

Следовательно, величина удельной электропроводности раст­вора любого электролита равна

χ = С / R_x. (5)

Лабораторная работа № 15. Определение коэффициента электропроводности сильного электролита.

Цель работы:

Определить: 1) константу электролити­ческого сосуда; 2) удельную электропроводность воды, которую используют для приготовления растворов электролита; 3) удель­ную электропроводность растворов электролита.

Приборы и посуда:

1. Прибор для определения электропроводности растворов электролитов;

2. Мерный цилиндр на 100 мл;

3. Пипетка;

4. Коническая колба;

5. Термостат.

Реактивы и материалы:

1. Дистиллированная вода;

2. Раствор хлорида калия (С = 0,02 моль/л);

3. Раствор хлорида калия (С = 0,01 моль/л);

4. Раствор сильного электролита заданной концентрации;

Методика выполнения работы

Определение константы сосуда и измерение электропроводно­сти проводят в растворах различной (убывающей) концентра­ции. Такие растворы готовят путем последовательного разбав­ления вдвое исходных растворов.

Как указано выше, константу сосуда находят измерением сопротивления растворов КСl, удельная электропроводность которого табулирована. Тщательно промытый дистиллированной водой электролитический сосуд дважды споласкивают 1/50 н. раствором КСl. Затем мерным цилиндром или пипеткой налива­ют в сосуд определенный объем этого раствора так, чтобы уро­вень жидкости был выше верхнего края электродов на 5—10 мм (например, 50 мл).

При всех измерениях электропроводности объем жидкости в сосуде должен быть одним и тем же, он определяется объемом электролитического сосуда. Устанавливают сосуд в термостат и выдерживают там 10—15 мин при заданной температуре или проводят определение при комнатной температуре. Повышение температуры на 1° С вызывает увеличение удельной электропровод­ности водных растворов на 2—2,5 %, поэтому при измерениях необходимо следить за постоянством температуры.

Сосуд подключают к мосту и измеряют сопротив­ление раствора, не вынимая из термостата, если определение ведется при заданной температуре. Затем 1/50 н. раствор КСl разбавляют вдвое.

Разбавление растворов проводят в мерном цилиндре на 100 мл с притертой пробкой, для чего в него наливают 50 мл дистиллированной воды, затем туда вливают 50 мл раствора электролита из электролитического сосуда, т.е. разбавляют исходный раствор вдвое. Мерный цилиндр закрывают пробкой, и раствор энергично перемешивают встряхиванием.

Разбавление растворов можно осуществлять и с помощью пипетки, объем которой равен объему электролитического сосуда, т. е. 50 мл при объеме сосуда 50 мл. Этой пипеткой заполняют электролитический сосуд исследуемым раствором. После измере­ния сопротивления раствор выливают в коническую колбу на 150—200 мл, другой пипеткой добавляют туда 50 мл дистиллиро­ванной воды, т.е. раствор разбавляют вдвое. При разбавлении одна пипетка на 50 мл должна быть использована только для исследуемого раствора, другая (также на 50 мл) — для добавле­ния воды. Колбу энергично встряхивают для перемешивания раствора.

Полученным разбавленным раствором споласкивают 2—3 ра­за электролитический сосуд, вносят 50 мл раствора и измеряют сопротивление. Если измерение электропроводности растворов проводится при заданной температуре, то электролитический сосуд должен постоянно находиться в термостате. Перед первым измерением сосуд в термостате выдерживают 10—15 мин.

Вода, используемая для разбавления растворов, должна иметь температуру раствора, т. е. комнатную, или температуру термостата (колба с водой находится в термостате).

Результаты измерений сопротивления растворов КСl заносят в табл. I (см. форму отчета).

После определения постоянной сосуда приступают к измере­нию сопротивления растворов электролита. Исследуемый раствор 1-1-валентного электролита (какого-либо галогенида щелочного металла) и его исходная концен­трация указываются преподавателем. Измеряют сопротивление растворов электролита при убывающей концентрации. Операцию разбавления повторяют 6 раз. Результаты измерения заносят в табл. II.

Для сильных электролитов отношение λ/λ∞, характеризует коэффициент электропроводности f _λ.

При обработке экспериментальных данных рассчитать кон­станту диссоциации по закону разведения Оствальда для первого, третьего и пятого разбавления раствора и показать, что закон разведения Оствальда к сильным электролитам не приложим.