Электролитическая диссоциация

Обратимый распад молекул растворяемого вещества на ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией. Количественными характеристиками процесса электролитической диссоциации является степень и константа электролитической диссоциации.

Степенью электролитической диссоциации называется отношение числа молекул, распавшихся на ионы к общему числу молекул растворенного вещества в растворе. Константой электролитической диссоциации называют константу равновесия, записанную для этого процесса.

Выражение, связывающее между собой степень диссоциации (ά) и константу электролитической диссоциации (К) с молярной концентрацией растворенного вещества (С), называют законом разведения (разбавления) Оствальда

К = Сά²/(1- ά). (4.1)

Если для слабых электролитов ά <<1, т.е. пренебрежительно мало по равнению с единицей, то выше уравнение (4.1)превращается в более простое уравнение

К = С ά². (4.2)

В растворах сильных электролитов, для которых истинная степень диссоциации равна единице, соотношение (4.1) дает значение кажущейся степени диссоциации (активности).

Одним из методов изучения электролитической диссоциации электролитов является метод, основанный на измерении электропроводности растворов.

Электропроводностью (W) называется величина, обратная сопротивлению (R): W = 1/R (Ом) и соответственно удельной электропроводностью (χ) называется величина, обратная удельному сопротивлению (ρ): χ = 1/ ρ Ом^-1см^-1. Определение χ раствора сводится к измерению сопротивления раствора, находящегося между двумя металлическими пластинками датчика. Так как измеренное в опыте сопротивление зависит от размеров электродов , их формы, расстояния между ними и т.д., то для каждого датчика предварительно измеряется постоянная датчика К.Тогда удельную электропроводность раствора можно рассчитать по формуле

Χ = К/R_x,

где R_x – сопротивление раствора, измеренное с помощью данного датчика.

В электрохимии чаще пользуются не удельной, а эквивалентной электропроводностью λ.

λ = χ 1000/С_э см²/Ом моль, (4,3)

где С_э – нормальная концентрация раствора.

Эквивалентная электропроводность равна электропроводности такого объема раствора, который содержит 1 моль-эквивалент электролита, помещенного между параллельными электродами, отстоящими на расстоянии 1 см друг от друга.

В очень разбавленных растворах (С→О) ионы находятся на большом расстоянии друг от друга и практически не испытывают взаимного влияния. Поэтому можно рассматривать движение каждого иона независимо от других. Тогда эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного раствора электролита λ⁰ будет равна сумме эквивалентных электропроводностей (подвижностей) катионов λ⁰₊и анионов λ⁰_- (закон независимого движения Кольрауша)

λ ⁰ = λ⁰₊ + λ⁰_-. (4.5)

Так, для уксусной кислоты (CH₃COOH)

λ⁰(H⁺) + λ ⁰(CH₃COO^-) = 349,8 + 40,9 = 390,7 см²/Ом моль.

В растворах слабых электролитов конечной концентрации отношение эквивалентной концентрации λ электролита при данной концентрации у эквивалентной электропроводности бесконечно разбавленного раствора λ⁰ равно степени диссоциации

ά = λ/ λ⁰. (4.6)

Э кспериментальная часть

Опыт 1. Определение степени и константы электролитической диссоциации уксусной кислоты.

1. Приготовьте по 100 мл растворов концентраций, заданных преподавателем, из исходного концентрированного раствора. Для этого сначала рассчитайте, какое количество исходного раствора необходимо взять, чтобы при разбавлении его до 100 мл получился раствор нужной концентрации. Для расчета можно использовать следующую формулу v₁ = 100 N₂/N₁, (4.7) где N₁ и N₂ – нормальные концентрации исходного и заданного растворов, соответственно. Отмерьте из бюретки рассчитанный объем v₁ исходного раствора в мерную колбу на 100 мл, долейте воды до отметки и перемешайте полученный раствор.

2. Измерение сопротивления заданных растворов. Для этого ополосните приготовленным раствором датчик и стаканчик, в котором производится измерение. Залейте в стаканчик свежую порцию раствора и опустите в него датчик. Количество раствора в стаканчике должно быть таким, чтобы электроды датчика были полностью погружены в него. Произведите измерение сопротивления раствора. Вылейте раствор из стаканчика, сполосните его и датчик раствором другой концентрации, налейте свежую порцию этого раствора и измерьте его сопротивление. По окончании всех измерений в стаканчик наливается вода.

3. Схема отчета по лабораторной работе: а) Таблица с экспериментальными данными по образцу

Э л е т р о л и т	Норм. конц. раств. Сэ	Сопро- тивле- ние раств. R	Пос- тоян ная дат- чика	Уд. элект- ропро- вод. χ	Экви- вал. эл.- пров. λ	Пре дель- ная эл. пров, λ 0	Сте- пень дис- социа- ции λ	Конст. диссо- циаии К

б) Расчет χ, λ, λ⁰, ά, К. в) График зависимости степени диссоциации от концентрации раствора. г) расчет среднего значения К_дисс. д) расчет ошибки опыта.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5