9:1 8:2 7:3 6:4 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 Так, чтобы общий объём был равен 20 мл.
В связи с тем, что концентрации исходных растворов ферри-и ферроцианидов калия одинаковы (по 0,01 М), то очевидно, что соотношение концентраций (но не активностей ) окислителя и восстановителя в полученных смесях будет таким же как отношение взятых объемов исходных растворов ферри- и ферроцианидов калия, т.е. 9.1, 8:2 и т.д.
Далее конструируются гальванический элемент: хлорсеребряный электрод - редокс-электрод, в котором первый будет, как покажут измерения, более отрицательным, нежели второй. Затем (поочередно!) в прилагаемый стаканчик для измерений заливается полученная смесь окислителя и восстановителя, в него погружаются хлорсеребряный и платиновый электроды и производится измерения ЭДС составленного гальванического элемента с помощью иономера ЭВ-74 Измерения ЭДС следует повторять до тех пор, пока расхождения не будут превышать 1-2 мв, после чего следует избрать среднее из этих значений:
После измерений с первой смесью содержимое стаканчика вылить, ополоснуть его 2 раза дистиллированной водой(лучше использовать промывалку), затем ополоснуть один раз смесью, предназначенной для последующего определения ЭДС, залить в него приблизительно 30 мл этой смеси, погрузить электроды, также предварительно обмытые дистиллированной водой и рабочим раствором, и далее произвести измерения ЭДС так, как было описано выше ( как в первом опыте).
Аналогичные
операции и измерения провести со всеми
последующими смесями, после чего по
итоговым данным рассчитать стандартный
потенциал редокс-электрода, константу
равновесия электродной реакции и
этой реакции.
Обработка экспериментальных данных.
Как указывалось выше, в конструируемом элементе хлорсеребряный электрод более отрицателен, нежели редокс-электрод. Поэтому ЭДС такого элемента, без учёта диффузионного потенциала, равняется разности между электродным потенциалом редокс-электрода (положительныи электрод) и электродным потенциалом хлорсеребряного электрода (отрицательный электрод). Диффузионный потенциал, который должен возникнуть на границе раздела раствор окислителя с восстановителем- pаствор электролита в хлорсеребряном электроде, элиминируется Мостиком из электролита КС~ (подвижность ионов К и Cl примерно одинакова), конструктивно предусмотренном в самом заводском хлорсеребряном электроде, применяемом в работе. Т.о., ЭДС элемента равна:
где Е - ЭДС элемента,
-стандартный
потенциал редокс-электрода,
-
активность ионов [
-активность ионов
,
потенциал хлорсеребряного электрода,
равный 0,201
0.03 в
Поскольку известны лишь мольно-объёмные концентрации (С) растворов окислителя и восстановителя, необходимо рассчитать активности ферри- и ферроцианидных ионов. При диссоциации их калиевых солей (а диссоциируют они в воде полностью) из каждой молекулы соли образуется по одному цианидному иону, поэтому концентрации таких ионов равняются молярным концентрациям исходных растворов, т.е., например в 0,01 М растворах содержится 0,01 моль-ион/л цианидных ионов.
Поскольку
где
-активность
-го
иона,
-молярный
коэффициент активности
-го иона,
-мольнообъемная концентрация
-го иона, то активность иона может быть
легко рассчитана, если известен его
коэффициент активности. В справочниках
можно найти значения средних коэффициентов
некоторых ионов
.
Коэффициент активности отдельных ионов,
которые входят в записанное выше
уравнение, экспериментально определить
нельзя, их можно лишь рассчитать по
уравнениям первого, второго или третьего
приближения теории сильных электролитов
Дебая-Гюккеля. Первое уравнение имеет
вид:
где -молярный коэффициент активности , -го иона, Z -его заряд, -ионная сила раствора, равная:
-малярная концентрация
иона в растворе,
-коэффициент, зависящий от диэлектрической
проницаемости раствора (
)
и температуры. В очень разбавленных
растворах принимают равной
для чистой воды. При 250С(298 К)
=
78,25. Тогда:
Как показывает опыт, уравнение дает хорошее согласие с экспериментальными данными только в очень разбавленных растворах сильных электролитов. Так для 1-1 зарядного электролита при концентрациях менее 0.01M, для 2-2 зарядного электролита даже при 0.01М концентрации отклонения опытных данных от теоретических превышает 30%; для электролитов, содержащих многозарядные ионы отклонения ещё больше.
Уравнение Дебая-Гюккеля во втором приближении учитывает собственный размер ионов, который представляет собой то наименьшее расстояние, на которое могут сближаться ионы в данном растворе. Эту величину подбирают, исходя из наилучшего соответствия нижеприводимого уравнения экспериментальным данным:
где
- средний коэффициент активности
электролита,
-эффективный
диаметр ионов( расстояние до которого
могут сближаться электричекие центры
двух ионов);
-коэффициент,
слегка изменяющийся с температурой для
водных растворов В=(0.32+0.33)*10 см (л/моль)
.
К
,
и
-те
же, что и в уравнении первого приближения;
и Z
-заряды катиона и аниона,
для большинства электролитов равна
(0.3+0.4)*10 см, поэтому
.
Учитывая последнее, Э. Гюнтельберг
предложил записывать уравнение теории
Дебая и Гюккеля во втором приближении
в более простой форме
которое хорошо описывает поведение многих электролитов вплоть до = 0,1
Третье приближение
теории Дебая - Гюккеля заключается в
том, что при больших концентрациях
учитываются силы отталкивания между
ионами, возникающие вследствие преодоления
сил ион-дипольного взаимодействия (ион
–диполи
),
что сопровождается резким возрастанием
коэффициентов активности. Получающееся
при этом уравнение имеет вид:
где С -эмпирически подбираемая константа, которая лишена определённого физического смысла.
Для целей обработки
экспериментальных результатов в
выполненной работе следует применить
уравнение во втором приближении,
предложенном Гюнтельбергом. При этом
предполагают, что
и используют уравнение в виде:
в котором =0.5117 (для 298 К)
Таким образом, чтобы рассчитать активность иона, следует использовать эту формулу, так как в уравнении для расчета электродного потенциала редокс-электрода активности ионов окислителя и восстановителя входят под знаком логарифма, то расчет упрощается.
+
полагая, что Т=298К и Z=1, т.к.
,
,
,
имеем:
Преобразуем уравнение к следующему виду:
Видно, что
-функция, а скобка справа — аргумент и
полученное уравнение является линейным,
постоянную величину его можно pассчитать
аналитически или же определить графически,
построив зависимость:
При обработке
экспериментальных данных рекомендуется
найти
графически, используя для этой цели
построение, выполненные на миллиметровой
бумаге. При расчёте ионной силы следует
помнить о том, что она зависит от
концентрации каждого иона и его заряда;
концентрация ионов калия и цианидных
ионов меняются при смешении растворов
окислителя и восстановителя, что следует
учесть при расчёте
.
Концентрация ионов
и
естественно, остаётся при этом без
изменений.
Пример расчета ионной силы раствора: исследуемый раствор содержит О,01 М FeC13, 0,01 М FeCl2, 0,05 М HCl при соотношении редокс-форм 1:9. Ионная сила раствора равна:
I= ½ (0, 001·32+ 0, 001· 3·12 +0, 009 ·22+0, 009· 2· 12 +0,05 ·12+0,05 ·12) = =0,083.
При расчете константы равновесия электродной реакции необходимо использовать формулу:
,
получаемую при выводе уравнения Нернста-Тюрина, откуда
