Электропроводность растворов электролитов (1092272)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1. Введение к работе

Сопротивление раствора электролита определяется соотношением:

где R – сопротивление в омах; l – длина столбика раствора, заключенного между электродами, в сантиметрах; S – поперечное сечение столбика раствора в квадратных сантиметрах; æ – удельная электропроводность раствора.

Удельная электропроводность раствора (æ), являющаяся электропроводностью куба с ребром в 1 см, может быть рассчитана из соотношения:

æ (1)

Для характеристики раствора электролита, кроме удельной электропроводности, большое значение имеет так называемая эквивалентная электропроводность (λ), связанная с удельной электропроводностью соотношением:

(2)

где С – концентрация электролита, выраженная в г-эквивалентах на 1 литр раствора.

Эквивалентная электропроводность раствора вычисляется из удельной по уравнению (2). Для вычисления удельной электропроводности по уравнению 1 необходимо опытным путем найти сопротивление R и отношение l/S, которое зависит лишь от размеров и формы электродов и их относительного расположения, но не от природы электролита и его концентрации, т.е. является константой сосуда, в котором производятся измерения.

Для определения R исследуемый раствор наливают в сосуд, снабженный двумя платиновыми электродами. Измерение сопротивления R слоя электролита, заключенного между электродами, осуществляется путем сравнения этого неизвестного сопротивления с известным по методу Уитстона. Схема установки показана на рисунке.

Здесь АВ – проволока равномерного сечения, натянутая на метровую шкалу с делениями в й1 см, или намотанная на барабан с приспособлением для отсчета; П – источник переменного тока высокой частоты; R_х - неизвестное сопротивление; R_э – известное сопротивление; l₁ ·l₂ - длина отрезков (АС) и (СВ), пропорциональные их сопротивлениям; J- нулевой инструмент, позволяющий обнаружить отсутствие или наличие тока в ветви (ДС); С – скользящий контакт.

Изменяя сопротивление (R_э ) и передвигая контакт (С), находят для него такое положение, при котором нулевой инструмент покажет отсутствие тока. Этому положению контакта соответствует равенство отношений R_х /R_э и l₁ /l₂ , т. е. В ветви (ДС) не будет проходить ток, если выполняется равенство:

(3)

Отсюда искомое сопротивление:

(4)

Величина отношения l/S, названная выше константой сосуда, определяется обычно косвенным путем, так как для жидких проводников длину проводника и его поперечное сечение можно измерить непосредственно только в том случае, когда плоские и гладкие электроды строго параллельны, одинаковы по величине и форме и закрывают весь просвет сосуда. Тогда длина проводника будет равна расстоянию между электродами, а поперечное сечение S - сечению сосуда. Во всех остальных случаях для определения величины l/S сосуд наполняют раствором, удельная электропроводность которого известна. Измеряют сопротивление раствора, как описано выше, и по уравнению (1) находят.

Зная константу сосуда, можно определить в нем удельную электропроводность любого электролита по уравнению (1).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ РАСТВОРА СЛОБОГО ЭЛЕКТРОЛИТА.

1. Введение.

Электролитами называются вещества, которые в растворенном состоянии (или в виде расплава) способны проводить электрический ток. Водные растворы большинства солей, некоторых кислот и оснований относятся к проводникам второго рода, в которых перенос электричества осуществляется заряженными частицами или ионами. В проводниках первого рода (металлы, графит) переносчиками электрического тока являются электроны.

Современная теория растворов основывается на представлениях С. Аррениуса о частичной диссоциации электролитов. Характеристикой раствора электролита является его степень диссоциации α, представляющая собой отношение числа молекул, распавшихся на ионы n в общему числу молекул по диссоциации N:

(1)

Процесс диссоциации электролитов является обратимым, так как находившиеся в растворе противоположено заряженные ионы могут вновь соединяться в молекулы. Для молекул, диссоциирующих на два иона:

(2)

где А^- и В⁺ - катион и анион, образовавшиеся при диссоциации молекулы АВ.

Состояние равновесия при диссоциации электролита характеризуется константой электрической диссоциации К_Д , связанной с концентрацией С катионов, анионов и молекул электролита соотношением:

(3)

Константа электрической диссоциации связана со степенью диссоциации и молярной концентрацией электролита С_М выражением, известным под названием закона разведения Оствальдо:

(4)

По способности к диссоциации электролиты разделяют на сильные и слабые. К сильным электролитам относят большинство солей, ряд кислот и и оснований. Степень диссоциации сильных электролитов близка к 1. У слабых электролитов степень диссоциации с оставляет 0,01-0,02. Поведение слабых электролитов в разбавленных растворах хорошо описывается теорией Арренжуса. Способность проводить электрический ток характеризуется величиной удельной электропроводности æ, которая обратна удельному сопротивлению проводника ρ.

æ (6)

При отношении l/S=1 удельная электропроводность раствора обратна его сопротивлению. Таким образом, удельная электропроводность 1мл раствора, заключенного между двумя параллельно расположенными пластинами с поверхностью 1см² и находящимися на расстоянии 1см.

Удельная электропроводность зависит от типа электролита, его концентрации и температуры.

В расчетах чаще используют понятие эквивалентной электропроводности, которая определяется как электропроводность раствора, содержащего 1-г-экв. электролита, заключенного между двумя параллельно расположенными пластинами на расстоянии 1см.

Эквивалентная электропроводность связана с удельной соотношением:

(7)

где С_Н – нормальная концентрация электролита, г-экв./л. Вместо концентрации используют понятие «разбавление»: V=1/ С_Н т. е. Величину объема электролита в котором растворен 1 г-экв. вещества

λ_v = æ·V·1000, ом^-1·см^2··экв.^-1 (8)

С ростом разбавления (уменьшения концентрации) эквивалентная электропроводность возрастает и достигает предельного значения, которое называется эквивалентной электропроводностью при бесконечном разбавлении и обозначается λ_∞.

Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении равна сумме ионных электропроводностей катионов λ₊ и анионов λ_{- (}закон Кольрауша):

λ_∞ = λ₊ + λ_- (9)

Ионную электропроводность называют подвижностью иона, т. к. она пропорциональна абсолютной скорости движения ионов:ё

λ₊ = F·V₊ ; λ_- = F·V_- (10)

где F=96500 кул/число Фарадея/; V – скорость движения иона, см/сек.

Для слабых электролитов увеличение эквивалентной электропроводности с разбавлением связано с увеличением степени диссоциации электролита, что приводит к повышению числа ионов. При бесконечном разбавлении α=1, когда все молекулы диссоциированы полностью λ_v= λ_∞. В общем случае:

λ_v = α λ_∞ ; α = λ_v/ λ_∞. (11)

Уравнение (11) позволяет рассчитать константу диссоциации К_Д слабого электролита.

Подставив в уравнение (4) значение α = λ_v/ λ_∞., получим:

(12)

1. Аппаратура

Для определения электропроводности растворов используют реохордный мост Р-38. Принцип метода основан на сравнении сопротивления исследуемого раствора с известным сопротивление моста. Измерения проводят в стеклянной ячейке с параллельно расположенными платиновыми электродами, покрытыми платиновой чернью.

1. Определение электропроводности

Включить в сеть переменного тока и установить тумблер «питание» в положение «~». Через 1-2 мин. устанавливают стрелку гальванометра на отметку «О». При этом переключатель диапазонов сопротивлений должен находиться в положении «установка нуля». Затем в ячейку наливают исследуемый раствор, так чтобы платиновые электроды были полностью погружены в раствор, и провода ячейки присоединят к клемам R_Х расходного моста. С помощью переключателя диапазонов и реохорда добиваются нулевого положения стрелки гальванометра. Искомое сопротивление раствора определяют из соотношения:

R_Х = m·R (13)

где m – показания реохорда; R – положение переключателя диапазонов (1, 10, 100).

После измерения споласкивают платиновые электроды дистиллированной водой, а затем исследуемым раствором, электропроводность которого измеряют.

1. Определение постоянной сосуда

Практически трудно соблюсти условия, необходимые для непосредственного определения удельной электропроводности (равенство площадей поверхности электродов, расстояние между ними). Поэтому предварительно необходимо определить постоянную сосуда φ. Так как R=1/ρ·l/S, то заменив l/S=φ, получим:

φ = æ·R (14)

Постоянную сосуда определяют при помощи раствора, удельная электропроводность которого известна. В качестве такого раствора можно использовать 0,1Н раствор KНl, значения удельной электропроводности которого при различных температурах приведены в приложении. Определив сопротивление 0,1Н раствора KНl с помощью реохордного моста, можно расчитать постоянную сосуда по формуле (14).

• Экспериментально определенное значение сопротивления KНl=14,2 Ом

• Температура окружающей среды Т=22⁰ С

• Удельная электропроводность KНl при данной температруе æ = 0,002606

• Постоянная сосуда равна:

φ = æ·R = 0,002602·14,2 = 0,037

1. Определение электропроводности уксусной кислоты СН₃СООН

Измерение сопротивления уксусной кислоты приводят для следующих концентраций (г-экв./л) 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128, приготовленных разбавление 1Н раствора СН₃СООН (полученные данные приведены в таблице 1.)

На основе полученных результатов для каждой концентрации СН₃СООН рассчитано:

а) Удельная электропроводность:

æ = φ/R

æ₁= φ/R = 0,037/108 = 3,425·10^-4 Ом^-1см^-1

æ₂= φ/R = 0,037/160 = 2,312·10^-4 Ом^-1см^-1

æ₃= φ/R = 0,037/268 = 1,381·10^-4 Ом^-1см^-1

æ₄= φ/R = 0,037/305 = 1,213·10^-4 Ом^-1см^-1

æ₅= φ/R = 0,037/550 = 0,672·10^-4 Ом^-1см^-1

æ₆= φ/R = 0,037/1000 = 0,370·10^-4 Ом^-1см^-1

в) Эквивалентная электропроводность:

λ = æ 1000/C

λ₁ = 3,425·10^-4·4·10³ = 1,370

λ₂ = 2,312·10^-4·8·10³ = 1,849

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы