I.   Слабые и сильные электролиты

1. Какие растворы относятся к электролитам?

2. Сформулируйте основные положения теории Аррениуса.

3. В чем достоинства и недостатки теории Аррениуса? Какова область её применения?

4. Опишите равновесие в растворах слабых электролитов. Уравнение Оствальда.

5. От каких факторов зависят степень и константа диссоциации?

6. Раскройте основные положения теории Дебая и Гюккеля.

7. Что такое активность, коэффициент активности, ионная сила раствора?

 

II. Электрическая проводимость растворов

1. В чем отличие проводников электрического тока I и II рода?

2. Удельная электрическая проводимость, её связь с сопротивлением раствора.

3. Влияние разбавления на удельную электрическую проводимость.

4. Молярная (эквивалентная) электрическая проводимость, её связь с удельной проводимостью.

5. Зависимость молярной электрической проводимости слабых и сильных электролитов от разбавления.

6. Что такое предельная молярная электрическая проводимость? Как она рассчитывается?

7. Закон Кольрауша, его смысл, запись.

8. Раскройте содержание понятий «абсолютная скорость» и «подвижность» иона.

9. Определение сопротивления растворов с помощью мостика Уитстона. Уравнение баланса моста.

10. Что называется константой электролитической ячейки? Как она определяется?

 

III. Применение кондуктометрических измерений

1. На чем основан кондуктометрический метод исследования?

2. В чем сущность кондуктометрического титрования?

3. Какие виды кривых титрования возможны?

4. Как определяется точка эквивалентности?

5. Какие физико-химические параметры можно определить кондуктометрическим способом?

 

Вопросы и задачи для самоконтроля знаний

1. Две одноосновные органические кислоты при некоторой концентрации имеют разные степени диссоциации: первая – 0, 2; вторая – 0, 5. Константа диссоциации какой кислоты больше и во сколько раз?                         Ответ: К₂ больше К₁ в 10 раз.

2. Величина рК для хлорной и азотной кислот в уксусной кислоте как растворителе соответственно равны 4, 95 и 9, 38. Какая из этих двух кислот является в данном растворителе более сильной?

                                                                      Ответ: хлорная кислота

3. Напишите формулу, связывающую удельную электрическую проводимость, константу ячейки и сопротивление раствора электролита.

4. Какой объем 0, 15 н раствора нужно залить в сосуд с электродами на расстоянии 1 см, чтобы измеренная электрическая проводимость была молярной проводимостью данного раствора?

                                                                      Ответ: 6, 67 л

5. Какие из следующих факторов влияют на молярную электрическую проводимость электролита: концентрация (С); степень диссоциации (α ); температура (Т); вязкость раствора (η ); постоянная электролитической ячейки (к); радиус иона (r); площадь электродов (S)?

6. Нарисуйте график зависимости электрическая проводимость – объем щелочи при кондуктометрическом титровании смеси муравьиной и соляной кислот. Дайте объяснение.

 

В рабочей тетради

1. Запишите формулы:

1) Закона разбавления Оствальда.

2) Ионной силы раствора.

3) Связь сопротивления раствора с его удельной электрической проводимостью.

4) Связь молярной и удельной проводимостей.

5) Закона Кольрауша.

2. Начертите мостик Уитстона и 5 видов кривых титрования.

3. Законспектируйте в рабочей тетради теоретическую часть и порядок выполнения эксперимента. Подготовьте миллиметровую бумагу для построения кривой титрования.

 

Занятие второе

 

Материал предыдущего занятия выучите для выполнения самостоятельной работы.

 

Образец билета

1. Основные положения теории Аррениуса. Её достоинства и недостатки, область применения.

2. Удельная электрическая проводимость, влияние разбавления на её величину.

3. Закона Кольрауша; запись, смысл, значение.

4. Сущность кондуктометрического титрования. Начертить кривую титрования для случая «уксусная кислота - щелочь».

5. Для 0, 01 н KCl удельное сопротивление ρ = 709, 22 Ом^{-1 см. Вычислите удельную и молярную электрические проводимости раствора.}

 

Лабораторные работы

«Кондуктометрическое титрование»

«Определение степени и константы диссоциации слабого электролита»

Мотивация темы

Метод исследования, основанный на измерении электрической проводимости, называется кондуктометрией. Он относится к физико-химическим методам анализа, которые основаны на взаимосвязи между составом системы и её физическими и физико-химическими свойствами. Способность проводить электрический ток является одним из важнейших физико-химических свойств водных растворов электролитов. Поэтому с помощью кондуктометрии можно определять степень и константу диссоциации слабых электролитов, растворимость малорастворимых веществ, количественно оценивать состав раствора.

Цель работы

1. Провести кондуктометрическое титрование слабой кислоты щелочью, построить кривую титрования, найти точку эквивалентности и рассчитать концентрацию кислоты;

2. По экспериментальным данным рассчитать степень и константу диссоциации СН₃СООН.

 

Оснащение

1. Кондуктометр;

2. Колба для титрования;

3. Пипетка;

4. Стакан (200мл);

5. Реактивы: 0, 1н HCl, 1н NaOH, 0, 1н СН₃СООН, 0, 1н KCl.

 

Теоретическая часть

Из курса физики известно, что электрическое сопротивление любого проводника можно рассчитать по формуле

,

где R – сопротивление, Ом;

l – длина проводника, см;

S – площадь поперечного сечения, см²;

ρ – удельное сопротивление, т. е. сопротивление проводника длиной 1см и с площадью поперечного сечения 1см².

В электрохимии принято пользоваться величинами, обратными указанным

Величина L называется электрической проводимостью и измеряется в Сименсах (См),

См = Ом^-1

 

Величина χ называется удельной электрической проводимостью. Это электрическая проводимость раствора, помещенного между двумя электродами площадью 1см², находящимися на расстоянии 1см. Размерность χ – См∙ см^-1. 

Кроме удельной электрической проводимости, используют и молярную (эквивалентную) электрическую проводимость. Молярная (эквивалентная) проводимость – это проводимость раствора, содержащего 1 молярную массу эквивалента вещества, при расстоянии между электродами, равном 1см. Обозначается λ (лямбда). Размерность См∙ см² моль^-1.

Связь между двумя видами электрической проводимости

 

где с – молярная концентрация эквивалента.

    Метод исследования, основанный на измерении электрической проводимости, называется кондуктометрией. Прибор для измерения электрической проводимости называется кондуктометром.

    Кондуктометрический метод позволяет определять степень и константу диссоциации слабого электролита, растворимость малорастворимых веществ, концентрации различных электролитов. В последнем случае говорят о кондуктометрическом титровании.

Кондуктометрическое титрование – это метод определения концентрации электролитов титрованием до эквивалентной точки, которая устанавливается по изменению электрической проводимости. Этим методом часто пользуются для определения концентрации электролита в случае окрашенных или мутных растворов, а также при титровании смесей кислот или смесей оснований, когда подбор цветного индикатора затруднен.

При титровании происходит изменение ионного состава раствора, что изменяет электрическую проводимость. Экспериментальные данные наносят на график в координатах: электрическая проводимость – объем прибавляемого реагента и по точке резкого изгиба кривой определяют эквивалентную точку.

Характер изменения электрической проводимости обусловлен:

1) заменой ионов одной подвижности на ионы другой подвижности. Например, при титровании соляной кислоты гидроксидом натрия ионы Н⁺, обладающие высокой подвижностью, заменяются на менее подвижные ионы Na⁺;

2) заменой малодиссоциирующих молекул на более диссоциирующие. Этот случай наблюдается при титровании уксусной кислоты гидроксидом натрия.

Для проведения высококачественных измерений проводимости используется микропроцессорный портативный многодиапазонный кондуктометр «Н 8733 N»

 

                                               1            1 - 3½ - разрядный ЖКИ 

                12.88                                    2 – кнопка включения / выключения

                                               5            3 – кнопки переключения диапазонов

                                               2           4 – рукоятка установки температурного коэффи-

                       on                                       циента

                        off                                5 – калибровочный винт

 

                                               3

 

                                               4

 

 

Для работы необходимо

· Включить прибор, нажав кнопку ON/OFF.

· Погрузить датчик в исследуемый раствор, осторожно перемешать, постукивая кончиком датчика о дно сосуда для удаления пузырьков воздуха.

· Выбрать необходимый интервал измерений с помощью кнопок 3.

· Подождать некоторое время, пока не установится термическое равновесие. Значение проводимости появится на экране 1.

Внимание! Электрод должен быть погружен в раствор примерно на 8 см. Если измерения проводятся в различных образцах, рекомендуется тщательно промывать датчик, чтобы избежать загрязнения образцов. Для споласкивания лучше использовать достаточное количество раствора, проводимость которого предстоит измерить.

 

Порядок выполнения работы

«Кондуктометрическое титрование»

 

1. Налить в стаканчик 150мл 0, 1н кислоты и замерить проводимость.

2. Добавляя порциями 1н NaOH, получить ряд значений проводимости раствора.

3. По полученным данным построить кривую титрования, по которой найти точку эквивалентности. Расчет концентрации кислоты провести по формуле:

, где

V _к – объем кислоты, взятый для анализа;

V _щ – объем щелочи, пошедший на титрование;

С_щ – молярная концентрация эквивалента щелочи.

 

Порядок выполнения работы

«Определение степени и константы диссоциации слабого электролита»

1. Налить в сосуд 0, 1м раствор KCl и измерить электрическую проводимость. Рассчитать константу сосуда

,

χ _{KCl 0, 1м}=0, 0129 См∙ см^-1

2. Заполнить сосуд 0, 1н CH₃COOH и замерить электрическую проводимость. Рассчитать:

a. Удельную электрическую проводимость 0, 1н CH₃COOH

 

б. Эквивалентную электрическую проводимость 0, 1н CH₃COOH

в. Степень диссоциации 0, 1н CH₃COOH

;   

 (25^оС)

г. Константу диссоциации 0, 1н CH₃COOH

.

 

Контрольные вопросы

1. Объясните ход кривой титрования.

2. Как по кривой титрования находят точку конца титрования?

3. Сформулируйте закон эквивалентов.

4. Что называют степенью диссоциации? Какие экспериментальные методы её определения вам известны?

5. Как влияет разбавление на величину степени и константы диссоциации?

ТЕМА 8.
ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ

Учебные цели

 

Потенциометрия – метод измерения ЭДС элементов, подобно кондуктометрии относится к электрохимическим методам анализа. С его помощью находят стандартные термодинамические потенциалы, константы равновесия, коэффициенты активности, константы диссоциации слабых кислот, произведения растворимости, рН растворов и т.д. Большую практическую значимость имеет потенциометрический метод измерения рН, отличающийся точностью, объективностью и быстротой.

 

Изучив эту тему, вы должны

«знать» -

1. Механизм возникновения электродных потенциалов.

2. Классификации электродов по устройству и назначению; уравнение Нернста для расчета электродного потенциала.

3. Классификацию элементов; расчет ЭДС.

4. Сущность процессов, протекающих в гальванических элементах.

5. Компенсационную схему измерения ЭДС.

6. Определение рН потенциометрическим методом.

 

«уметь» -

1. Находить в справочной литературе стандартные потенциалы.

2. Рассчитывать электродные потенциалы, ЭДС элементов, активности ионов в растворе, константы равновесия, рН среды.

3. Записывать электродные и токообразующую реакции.

4. Переходить от одного вида концентрации к другому.

Учебные вопросы

 

1. Классификация электродов по устройству и по назначению.

2. Классификация элементов, измерение ЭДС.

3. Значение потенциометрических измерений. Определение рН среды потенциометрическим методом.

 

Литература

 

1. Беляев А.П., Кучук В.И., Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учебник / Под ред. Проф. Беляева А.П. – М.: ГЭОТАР - Медиа, 2008, стр. 231-265.

2. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: учебник для фармацевтических ВУЗов и факультетов/ под ред. Евстратовой К.И. – М.: Высш. шк., 1990,

стр. 160-190.

3. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Химия биогенных элементов: учебник для ВУЗов/ под ред. Ершова Ю.А. – 2-е изд., испр. и доп. – М: Высш. шк., 2000,

стр. 464-488.

4. Олишевец Л.И. Физическая химия. Курс лекций. Томск, 2006,

стр. 93-105.

 

Методические указания студентам по подготовке к занятиям

Тема рассчитана на два занятия. На первом занятии рассматривается вопрос № 1, а на втором – вопросы № 2 и 3.

 

Занятие первое

При подготовке к занятию повторите материал по теме «Растворы - электролиты», а именно: теорию Дебая и Гюккеля, понятия «активность», «коэффициент активности». Для решения задач надо знать способы выражения концентрации раствора.

 

Изучите материал, рассмотрев следующие вопросы

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: