II. Получение зависимости удельной электропроводности от содержания слабого электролита в растворе

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Кафедра общей и физической химии

Лабораторная работа № 10

По дисциплине: Физическая химия

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

Выполнила: студентка гр. АПН-14 _____________ /Прохорова М. С. /

(подпись) ФИО

 

Оценка: __________

Дата: __________________

 

Проверила: ассистент кафедры ОФХ _____________ / Жадовский И. Т./

(подпись) ФИО

Цель работы: определить степень и константу диссоциации слабой кислоты путем измерения электропроводности раствора.

Оборудование и реактивы. Кондуктометр или кондуктометр – иономер; магнитная мешалка; химический стакан объемом 100 мл – 5 шт.; химический стакан объемом 50 мл – 1 шт.; химический стакан объемом 250 мл – 1 шт.; мерные колбы объемом 250 мл – 4 шт.; мерная пипетка объемом 50 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 10 мл – 1 шт.; бюретка для титрования объемом 25 мл – 1 шт.; гидроксид натрия – раствор (концентрация указана на емкости с реактивом); слабая кислота – СН₃СООН или НСООН – раствор

Сущность работы: электропроводность раствора электролита зависит от концентрации ионов в растворе и их подвижности. В растворах слабых электролитов концентрация ионов зависит от степени диссоциации. Получив зависимость электропроводности от концентрации электролита, вычисляют его степень диссоциации и константу диссоциации слабого электролита.

Содержание протокола лабораторной работы

1. Название слабого электролита – уксусная кислота

2. Химическая формула слабого электролита – CH₃COOH

2. Ориентировочное значение концентрации слабого электролита (указано на емкости с этим электролитом) С = 1 N

3. Концентрация раствора гидроксида натрия (титранта) С _NaOH =

Ход эксперимента

I. Анализ концентрации раствора слабой кислоты методом кондуктометрического титрования.

1. Получить от преподавателя раствор слабой кислоты.

2. Отобрать аликвоту 10 мл в химический стакан объемом 250 мл.

3. В бюретку залить раствор гидроксида натрия и «занулить» бюретку.

4. Поставить пробу на магнитную мешалку и поместить в раствор якорь магнитной мешалки.

5. Погрузить в стакан с пробой электрод кондуктометра.

6. Долить в стакан для титрования дистиллированную воду до закрытия щели электрода раствором.

7. Включить магнитную мешалку.

8. Зафиксировать показания кондуктометра.

9. Приливать гидроксид натрия из бюретки порциями по 0,5 мл, фиксируя после каждой порции щелочи значение электропроводности раствора.

10. Титрование продолжать до получения изменения хода зависимости удельной электропроводности от объема щелочи.

№	VNaOH	Удельная электропроводность χ
	0,5	1,359
		1,304
	1,5	1,248
		1,209
	2,5	1,195
		1,189
	3,5	1,186
		1,2
	4,5	1,223
		1,257
	5,5	1,299
…
	16,5	2,8

_{Таблица 1. Данные для построения кривой кондуктометрического титрования}

 

II. Получение зависимости удельной электропроводности от содержания слабого электролита в растворе

1. Приготовить серию из 4 последовательно разбавленных растворов слабого электролита:

1) мерной пипеткой объемом 50 мл отобрать исходный раствор, поместить его в мерную колбу № 1 на 250 мл, довести до метки дистиллированной водой; закрыть колбу пробкой и перемешать раствор, переворачивая колбе не менее 40 раз;

2) из колбы № 1 в колбу № 2 перенести при помощи мерной пипетки 50 мл раствора, довести объем в колбе № 2 дистиллированной водой до метки, закрыть колбу пробкой и перемешать раствор, переворачивая колбе не менее 40 раз;

3) повторить с колбами № 3 и № 4.

2. Пробы приготовленных и исходного растворов отобрать в маркированные химические стаканы объемом 100 мл.

3. Измерить удельную электропроводность приготовленных растворов слабой кислоты путем погружения электрода кондуктометра в стакан с раствором. Начинать измерения следует с самого разбавленного раствора. При погружении электрода в раствор необходимо следить за тем, чтобы щель электрода была полностью закрыта раствором. При переходе от одного раствора к другому электрод следует насухо протереть кусочком фильтровальной бумаги.

Электролит	Концентрация раствора,
	0,2	0,495
	0,04	0,134
	0,08	0,064
	0,016	0,0216

_{Таблица 2. Зависимость удельной электропроводности слабого электролита от его концентрации}

Обработка экспериментальных данных:

1. Вычислим эквивалентную электропроводность каждого раствора по формуле: и занесем полученные данные в таблицу:

Электролит	С, н
	0,0016	0,767	0,479375	2,086049	0,000767
	0,08	140,5	1,75625	0,569395	0,1405
	0,04			0,125	0,32
	0,2		3,645	0,274348	0,729

1. Построим график зависимости и найдем посредством экстраполяции зависимости на ось ординат ;

Из графика видно, что , откуда =0,480769231 .

1. Рассчитаем значение степени диссоциации по формуле: , получим:
2. Вычислим значение константы диссоциации по уравнению: , получим:
3. Вычислим : , тогда
4. Вычислим среднее квадратичное отклонение , где t – коэффициент Стьюдента. Для доверительной вероятности 0,95 и числе измерений n=5 t=2,57, получим:

Вывод: В растворе электролита каждый ион окружен ионной атмосферой. Заряд её противоположен по знаку заряду центрального иона. Движение ионной атмосферы в электрическом поле в сторону, противоположную движению центрального иона, вызывает электрофоретическое торможение. При движении иона нарушается сферическая симметрия его ионной атмосферы. Образование новой атмосферы и рассеивание старой требуют некоторого времени, которое называется временем релаксации. В результате впереди движущегося иона ионная атмосфера не успевает полностью рассеяться. Избыток противоположных зарядов позади иона вызывает так называемое релаксационное торможение. Чем выше концентрация раствора, тем значительнее эти эффекты, вызывающие уменьшение подвижности ионов и, соответственно, уменьшение эквивалентной проводимости электролитов.