В установку для измерения электропроводности поочередно вводят выше указанные реактивы и подключают установку к сети. Во всех случаях наблюдают за индикаторной лампой используемой установки.

Силу электролита определяют по яркости свечения лампы. Наблюдение заносят в таблицу:

Реактив	Способность реактива проводить электрический ток	Реакция диссоциации для электролита	Кдис.	α

Рассчитать α только для СН₃СООН разных концентраций, считая что << 1.

Построить на миллиметровой бумаге график зависимости степени диссоциации СН₃СООН от ее концентрации.

Сделать выводы о зависимости от концентрации электролита.

Контрольные вопросы и задачи:

1.Какие вещества называют электролитами ?

2.Почему электролиты называют проводниками электрического тока II рода? Какие вещества являются проводниками I рода?

3.Что называется степенью диссоциации электролита? Чему равна степень диссоциации сильного электролита?

4.Запишите уравнения электролитической диссоциации угольной кислоты и карбоната натрия. Объясните, в каком случае диссоциация протекает: а) обратимо; в) ступенчато.

5.Имеются сантимолярные растворы соляной и уксусной кислот. Объясните, в каком из них разница между значениями Сн+ и Ан+ более заметна.

6.Запишите три математические формулы, на основании которых можно:

а) дать определение степени диссоциации электролита;

б) вычислить степень диссоциации слабого электролита в растворе заданной концентрации;

в) вычислить степень диссоциации слабого электролита, измерив электрическую проводимость его раствора.

7.Вычислите степень диссоциации гидроксида аммония и его деци-, санти- и милимолярных растворах, постройте график зависимости степени диссоциации NH₄OH от концентрации раствора.

Ответ: 0,0134; 0,0423; 0,1338.

8.Что называют разведением раствора? Сделайте необходимые расчеты и постройте кривую зависимости степени диссоциации азотистой кислоты от разведения.

9.Вычислите концентрацию ионов Н⁺ в 0,1м растворе СН₃СООН и молярную электрическую проводимость этого раствора при 298К, если при этой температуре = 390.7 см ²·Ом^-1.

Ответ: 1,32·10-3 моль/л; 5,16 см2·Ом-1.

10.Почему при разбавлении раствора слабого электролита его удельная электрическая проводимость достигает максимума, а затем падает, а молярная – достигает максимума , а затем не изменяется (и в том и в другом случаях Т = const).

11.Сопротивление ячейки, заполненной раствором KCl с удельной электрической проводимостью 5,79·10^-3Ом^-1·см^-1 равно 103,6 Ом. Сопротивление той же ячейки, заполненной 0,01м раствором СН₃СООН равно 5771 Ом. Определите молярную электрическую проводимость 0,01м раствора уксусной кислоты.

Ответ: 10,39 см^-2 Ом^-1 моль^-1.

Лабораторная работа 9 водородный показатель среды рН

Цель работы: определение водород­ного показателя среды методами рН-метрии и визуального колориметрирования; проведение расчетов рН водных растворов сильных и слабых кислот и оснований.

Водородный показатель среды водного раствора электролита рН равен взятому с обратным знаком десятичному логариф­му активности ионов водорода в этом растворе:

Среда водного раствора электролита может быть кислой, нейтральной или щелочной. Носителями кислотных свойств являются ионы Н⁺, а основных – ионы ОН^-, поэтому в кислых растворах > , а в щелочных –  . Растворы, в которых = , называют нейтральными.

При электролитической диссоциации воды образуется равное количество ионов Н⁺ и ОН^-:

Н₂О  Н⁺ + ОН^-

Константа диссоциации воды при 295 К равна 1,810^-16, а при той же температуре равна примерно 55,56 моль/л:

Отсюда = 1,810^-1655,56 = 10^-14.

Величина K_w = называется ионным произведением воды. При 295 К K_w = 10^-14. В нейтральных растворах моль/л (рН = 7), в кислых растворах моль/л (рН < 7), в щелочных растворах моль/л (рН > 7).

Наряду с показателем рН используется показатель рОН:

Исходя из значения ионного произведения воды К_w при 295 К

рН + рОН = 14.

При расчете водородного показателя среды водных растворов сильных кислот и оснований следует учитывать необратимость процесса их электролитической диссоциации ( = 1):

НС1  Н⁺ +Сl^-

NaOH  Na⁺ + ОН^-

Концентрация ионов Н⁺ в растворах сильных кислот и концентрация ионов ОН^- в растворах щелочей численно равны молярности растворов. Например, с_н⁺ в 0,001 М растворе НС1 равна 0,001 моль/л, а с_он- в 0,01 М растворе NaOH равна 0,01 моль/л.

Чтобы вычислить значение водородного или гидроксильного показателя среды (рН или рОН), нужно знать активность ионов Н⁺ или ОН^- ( или ): и . Коэффициенты активности ионов вычисляют или находят по справочным таблицам как функцию ионной силы раствора.

При расчете водородного показателя среды водных растворов слабых кислот и оснований следует учитывать обратимость процесса их электролитической диссоциации (α<1):

СН₃СООН  СНзСОО^- + Н⁺

NH₄OH  NН₄⁺ +ОН^-

Н₂СО₃  Н⁺ + НСОз^-

Концентрация ионов Н⁺ в растворах слабых одноосновных кислот и концентрация ионов ОН^- в растворах слабых одноосновных оснований численно равны концентрации продиссоциировавших молекул электролита, а не исходной концентрации раствора, как в случае сильных кислот и оснований.

Концентрацию продиссоциировавших на ионы молекул электролита определяют, исходя из степени диссоциации: с = с_о, где с_о— исходная концентрация молекул, моль/л.

Степень диссоциации рассчитывают на основании закона Оствальда:

ПРИМЕЧАНИЕ. Чаще пользуются формулой К_Д = α²с_о, считая, что α 1. В случаях, когда расчет по упрощенному уравнению дает результат α > 0,1, вычисления повторяют, не пренебрегая величиной α в знаменателе дроби.

Определив степень диссоциации α и концентрацию молекул, распавшихся на ионы с, вычисляют рН или рОН раствора электролита, считая, что = (кислота) или (основание).

При вычислении водородного или гидроксильного показа­теля среды раствора слабой кислоты или слабого основания можно считать, что ; ввиду малых ионных сил (І) растворов (разбавленные растворы).

Опыт 1. Измерение водородного показателя среды раствора HCl электрохимическим методом.

Электрохимический метод определения водородного показателя среды более точен, он основан на измерении разности потенциалов двух электродов, помещенных в анализируемый раствор. Один из этих электродов – электрод сравнения – в процессе изменения имеет постоянный потенциал, а потенциал второго электрода (обычно стеклянного) зависит от величины в исследуемом растворе.

Потенциал стеклянного электрода относительно электрода сравнения измеряется рН – метром, показывающая шкала которого градуирована в единицах рН и позволяет производить непосредственный отсчет измеряемой величины. Электрохимический метод определения водородного показателя называют еще методом рН – метрии.

Из 1н. раствора HCl приготовьте в мерной колбе 100 мл (или 50 мл) раствора меньшей концентрации (задание получаете у преподавателя).

Рассчитанный объем 1н. раствора HCl внесите пипеткой в мерную колбу. Доведите уровень раствора до метки дистиллированной водой, тщательно перемешайте.

Измерьте рН раствора с помощью рН – метра.

При оформлении результатов опыта запишите:

1.Полученное задание;

2.Расчет объема 1н. раствора HCl, необходимого для приготовления раствора заданной концентрации;

3.Измеренное значение рН приготовленного раствора HCl;

4.Расчет значения рН приготовленного раствора HCl заданной концентрации.

5.Схема измерительной установки (рН-метра).

Опыт 2. Зависимость рН раствора уксусной кислоты от концентрации.

Из концентрированного раствора уксусной кислоты СНзСООН приготовьте в мерных колбах на 100 мл три раствора меньшей концентрации. Задание получите у препода­вателя.

Рассчитанный объем исходного раствора, необходимый для приготовления раствора заданной концентрации, внесите в мерную колбу; доведите уровень раствора до метки дистиллированной водой.

Плотно закройте колбу пробкой и хорошо перемешайте раствор, после чего измерьте рН раствора с помощью рН – метра.

Результаты работы сведите в таблицу:

Таблица №1.

Зависимость рН раствора уксусной кислоты от ее концентрации.

Концентрация приготовляемого раствора СН3СООН, моль/л	Рассчитанный объем исходного раствора, мл	Значение рН среды
		измеренное	вычисленное

Постройте график зависимости рН раствора СНзСООН от ее концентрации с_о(по теоретическим и экспериментальным данным).

Контрольные вопросы и задачи:

1.Что называют степенью диссоциации электролита? Чему равна степень диссоциации сильных электролитов?

2.В ряду электролитов NaOH, КОН, NH₄OH, H₂O, CH₃COOH, H₂S, HNO₃, HC1 подчеркните те, диссоциация которых в водных растворах протекает обратимо.

3.Составьте уравнения электролитической диссоциации уксусной и сероводородной кислот (две ступени). Запишите выражения соответствующих констант диссоциации.

4.Вычислите ионную силу 0,05М раствора NaOH. Найдите активность иона ОН^- ( ) в этом растворе. Ответ: 0,05; 0,0425 моль/л.

5.Рассчитайте концентрацию ионов ОН^- в 0,05 М растворе NH₄OH.

Ответ: 9,4; 10^-4 моль/л.

6.Рассчитайте активность ионов ОН^- в растворе, если моль/л.

Ответ: 10 моль/л.

7.Активность ионов ОН^- в водном растворе равна 10^-3 моль/л. Вычислите рН раствора. Ответ: 11,0.

8.Рассчитайте рН 0,05 М водного раствора HNO₃ без учета ионной силы раствора. Ответ. 1,3.

9.Рассчитайте рН 0,005 М водного раствора КОН без учета ионной силы раствора. Ответ. 11,7.

10Найдите молярную концентрацию раствора НС1, рН которого 2,5 (считайте ) Ответ: 0,003 М.

11.Найдите молярную концентрацию раствора NaOH, pH которого 12 (считайте ) Ответ: 0,01 М.

12.Что называют разведением раствора? Какова размерность разведения?

13.Что является аргументом и функцией в законе разведения Оствальда?

14.Зная константу диссоциации гидроксида аммония NH₄OH. найдите: а) степень диссоциации; б) концентрацию ионов ОН^-; в) рН раствора, если концентрация раствора NH₄OH 0,01 моль/л. Ответ: 4,2%; 4,2·10^-4 моль/л; 10,62.

15.Учитывая только первую ступень диссоциации, вычислите водородный показатель среды 0,02М раствора Н₂СО₃. Ответ: 4,02.

16.Сколько миллилитров 0,5 н. раствора НС1 нужно взять для приготовления

100 мл 0,01 н. НС1? Ответ: 2 мл.