Экспериментальная часть

Цель работы: установить ПР, ΔН, ΔG и ΔS труднорастворимой соли.

Для определения электропроводности раствора труднорастворимой соли используют кондуктометр. Насыщенный раствор труднорастворимой соли готовят следующим образом. Небольшое количество соли растереть в ступке, поместить в коническуюд колбу с притертой пробкой и два-три раза промыть дистиллированной водой для удаления легкорастворимых примесей. Отмытую соль залить водой (100 мл) и, плотно закрыв колбу пробкой, непрерывно взбалтывать в течение 20 минут. Полученную суспензию отфильтровать через стеклянный фильтр, а осадок использовать для приготовления насыщенного раствора. Приготовить еще такой же насыщенный раствор, и полученную суспензию профильтровать через осадок, специально нанесенный на фильтр. Такое фильтрование предупреждает образование пересыщенного раствора труднорастворимой соли. Раствор слить в сосуд для измерения электропроводности, который погрузить в термостат с температурой 30, 35, 40, 45 ⁰С, и после установить температуры раствора измерить удельную проводимость раствора.

Таким образом, экспериментальная часть работы включает:

1. Приготовление насыщенного раствора труднорастворимой соли при температурах 30, 35, 40, 45 ⁰С.

2. Изменение χ_р исследуемого раствора при этих же температурах.

Далее выполняют следующие расчеты:

1. Вычисляют молярную проводимость исследуемого раствора при бесконечном разбавлении по уравнению (3.12) при нужных температурах.

2. По уравнению (3.11) определяют растворимость соли, а по уравнению (3.4) находят ПР_Т для трех температур.

3. Строят график в координатах ln ПР_Т – 1/Т и по уравнению (3.7) рассчитывают дифференциальную теплоту (ΔН) растворения соли.

4. Далее, используя уравнения (3.9) и (3.10), находят ΔG⁰ и ΔS⁰.

5. Рассчитанные термодинамические функции в таблицу.

По итогам исследований вычисляют абсолютную и относительную ошибки. Следует знать, что для перевода удельной электропроводности в систему единиц СИ нужно умножить ее на 10². Чтобы перевести эквивалентную электропроводность и мольную, нужно разделить ее на 10⁴ и умножить на зарядовое число молекул.

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение зависимости растворимости ионизированной соли от температуры.

2. Что такое удельная и эквивалентная электропроводности раствора соли?

3. Как можно рассчитывать дифференциальную теплоту растворения соли?

4. Как устанавливается постоянная измерительной ячейки?

5. Напишите уравнения для расчета ΔН⁰, ΔG⁰, ΔS⁰.

Работа 4 определение стандартного окислительно-восстановительного потенциала

Методом электродвижущих сил (ЭДС) можно определить произведение растворимости труднорастворимых солей, числа переноса, коэффициенты активности, константы нестойкости комплексных ионов, стандартные электродные потенциалы. Он является основой потенциометрического титрования, применение которого позволяет решить целый круг аналитических задач.

Сущность метода ЭДС состоит в измерении электродвижущей силы гальванического элемента. При этом в зависимости от решаемой задачи конструируется тот или иной гальванический элемент.

В случае необходимости определения стандартного потенциала собирается гальваническая цепь из электрода сравнения и индикаторного электрода, на которых протекает интересующая нас реакция. При работе гальванического элемента в условиях, близких к равновесию, максимальная полезная работа химической реакции равна убыли свободной энергии Гиббса.

А_max = - ΔG⁰ = RT ln K_a – RT ln . (4.1)

Электрическая работа, совершаемая гальваническим элементом за счет протекающей реакции, связана с величиной ЭДС уравнением:

A_max = nFE = - ΔG. (4.2)

Используя уравнения (4.1) и (4.2), запишем выражение для ЭДС гальванического элемента:

E = - = ln K_a - ln . (4.3)

Обозначив через Е⁰ ЭДС элемента в стандартных условиях, то есть при активности всех ионов, участвующих в реакции и равных единице, получим:

E = - ln K_a . (4.4)

После преобразования

E = E⁰ – lg . (4.5)

Разновидностью химических элементов являются окислительно-восстановительные элементы, которые состоят из двух окислительно-восстановительных элементов. Окислительно-восстановительный электрод представляет собой инертный метал (Pt, Au и др.), погруженный в раствор с определенной концентрацией окисленной и восстановленной форм одного и того же вещества. В качестве примера окислительно-восстановительных электродов можно привести следующий гальванический элемент:

Pt│Sn⁴⁺, Sn²⁺││Fe³⁺, Fe²⁺│Pt.

Электродный процесс представляет собой окислительно-восстановительную реакцию между ионами:

Me^z1+ - (z₂ – z₁)e^- →Me ^z2+.

Потенциал такого электрода выражается уравнением:

E_O/B = E⁰_O/B + lg . (4.6)

Но поскольку активность ионов в растворе есть произведение его концентрации на коэффициент активности a_i = γ_im_i , то уравнение (4.6) после некоторого преобразования можно привести к виду:

E_O/B – lg = E_O/B + lg . (4.7)

По теории сильных электролитов Дебая – Хюккеля:

lg γ_i = - Az_i² √I ; (4.8)

где I – ионная сила раствора I = ∑ m_i z_i² ;

А = 0,509;

M – молярность раствора.

Используя приведенные уравнения, отношение логарифма коэффициентов активности ионов можно представить:

lg =A( z₂² – z₁²)√I . (4.9)

Тогда уравнение (4.7) можно записать в окончательном виде:

E_O/B – lg = E_O/B + A (z₂² – z₁²) √I. (4.10)

Левая часть уравнения (4.10), обозначим ее через φ(I), содержит величины, которые легко установить экспериментально. Формально можно допустить, что φ(I) является функцией от ионной силы раствора √I. Если построить график в координатах φ(I)- √I ,то значение φ(I) при нулевой ионной силе можно определить графически по отрезку, отсекаемому на оси ординат экстраполированной прямой (рисунок 3).Оно будет равно величине E⁰_O/B стандартного окислительно-восстановительного потенциала системы.