2. Экспериментальная часть

Электрическая проводимость растворов электролитов

2.1 Содержание работы

1. Приготовление растворов сильных электролитов (по заданию).

2. Измерение сопротивления стандартного раствора электролита (по заданию) и расчет постоянной ячейки.

3. Измерение сопротивления серии растворов слабых и сильных электролитов ( по заданию).

4. Расчет удельных (æ), эквивалентных (_V) электрических проводимостей растворов электролитов, степени диссоциации () и константы диссоциации (Кд) растворов слабых электролитов, коэффициента электрической проводимости растворов сильных электролитов при различных концентрациях.

5. Построение графиков зависимостей æ= (с) и_V = (с) для слабых и сильных электролитов.

6. Построение графика зависимости _V = для растворов сильных электролитов, определение графическим методом.

2. Экспериментальное исследование электрической проводимости растворов электролитов

2.2.1. Относительный метод определения удельной электрической проводимости

Поскольку электрическая проводимость является величиной обратной сопротивлению, то для ее определения необходимо измерить сопротивление проводника. Для определения удельной электрической проводимости растворов электролитов в настоящей работе используется относительный метод.

Ранее было показано, что величина сопротивления раствора, находящегося между электродами, определяется уравнением (12.2):

R=.

Так как из (12.4) = 1/ æ, то R= (1/ æ)∙.

Отношение расстояния между электродами к площади электродов для данной электрохимической ячейки является величиной постоянной, обозначается буквой Ки называетсяпостоянной ячейки:

К=/S. (12.31)

Тогда

R= К/ æ,(12.32)

Сущность относительного метода сводится к следующему:

1. Определение постоянной ячейки. Для этого измеряют сопротивление стандартного раствора R_стс известной электрической проводимостьюæ_ст:

R_ст= К/ æ_ст , (12.33)

откуда

К = æ_ст∙ R_ст. (12.34)

2. Измерение сопротивления R_x исследуемого раствора электролита.

Из соотношения (12.31) следует, что, зная Ки определивR_х, можно рассчитать электрическую проводимость исследуемого раствораæ_х:

æ_х=. (12.35)

2. Измерение сопротивления растворов электролита

измерителем иммитанса

Измерение сопротивлений растворов электролитов, помещенных в измерительную ячейку осуществляют с использованием универсального цифрового измерителя (измерителя иммитанса). Измеритель питается переменным током напряжением 220 В, частотой 50 Гц. При работе прибор должен быть заземлен. Для измерения сопротивления включить шнур питания прибора в сеть. Переключатель «сеть» поставить в положение «ВКЛ». При этом все цифровые индикаторы и светодиоды должны периодически зажигаться и гаснуть в течение нескольких секунд. Измеритель иммитанса измеряет следующие параметры: емкость, индуктивность, сопротивление, проводимость. Применяемый прибор настроен на измерение сопротивления в автоматическом режиме.

Для измерения сопротивления раствор заливают в электролитическую ячейку до метки; вывод от электродов подключают к зажимам прибора. С панели прибора снимают показания измеряемого сопротивления (Ом, кОм).

3. Методика выполнения работы и обработка результатов

эксперимента

Сопротивление растворов электролитов измеряют в ячейках с платиновыми электродами. Поскольку точность измерений зависит от состояния поверхности электродов, их необходимо тщательно оберегать от любых загрязнений (нельзя класть на стол, трогать руками и т.д.). Следить за тем, чтобы не изменилось расстояние между электродами, так как это может привести к изменению постоянной ячейки.

Перед измерением сопротивления растворов сосуд с электродами (ячейку) промывают, наливая в него небольшое количество раствора, сопротивление которого предстоит измерить, и осторожно встряхивая содержимое.

Раствор после промывания сливают в специальный сосуд для слива. При замене раствора меньшей концентрации на раствор большей концентрации того же самого электролита сосуд и электроды можно не промывать. Поэтому измерения сопротивления в серии растворов разных концентраций рекомендуется начинать с наиболее разбавленного.

Определение постоянной ячейки

Для определения постоянной ячейки в сосуд наливают до метки стандартный раствор электролита (по заданию) и измеряют его сопротивление R_ст.Зная удельную электрическую проводимость стандартного раствораæ_ст для заданной концентрации при данной температуре (значенияæ_стберут из табл. П. 12.1), рассчитывают постоянную ячейки по уравнению (12.34).

Определение электрической проводимости раствора

слабого электролита

В качестве слабого электролита для проведения исследования используют растворы слабой кислоты, концентрации которых указаны в табл. 12.1. Ниже заголовка таблицы записывают химическое уравнение диссоциации заданного электролита.

Сосуд и электроды после измерения постоянной ячейки промывают дистиллированной водой, а затем небольшим объемом исследуемого раствора. Обратите внимание, что измерения сопротивления в серии растворов разных концентраций начинают с наиболее разбавленного. Так можно избежать изменения концентрации растворов из-за присутствия остатков раствора больших концентраций. Объем жидкости в сосуде всегда должен быть одним и тем же (для этого на сосуде нанесена метка). При замене на раствор большей концентрации сосуд и электроды можно не промывать.

Измеряют с помощью прибора сопротивление растворов и заносят полученные значения в табл. 12.1.

По измеренным сопротивлениям для каждой из концентраций вычисляют удельную и эквивалентную электрические проводимости по уравнениям (12.35, 12.12), степень диссоциации и константу диссоциации по формулам (12.25, 12.7). Эквивалентную электрическую проводимость раствора слабого электролита при бесконечном разведении вычисляют по закону Кольрауша (2.20),пользуясь значениямии(табл. П. 12.2),приведенными к температуреопыта (комнатной) по формуле, представленной в табл. П. 12.2. Экспериментальные и расчетные результаты, полученные при исследовании раствора слабого электролита, заносят в табл. 12.1. Из расчетных величин К_д при разных концентрациях электролита находят среднее значение константы диссоциации К_{д (ср)}.

Используя экспериментальные данные, строят графические зависимости æ= (с),=(с) и проводят их анализ.

Таблица 12.1

Электрохимические характеристики слабого электролита в водном растворе

___________________________________________________________

(химическое уравнение диссоциации заданного слабого электролита)

с, г-экв./л	R, Ом	æ, Ом-1см-1	, Ом-1см2г-экв-1	α	КД
0,0125
0,025
0,05
0,1
КД(ср)=

Определение электрической проводимости раствора сильного

электролита

Из исходного раствора сильного электролита с концентрацией 1/4 г-экв/л путем последовательного разбавления готовят растворы с концентрациями 1/16; 1/64; 1/256; 1/1024 г-экв/л.

Для этого пипеткой 25 мл исходного раствора переносят в мерную колбу на 100 мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Раствор тщательно перемешивают. Затем из полученного раствора отбирают пипеткой 25 мл, переносят в другую мерную колбу на 100 мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Так, последовательным разбавлением, готовят все растворы. Измеряют сопротивление исходного и всех приготовленных растворов, начиная с наименьшей концентрации, и заносят полученные данные в табл. 12.2. Ниже заголовка таблицы записывают химическое уравнения диссоциации заданного электролита.

Затем рассчитывают удельные и эквивалентные электрические проводимости по формулам (12.35) и (12.12). Вычисляют коэффициент электрической проводимости по уравнению (12.27). Величину определяют по закону Кольрауша (12.20), пользуясь значениямии(табл. П. 12.2),приведенными к температуре опыта (комнатной) по формуле, представленной в табл. П. 12.2. Строят графики зависимостейæ =(с),=(с) и . Из графика определяют эквивалентную электрическую проводимость раствора при бесконечном разбавлении, экстраполируя полученную прямую до пересечения с ординатой (рис.12.4). Экспериментальное значение сравнивают с вычисленными по закону Кольрауша. Полученные значения рассчитанных величин заносят в табл. 12.2.

Таблица 12.2