Работа № 5 электропроводность растворов слабых электролитов

Цель работы: определить величину постоянной сосуда; рассчитать степень и константу электролитической диссоциации уксусной кислоты методом измерения электропроводности.

Аппаратура и реактивы: реохордный мост P-38; сосуд для измерения электропроводности; 0,02 н раствор хлорида калия; 1 н раствор уксусной кислоты.

Так как электропроводность есть величина обратная сопротивлению, то ее определение практически сводится к определению сопротивления раствора. Для этого наиболее пригодным является метод, основанный на применении переменного тока по схеме моста Кольрауша (рис 4.3.).

Рис. 4.3. Схема моста для измерения электрической проводимости

Данная схема включает четыре сопротивления (одно из которых измеряемое R_x), источник напряжения И и нуль-инструмент Г. R₁, R₂, R₃ и R_x часто называют плечами моста. Если эти сопротивления выбраны произвольно, то при включении источника тока замыканием ключа К электрический ток пойдет не только через указанные сопротивления, но и через нуль-инструмент, поскольку потенциалы точек А и В в общем случае неодинаковы. Изменением значений R₁ – R_x можно достичь такого соотношения между сопротивлениями плечей моста, при котором потенциалы точек А и В окажутся одинаковыми и через нуль-инструмент ток проходить не будет.

Такое состояние моста достигается при соблюдении следующих условий:

(4.15)

В этом случае, если известны сопротивления R₁, R₂, и R₃ сбалансированного моста, то измеряемое сопротивление R_x легко рассчитать из равенства (4.15). На практике значения сопротивлений R₁ и R₂ подбираются постоянными (используются эталонные сопротивления), а R₃ – переменное. Тогда изменением сопротивления R₃ можно достичь условия, когда через нуль-инструмент не будет протекать ток. В результате, исходя из соотношения (4.15), значение подобранного сопротивления R₃ будет равно измеряемому сопротивлению R_x.

При измерении сопротивления растворов электролитов используют переменный ток, что позволяет снизить до минимума процесс электролиза и поляризацию электродов.

Согласно формулам (4.1) и (4.2), удельная электропроводность (κ) равна

(4.16)

Отношение усредненного пути движения ионов в растворе к площади их перемещения называют постоянной сосуда (Z). Величину Z нельзя найти простым измерением l и S, так как путь движения ионов в электродном пространстве трудно измерить из-за его сложности, а фактическая поверхность платинированных электродов больше геометрической поверхности. В связи с этим постоянную сосуда (Z) определяют измерением сопротивления стандартных растворов с точно известным значением удельной электропроводности (обычно используют растворы хлорида калия определенной концентрации).

Тогда

или в общем виде

(4.17)

Зная постоянную сосуда и сопротивление исследуемого раствора, рассчитывают удельную электропроводность по формуле

(4.18)

Методика проведения эксперимента. Подробная методика работы с реохордным мостом Р-38 приведена в описании к прибору.

1. Определение постоянной сосуда (Z). Для определения величины Z используют 0,02 н раствор хлорида калия, удельная электропроводность которого при 25 C равна 2,7710^1 Ом^1 м^1. В сосуд для измерения электропроводности наливают 240 мл раствора хлорида калия, опускают в него электроды, которые подключают к клеммам измерительного моста и измеряют сопротивление раствора KCl в соответствии с описанием к работе реохордного моста Р-38. Величину измеряемого сопротивления рассчитывают по формуле

(4.19)

где m  отсчет по шкале реохорда, R  сопротивление плеча сравнения.

Измерение сопротивления раствора хлорида калия повторяют три раза и вычисляют среднее значение. Полученные результаты записывают в табл. 4.1.

2. Определение сопротивления растворов уксусной кислоты. Путем разбавления исходного 1 н раствора уксусной кислоты готовят растворы следующих концентраций: 1/8 н, 1/16 н, 1/32 н, 1/64 н. Для приготовления 240 мл 1/8 н раствора кислоты необходимо взять 30 мл 1 н раствора уксусной кислоты и добавить 210 мл дистиллированной воды. Раствор кислоты с концентрацией 1/16 н готовят разбавлением 1/8 н раствора. Для этого к 120 мл 1/8 н раствора добавляют 120 мл дистиллированной воды. Аналогично готовят растворы кислоты с концентрациями 1/32 н и 1/64 н. Затем с помощью моста Р-38 измеряют сопротивление каждого раствора уксусной кислоты аналогично измерениям с раствором KCl. Объемы растворов, взятые для определения сопротивления, во всех опытах должны быть одинаковыми. Для каждого раствора проводят не менее трех измерений, после чего вычисляют R_x (ср). Экспериментальные данные заносят в табл. 4.1.

Таблица 4.1