XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Согласно закону действующих масс константа электролитической диссоциации слабого одновалентного электролита

(1)

Здесь α – степень электролитической диссоциации электролита при концентрации, равной С моль/л (или, что то же, - С г-экв/л).

Известно, что ,

где λ_v и λ_∞ - эквивалентные электропроводности при данном и бесконечном разведении. После подстановки значения α в уравнение (1) оно принимает вид

(2)

Величины λ_v и λ_∞, необходимые для расчета константы равновесия по формуле (2), находим таким образом.

Эквивалентную электропроводность при данном разведении λ_v рассчитывают по формуле

(3)

Чтобы определить величину удельной электропроводности Х которая входит в это уравнение, измеряют сопротивление исследуемого раствора R_x в специальном сосуде с электродами.

Известно, что сопротивление проводника R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально поперечному сечению S:

Ом, (4)

Коэффициент пропорциональности ρ называется удельным сопротивлением. Это сопротивление электрическому току раствора, заключенного между электродами, которые находятся на расстоянии 1 см и имеют площадь по 1 см². Полагая, что величины R, S и l выражены соответственно в омах, см² и см, можно определить, что размерность удельного сопротивления [ρ] = Ом*см. Из формулы (4) следует, что если бы расстояние между электродами в сосуде l равнялось точно 1 см, а площадь каждого электрода S составляла точно 1 см²,то, измерив сопротивление исследуемого раствора R_x=ρ. Зная же ρ, можно сразу получить значение удельной электропроводности х, поскольку она обратна удельному сопротивлению

[Ом^-1см^-1].

Этим самым задача нахождения λ_v по формуле (3) была бы решена. Однако изготовить сосуд, отвечающий всем перечисленным условиям, технически трудно. На практике пользуются сосудами, в которых значения l и S точно неизвестны. Это значит, что, измерив сопротивление раствора R_x, нельзя по формуле (4) найти его удельное сопротивление ρ. Чтобы иметь возможность по R_x находить величину ρ и в конечном счете х, определяют так называемую постоянную сосуда В. Она представляет отношение l/S, т.е. . Заменив в формуле (4) отношение l/S на В и ρ на , можно показать, что

(5)

Очевидно, что измерив сопротивление раствора R, удельная электропроводность которого Х известна заранее, можно определить постоянную сосуда В. В качестве такого раствора обычно берут 0,01 н или 0,02 н растворы хлористого калия,у которых величина Х измерена при разных температурах. При использовании в работе одного из названных растворов формулу (5) целесообразно записать так:

(6)

Зная В, можно определять удельную электропроводность любого исследуемого раствора Х_х, если измерить его сопротивление R_x. Действительно, по той же формуле (5) находим

(7)

Определив Х_х, по формуле (3) вычисляют λ_v

Эквивалентную электропроводность при бесконечном разведении λ_∞ вычисляют, используя закон независимого движения ионов (закон Кольрауша):

(8)

Значения подвижностей катиона l₊ и аниона l_- при температуре ) находят по формуле

, (9)

Где ₍₁₈⁰c₎ – подвижность катиона или аниона при 18⁰С;

γ – температурный коэффициент электропроводности

Катион	l+(180C)	γ	Анион	l-(180C)	γ
H+	315	0,0154	OH-	174	0,0180
			HCOO-	47,0	0,0231
NH4+	64,6	0,0222	CH3COO-	35,0	0,0238
			C2H5COO-	31,0	0,0212

Подставляя величины λ_v и λ_∞ в уравнение (2), находят искомое значение константы диссоциации слабого электролита K.

Экспериментальная часть.

Цель: определить константу диссоциации слабого электролита

Определение постоянной сосуда

Сосуд ополаскивают последовательно дистиллированной водой и небольшими порциями раствора хлористого калия, взятого для определения постоянной сосуда. Затем 40 мл этого раствора наливают мерным цилиндром в сосуд и после выдерживания в термостате при заданной температуре в течение 15 минут измеряют сопротивление раствора R_KCl с помощью реохордного моста. Выбрав величину удельной электропроводности раствора хлористого калия x_KCl, которая соответствует температуре опыта, рассчитывают постоянную сосуда по формуле (6).

Определение удельной электропроводности исследуемого раствора слабого электролита и расчет константы диссоциации

После определения постоянной сосуда из него выливают раствор хлористого калия, а сосуд ополаскивают последовательно водой и исследуемым раствором. Затем в сосуд пипеткой или с помощью бюретки вливают 40 мл исследуемого раствора и после термостатирования при заданной температуре в течение 10-15 минут измеряют сопротивление раствора R_x. Зная постоянную сосуда В, рассчитывают удельную электропроводность раствора Х_х по формуле (7). Далее, используя уравнение (3), вычисляют эквивалентную электропроводность раствора λ_v. После этого пипеткой, предназначенной для работы с исследуемым раствором, отбирают из сосуда 20 мл раствора и вместо него (другой пипеткой) приливают 20 мл дистиллированной воды.

Таким же образом, как описано выше, измеряют R_x разбавленного раствора и рассчитывают его удельную и эквивалентную электропроводности.

Вычисляя λ_v при различных концентрациях электролита С и находя λ_∞ по закону Кольрауша (8), рассчитывают по формуле (2) величину константы диссоциации электролита K для каждого опыта. Затем определяют её среднее значение K_cр.

Расчёты:

1,32 – сопротивление (R)KCl

B_kcl=0,001413*1,32=0,00186516

1,2*9-R-HCOOH (муравьиная кислота)

B_KCOOH=1,29

R₁=1,32 – разбавленное (1)

1,3Cн – R_2HCOOH – разбавленное (2)

1,40 – R_3HCOOH– разбавленное (3)

1,46 – R_4HCOOH – разбавленное (4)

1,53 – R_5COOH– разбавленное (5)

Х_HCOOH= =0,0014458605

X₁= =0,001413

X₂= =0,0014347385

X₃= =0,0013322571

X₄= =0,0012775068

X₅= =0,0012190588

Рисунок 1 – Зависимость удельной электропроводности

λ_v=

λ_v= =14,458605

λ₁= =14,13

λ₂= =28,69477

λ₃= =53,290284

λ₄= =102,200544

λ₅= =195,049408

Рисунок 2 – Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации

λ_∞=l₊+l_-

l₊₍₂₅₎=l₊₍₁₈₎[1+γ(25-18)]=315*[1+0,0154(25-18)]=316,1078

l_-(25)=l_-(18)[1+γ(25-18)]=47[1+0,0231*(25-18)]=54,5999

λ_∞=316,1078+54,5999=370,7077

α= = =0,0390027102

α₁= = =0,0381162841

α₂= = =0,077405379

α₃= = =0,0143752838

α₄= = =0,0275690373

α₅= = =0,0526154186

k=

k= =0,000158295

k₁= =0,0001510423

k₂= =0,0003247142

k₃= =0,0000524157

k₄= =0,0000977

k₅₌=0,0001826332

Вывод: С помощью метода измерения сопротивления растворов разной концентрации и вычисления электропроводности растворов вычислили константу диссоциации слабого электролита

Список литературы.

1. Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н. Курс физической химии. Под редакцией Я.И. Герасимова.

2. Киреев В.А. Курс физической химии : 1975г.

3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. Под редакцией А.Г.Стромберг: Высшая школа,1973г.

4. Краткий курс физической химии. Под редакцией С.Н. Кандратьева. Высшая школа.1978г.

5. Практикум физической химии. Под редакцией Н.К. Воробьева. Химия, 1975г.

Код для цитирования: Скопировать