Выполнение эксперимента

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПРИ БЕСКОНЕЧНОМ РАЗБАВЛЕНИИ СИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА.

Литература:Лекция №6; [1]: С. 283-300.

Цель: приобретение навыков измерения электропроводности раствора при помощи цифрового кондуктометра, определение молярной электропроводности при бесконечном разбавлении сильного электролита кондуктометрическим методом.

Реактивы и оборудование:

Кондуктометр цифровой с электродом, раствор NaCl0,1 моль/л; вода дистиллированная, бюретка объемом 50 мл, воронка, стакан объемом 50 мл (под бюретку), пронумерованные мерные колбы объемом 100 мл с пробкой — 5 штук, высокий стакан объемом 150 мл для измерений электропроводности.

Теоретические основы

Электропроводность растворов электролитов, то есть способность проводить электрический ток, обусловлена направленным движением ионов под воздействием электрического поля. В проводниках первого рода (металлах) заряд переносится электронами. Растворы электролитов – проводники второго рода, носителями электричества в них служат анионы и катионы. Электропроводность раствора электролита зависит от природы электролита и растворителя, концентрации, температуры и некоторых других факторов.

Удельная электропроводность раствора электролита – это электрическая проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими единичную площадь и удаленными друг от друга на расстояние, равное единице длины. Единицы измерения удельной электрической проводимости c в СИ [Ом^–1∙м^{– 1}] или [См∙м^–1]; на практике также используют внесистемные единицы [Ом^–1∙см^–1] или [См∙см^–1].

Сложный характер зависимости c от C требует использования других количественных способов выражения электропроводности. В электрохимии наряду с удельной электропроводностью χ используют величину молярной электропроводности l, равную электрической проводимости такого объема раствора, который содержит 1 моль растворенного вещества, при условии, что раствор заключен между двумя параллельными электродами, удаленными друг от друга на расстояние, равное единице длины. В единицах СИ молярная электропроводность λ имеет размерность [Ом⁻¹∙м²∙моль⁻¹] =[См∙м²∙моль⁻¹]. На практике концентрацию раствора часто выражают не в [моль/м³], а в [моль/л], а χ − во внесистемных единицах [Ом⁻¹∙см⁻¹] = [См∙см⁻¹], поэтому при вычислениях следует внимательно относиться к размерности λ в зависимости от используемых единиц c и С.

Молярная электрическая проводимость тоже зависит от концентрации раствора.С увеличением концентрации молярная электрическая проводимость λ уменьшается в растворах сильных и для слабых электролитов вследствие возрастания взаимного влияния ионов или изменения степени диссоциации с разбавлением.

Для сравнения электропроводности электролитов используют значение молярной электропроводности бесконечно разбавленного раствора l¥, то есть раствора такой концентрации, когда взаимным влиянием ионов можно пренебречь, именно эти значения приводятся в справочных таблицах для характеристики электропроводности электролита.

Прямое определение l¥ невозможно,поскольку нельзя на практике приготовить «бесконечно разбавленный раствор». Найти l¥ из графической зависимости l от С (при бесконечном разбавлении С → 0, значение λ максимально) также довольно сложно из-за практических трудностей экстраполяции кривой к оси ординат. Экстраполяция упрощается, если зависимость будет иметь линейный характер.

Рис. 6. Зависимость молярной электрической проводимости растворов сильных электролитов от концентрации

Эмпирически линейная зависимость зависимости l от С обнаружена немецким физиком Кольраушем и известна как «закон квадратного корня»:

.

В координатах l − это уравнение выражается прямой, отсекающей на оси ординат отрезок, равный l¥. Постоянная h, зависящая от природы растворителя и электролита, может быть найдена из тангенса угла наклона прямой. Это уравнение используется для экспериментального определения l¥ сильных электролитов в области невысоких концентраций.

Рис. 7. Зависимость молярной электрической проводимости растворов сильных электролитов от .

Выполнение эксперимента

1. Для экспериментального определения молярной электропроводности при бесконечном разбавлении потребуются 6 растворов одного и того же вещества разной концентрации. Каждого раствора необходимо не менее 100 мл. Используя в качестве исходного (№1) 0,1 М раствор, вычисляют, сколько мл этого раствора нужно разбавить водой до 100 мл, чтобы получить рабочие растворы для измерения электропроводности с концентрациями а)№2 — 0,08 М; б) №3 — 0,06 М; в) №4 — 0,04 М; г) №5 — 0,02М; д) №6 — 0,01 М.

2. Приготавливают по 100 мл каждого раствора, отмеряя необходимые объемы 0,1 М исходного раствора при помощи бюретки в мерную колбу объемом 100 мл с нужным номером и доводя объем до метки на колбе дистиллированной водой. Приемы работы с бюреткой и мерной колбой описаны в лабораторной работе №1.

3. Измеряют удельную электропроводность χ каждого раствора. Для измерения раствор переливают в высокой стакан.

Для измерения удельной электропроводности растворов в лабораториях кафедры химии используется цифровой кондуктометр «Hanna» с четырьмя диапазонами измерений. Этот прибор снабжен измерительным датчиком, который защищен съемным пластиковым кожухом.

Рис. Цифровой кондуктометр

При работе с кондуктометром важно, чтобы датчик был погружен в раствор до нужного уровня (отверстия в пластиковом кожухе датчика полностью погружаются в раствор). Включение и выключение кондуктометра производится кнопкой «ON/OFF». Необходимый диапазон измерений выбирают, нажимая последовательно кнопки «199,9 μS/см» , «1999 μS/см», «19,99 mS/см», «199.9 mS/см». Обозначения mS/см и μS/см означают, что отображаемая на дисплее величина χ имеет размерность «мили См∙см^–1» или «микро См∙см^–1». Смену диапазона производят, если на дисплее отображается «1» (зашкаливание), если цифровые значения быстро меняются («прыгают»), или измеренное значение содержит мало значащих цифр. В данном приборе постоянная ячейки заложена в память, поэтому при измерениях на дисплее высвечивается действительное значение удельной электропроводности изучаемого раствора.

Для работы с растворами NaCl рекомендуется использовать диапазон измерений «19,99 mS/см».

При переходе к измерению удельной электропроводности раствора NaCl другой концентрации электрод, не снимая кожуха, следует промокнуть фильтровальной бумагой снаружи и снизу.

Поиск по сайту: