Постоянная сосуда единицы измерения

Министерство образования РФ

Алтайский государственный университет

Химический факультет

Кафедра физической и коллоидной химии

Физическая химия

Часть 3

Барнаул 2008 г.

Составители: к. х.н., доцент

к. х.н., доцент

Рецензенты: д. ф-м. н., профессор ;

к. х.н., доц.

Настоящее методическое указание является руководством к подготовке и выполнению лабораторных работ, даны перечень тем семинарских и практических занятий, темы теоретических коллоквиумов и контрольных работ, индивидуальные расчетные задания( номера задач), список литературы по темам и лабораторные работы по курсу по « Физическая химия». Предназначены для студентов третьего курса по специальности 020101.65-химия. Раздел электрохимия(часть3).

Части 1 и 2 изданы в 2006 и 2007гг. соответственно.

Тема V: Термодинамика и электропроводность растворов электролитов

Вопросы теоретического коллоквиума

1. Электрохимическая цепь. Особенности электрохимического окисления и восстановление. Разделы теоретической электрохимии, прикладная электрохимия.

2. Основные положения теории растворов электролитов Аррениуса, ее недостатки. Доказательства электролитической диссоциации. Основное условие устойчивости растворов электролитов.

3. Метод активности в термодинамике растворов электролитов, средний коэффициент активности электролита, теория Дебая-Гюккеля, допущения и три приближения.

4. Удельная и эквивалентная электропроводности растворов электролитов, подвижности ионов, зависимость их от различных факторов. Закон Кольрауша. Аномальная подвижность ионов. Числа переносов.

5. Электрофоретический и релаксационный эффекты, их экспериментальная проверка. Определение коэффициентов активности индивидуальных ионов с помощью ионоселективных электродов.

6. Материальный баланс электролиза водных растворов различных электролитов с различными электродами.

1. и др. Курс физической химии. В 2 т. М.: Химия, 1969. Т.1-2.

2. , Петрий . Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1987. 296 с.

3. , Семченко химия. М.: Высшая школа, 1999. 527 с.

4. , Каретников примеров и задач по физической химии. М.: Высшая школа, 1991. 527 с.

5. и др. Сборник примеров и задач по электрохимии. Томск. Изд-во Томского ун-та, 1962. 144 с.

Вопросы к лабораторной работе 5 – 1

Измерение электропроводности растворов электролитов и расчет константы электролитической диссоциации слабого электролита

1. Схема измерения электропроводности растворов. Постоянная электролизера.

2. Приготовление растворов и определение их электропроводности компенсационным методом.

3. Вычисление предельной эквивалентной электропроводности по закону Кольрауша и расчет константы диссоциации.

4. Графики зависимости удельной и эквивалентной электропроводностей слабого электролита от концентрации.

1. Практикум по физической химии / Под ред. , . М.: Химия, 1986. С.246, 235.

2. Практикум по физической химии / Под ред. . М.: Высшая школа, 1986. С. 278.

Для предотвращения поляризации электродов при кондуктометрических определениях поверхность последних платинируют, то есть электрически покрывают мелкозернистой платиной.

При измерениях необходимо применять переменный ток высокой частоты во избежание электролиза, влекущего за собой изменение концентрации электролита и также во избежание явлений поляризации.

Постоянная сосуда и ее определение

Согласно закону Ома сопротивление раствора, находящегося между электродами определяется формулой

R = r ; R = 1/æ * . (1 )

Электропроводность – величина обратная удельному сопротивлению, то есть r = 1/æ; отсюда

R = 1/æ * или c = * . (2 )

Если бы расстояние между электродами в сосуде точно равнялось 1 м, а площадь каждого электрода 1 м2, и в проведении тока участвовал только объем раствора, заключенный между электродами, то измеренная в таких условиях электропроводность представляла бы собой удельную электропроводность раствора.

В действительности электропроводность раствора зависит не только от размеров электродов и расстояния между ними, но и от формы их, взаимного расположения и объема раствора, так как ток проводит весь раствор, то есть не только объем, заключенный между электродами. Поэтому электропроводность, измеренная в сосудах произвольных размеров, не будет удельной электропроводностью, если не учитывать отношение (2). Кроме этого при всех измерениях нужно брать один и тот же объем раствора.

Отношение /s называется постоянной электролизера и обозначается через «а». Размерность ее м-1.

Таким образом уравнение (2) примет вид

æ = . (3)

Постоянную сосуда «а» можно легко определить, если измерить сопротивление раствора, удельная электропроводность которого известна. Обычно применяют растворы КС1 или NaCl и затем наливают в него 20 мл этого раствора. Сосуд помещают в термостат. Через 10-15 минут включают в цепь и подбирают сопротивление R, при котором значение амплитуды силы тока на осциллографе будет минимальным.

По полученному значению R вычислять постоянную по формуле

а = æ KCl R KCl, (4)

где а – постоянная сосуда, æ KCl – удельная электропроводность, R KCl – сопротивление раствора.

Определение удельной электропроводности раствора

Точно готовят 1 н раствор электролита СН3СООН. Ополаскивают указанным раствором промытый после КСl сосудик и пипеткой наливают точно 20 мл раствора. Точно также, как в предыдущем определении, вычисляют удельную электропроводность по формуле (3).

Из сосуда пипеткой отбирают 10 мл раствора и добавляют другой пипеткой 10 мл дистиллированной воды. Закрывают сосудик пробкой и тщательно перемешивают раствор. При таком разбавлении концентрация уменьшается вдвое, то есть получили 0,05 н раствор. Для получившегося раствора также определяют удельную электропроводность. Таким же образом готовят растворы 0,025 н и 0,0125 н и для них так же определяют удельную электропроводность.

Вычисление эквивалентной электропроводности

Эквивалентная электропроводность связана с удельной уравнением

L = æ / с,

где æ – удельная электропроводность, с – концентрация в г-экв/м3.

Вычисление классической константы диссоциации

Вычисление проводим по формулам:

a = ; Кс = (a2/ с)*(1-a) = , (6)

где L – эквивалентная электропроводность при данном разбавлении,

L0 – эквивалентная электропроводность при предельном разбавлении (определяется по закону Кольрауша) : L0 = L + L,

С – концентрация в г-экв/м3.

Значения L и L для соответствующих ионов находят в справочнике. Кс нужно вычислить для всех концентраций. Полученные значения для всех Кс нужно сравнить между собой и, если значения близки, то можно взять среднее значение.

Удельная электропроводность растворов KCl при различных температурах:

t, 0C КСl 0,1 н КСl 0,01 н

10 0,00934 0,001019

12 0,00979 0,00107

16 0,01072 0,001173

18 0,0102 0,00122

20 0,01167 0,001278

24 0,01264 0,001386

25 0,01289 0,001412

Построить график в координатах æ – С, L – С, a – С.

Вопросы к лабораторной работе 5 – 2

Определение растворимости труднорастворимой соли при различных температурах методом электрической проводимости и вычисление термодинамических функций растворения

1. Цель работы.

2. Методика приготовления насыщенных растворов труднорастворимых солей и измерение их электропроводности.

3. Расчет растворимости, произведение растворимости и термодинамических функций растворения солей по данным электропроводности.

4. Сравнительный расчет DHо, DGо и DSо процесса растворения по справочным значениям термодинамических свойств.

1. Практикум по физической химии / Под ред. . М.: Высшая школа, 1986. С.285.

2. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. и . Л.: Химия, 1983. С.73, 119, 142.

Расчет термодинамических функций растворения

В данной работе методом измерения электропроводности нужно определить растворимость соли при различных температурах и на основании полученных данных рассчитать термодинамические функции процесса растворения DG0, DH0, DS0.

Зависимость растворимости от температуры выражается уравнением Шредера:

= , (1)

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:

1 2 3 4 5 6 7

Источник

Постоянная сосуда единицы измерения
Устал с поисками информации? Мы тебе поможем!

Если бы расстояние между электродами точно равнялось 1 см, а площадь каждого электрода – 1 см2 и в прохождении тока участвовал только один объем раствора, заключенный между электродами, то электропроводность, измеренная в таких условиях, представляла бы собой удельную электропроводность раствора. Практически

Причем все ионы остаются между электродами, участвуя в переносе электричества. Следовательно, возрастание эквивалентной электропроводности раствора данного электролита при разбавлении определяется степенью электролитической диссоциации и вместе с ней, по мере разбавления, стремится к пределу, после которого остается постоянной. Это предельное значение электропроводности называется электропроводностью при бесконечном разведении и обозначается . Электропроводность при бесконечном разведении вычисляется как сумма подвижностей ионов (катионов – и анионов – ):

Определив эквивалентную электропроводность раствора и, зная подвижность ионов, можно вычислить степень диссоциации по формуле:

Степень диссоциации слабого электролита в водном растворе с разбавлением V определяется частным от деления значения эквивалентной электропроводности при этом разбавлении на значение электропроводности при бесконечном разведении.

В растворах слабых электролитов имеются недиссоциированные молекулы, а также катионы и анионы, образовавшиеся вследствие электролитической диссоциации некоторой части молекул. Между ними в растворе устанавливается динамическое (подвижное равновесие, характеризуемое при данной температуре и данной общей концентрации электролита постоянной величиной – константой электролитической диссоциации, которую можно вычислить на основании закона действующих масс. Для молекул, способных диссоциировать на два иона, КА Û К+ + А-:

, где /4/

К – константа электролитической диссоциации;

– концентрация катионов;

– концентрация анионов;

– концентрация недиссоциированных молекул.

Если концентрацию электролита в объеме V принять равной С:

= = a . С, тогда концентрация недиссоциированных молекул определяется по формуле:

= (1 – a) . С , учитывая это, получим для константы диссоциации:

. /5/

Учитывая, что V = 1/С, получим:

. /6/

Подставим значение степени диссоциации в /6/:

= /7/

Последние два уравнения носят название закона разведения Оствальда. Целью данной работы является проверка настоящего закона.

Экспериментальная часть

Методика измерений

Так как электропроводность – это величина, обратная сопротивлению, то, практически, определение электропроводности сводится к определению сопротивления. Наиболее пригодным в этом случае является метод, основанный на применении переменного тока по схеме мостика Уитстона. Допустим, ток идет из источника Е к точке А (рис.1), где он разветвляется и часть тока идет через D к С, а другая – через В к С. От точки С ток идет обратно к источнику тока.

Рис.1

Сопротивления частей цепи будут:

АВ = R1, BC = R2, AD = R3, DC = R4.

Если точки D и В соединить проводником, то по нему может пойти ток. По закону Кирхгофа, в проводнике ВD тока не будет в том случае, когда будет соблюдаться следующее соотношение:

Зная три из этих сопротивлений, можно вычислить четвертое. На опыте в качестве R2 берется определенное сопротивление магазина; R1 – сосуд с электролитом, электропроводность которого нужно определить; R3 и R4 – берется реохорд, плечи которого будут соответственно a и b. Для измерения сопротивления жидкостей применяют переменный ток, а не постоянный, чтобы избежать электролиза и поляризации.

Очень чувствительным прибором, обнаруживающим присутствие или отсутствие тока в мостике, является низкоомный телефон, вибрационный гальванометр или осциллограф. В качестве источника переменного тока применяется звуковой генератор ЗГ-1. Схема присоединения приборов для измерения сопротивления жидкостей изображена на рис. 2.

Лабораторная работа № 16

Дата добавления: 2016-11-20; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 762 | Нарушение авторских прав |
| Изречения для студентов

Физическая химия

Автор Б.П.Никольский, Н.А.Смирнова, М.Ю.Панов, Н.В.Лутугина и др.

выборе индикаторного электролита. Если ионы электролитов СА и МА отличаются по окраске или показателю преломления, то положение границы можно определить визуально или рефрактометрически. Числа переноса находят следующим образом. При прохождении через систему q = F Кл электричества через каждый 1 см2 сечения трубки должно пройти в направлении к катоду число экв катионов, равное числу переноса гм- Если площадь поперечного сечения трубки, в которой движется граница, равна 5 см2, а расстояние, пройденное границей за время пропускания q Кл, равно I см, то число переноса катиона равно:

tc = IsFcfq, (VIII. 54)

Поскольку количество q (в Кл) можно определить кулоно-метром, то tc может быть вычислено по перемещению границы / за время опыта. Метод движущейся границы применяют для прецизионных измерений вследствие его сравнительной простоты и точности получаемых результатов. В качестве примера можно привести определения числа переноса иона Н+ в растворе НС1. Катодом служит хлорсеребряный, анодом — металлический кадмиевый электроды, индикаторным электролитом — CdCl2. Положение границы растворов фиксируется по цветному индикатору, добавленному к раствору НС1.

В любом опыте по определению чисел переноса описанными методами необходимо измерить количество электричества, прошедшего через, систему. Для этой цели используют кулонометры (рис. VIII. 10). Медный весовой кулоно-метр, применяемый в предлагаемых ниже работах, представляет собой стекРис. VIII. 10. Медный весовой кулонометр:

/, 3 — аноды; 2 — катод.

лянный сосуд, через эбонитовую (или плексигласовую) крышку которого вставлены две медные пластинки 1,3 — аноды, а между ними медная пластинка 2— катод.

Поверхность катода определяется плотностью тока, которая не должна превышать 20 мА/см2. При больших плотностях тока могут образовываться рыхлые, механически менее прочные осадки меди, что может стать источником ошибок прн определении количества электричества, прошедшего через раствор.

Хорошего качества осадки на медном катоде образуются из раствора следующего состава: 100 см3 НгО-}-15 г CuSCVSFbO 5 см3 H2SO4 (конц.) 4-5 см3 этанола. Перед опытом целесообразно осадить на катоде слой меди (для получения за время опыта более плотного слоя), промыть катод водой и этанолом, высушить в сушильном шкафу н взвесить на аналитических весах. Высушивание и взвешивание нужно производить быстро и не допускать окисления свежеосажденного слоя медн. Взвешенный катод вставляется в кулоно-метр, который включают в цепь для определения чисел переноса в соответствии со схемой, изображенной на рис. VIII. 9. Число экв. выделившейся за время опыта меди, эквивалентное прошедшему через кулонометр количеству электричества, находят по формуле: п = mcu/31,77, где тси—увеличение массы катода; 31,77 г— 1 экв. меди.

VIII. 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Работа 1. Исследование электрической проводимости растворов электролитов

Основная ЦЕЛЬ РАБОТЫ — ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДИМОСТЕЙ. РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ОТ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ. Электрические ПРОВОДИМОСТИ РАССЧИТЫВАЮТ ИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСТВОРА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ СОСУДЕ, ИМЕЮЩЕМ ПРОИЗВОЛЬНЫЕ, НО ПОСТОЯННЫЕ РАЗМЕРЫ.

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ НЕОБХОДИМО ВЫПОЛНИТЬ РЯД ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ.

Определение постоянной сосуда. Обычно ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДИМОСТЕЙ ИСПОЛЬЗУЮТ СОСУДЫ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОВОДИМОСТЬ РАСТВОРА В ДАННОМ СОСУДЕ, КОТОРАЯ ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ УДЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫМ ДЛЯ ЭТОГО СОСУДА МНОЖИТЕЛЕМ, УЧИТЫВАЮЩИМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ. Одна ИЗ ВОЗМОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОСУДА ИЗОБРАЖЕНА НА РИС. VIII. 11. В НИЖНЕЙ ЧАСТИ ЯЧЕЙКИ ВПАЯНЫ ДВА ПЛАТИНОВЫХ ЭЛЕКТРОДА, ПОЛОЖЕНИЕ КОТОРЫХ СТРОГО ФИКСИРОВАНО. От НИХ ВНУТРИ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК ВО ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ ВЫХОДЯТ ДВА МЕДНЫХ ПРОВОДА. Сопротивление RX РАСТВОРА В СОСУДЕ, КАК И СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛЮБОГО ПРОВОДНИКА, МОЖЕТ БЫТЬ ВЫРАЖЕНО ФОРМУЛОЙ:

Rx = plfs = ll%s, (VIII. 55)

где р = 1/к—удельное сопротивление раствора; /—расстояние между ЭЛЕКтродами; s — эффективное поперечное сечеиие раствора.

Значения / и s, а значит и их отношение l/s = С, постоянны для данного сосуда (при всегда одинаковой степени заполнения его раствором). Отношение С называется постоянной сосуда или константой сопротивления сосуда.

Теперь уравнение (VIII. 55) можно записать так: х — C’/RXi т. е. для определения удельной электрической проводимости раствора из экспериментально найденного сопротивления его в сосуде Rx нужно знать еще и постоянную последнего.

Постоянную определяют следующим образом. В сосуд наливают одни из стандартных растворов с точно известной удельной электрической проводимостью. Объем этого стандартного раствора в измерительном сосуде должен быть тем же, что и объемы исследуемых растворов (например, 20 см3), т. е. сосуд должен заполняться всегда до одного и того же уровня. В качестве стандартного раствора обычно берут 0,01, 0,1 или 1 и. раствор КО; удельные электрические проводимости этих растворов приведены ниже:

СКС1′ Н* – х (25 °С), Ом””1 – см”1

I (т«71,1352) 0,1П342

0,1 (т = 7,41913) 0,0128560

0,01 (т = 0,745263) 0,0014087

Так как электрическая проводимость растворов зависит от температуры, то сосуд помещают в водяной термостат. Для большинства водных растворов электролитов удельная электрическая проводимость возрастает на «2% при повышении температуры на 1°. Поэтому, если хотят измерить электрическую проводимость с точностью до ±0,1 %, необходимо поддерживать постоянство температуры с точностью до ±0,05°. Если колебания температуры составляют ±0,2°, то электрическую проводимость нельзя измерить с точностью, большей ±0,4%.

Измерение электрической проводимости. Проводят для растворов двух электролитов: сильного и слабого — при шести-восьми различных концентрациях, из которых каждая последующая в два раза меньше предыдущей. Начинают с раствора, имеющего концентрацию порядка 0,1—0,01 н. (точное значение концентрации должно быть известно). Объем раствора в ячейке должен быть тем же, что и при определении постоянной сосуда (например, 20 см3). Раствор разбавляют в том же сосуде, в котором измеряют электрическую проводимость.

При каждом разбавлении из сосуда удаляют ровно половину содержащегося в нем раствора и добавляют такой же объем дистиллированной воды. При этом необходимо пользоваться двумя пипетками одинаковой номиРис. VIII. И, Сосуд для измерения электрической проводимости растворов.

нальной емкости (например, 10 см3, если общий объем исследуемого раствора 20 см3), одна из которых должна быть точно прокалибрована «на отбор» жидкости, другая — «на добавление» ее.

Необходимость такой калибровки определяется тем, что из пипетки вытекает не вся жидкость, набранная в нее: часть остается в носике и на стенках; таким образом, объем одной и той же пипетки на отбор всегда больше, чем на добавление. Для нашей же работы необходимо точное равенство объемов удаленного раствора и добавленной воды, так как в результате

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В

третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.

Источник

Концентрация р-ра, С	Сопротивление в См
1	1,15*10-3
0,5	862,0*10-6
0,25	682,0*10-6
0,125	511,0*10-6
0,0625	388,0*10-6