Експериментальна частина 2 страница

Схема установки для компенсаційного методу подана на рисунку. Акумулятор АК замкнутий через дротину АВ, що натягується вздовж шкали реохорду довжиною 1 м. Дротина на всій довжині реохорда однорідна і має однаковий переріз, тому спад напруги на одиницю довжини теж однаковий і рівний , а спад напруги на всій довжині реохорда рівний:

,

(1)

де І – сила струму;

r – опір одиниці довжини дротини (питомий опір).

Якщо в коло назустріч акумуляторові ввімкнули елемент з невідомою ЕРС, то, переміщуючи повзунок С по лінійці АВ, можна знайти таке положення, при якому стрілка гальванометра Г стає на нуль.

Це відбувається внаслідок того, що ЕРС гальванічного елемента Е_х точно компенсується різницею потенціалів у межах між точками А і В. Якщо ця різниця потенціалів більша від ЕРС елемента, то стрілка галь-
ванометра відхиляється в одну сторону. Якщо ЕРС гальванічного елемента більша за різницю потенціалів на лінійці, то спостерігається відхилення стрілки гальванометра в протилежну сторону.

Необхідно знати ці два положення, потім зменшувати інтервал між ними до того часу, поки стрілка гальванометра прийме нульове положення.

Якщо гальванометр знаходиться в нульовому положенні, а повзунок на віддалі а_х, тоді

, а .

Із співвідношення

,

знаходимо

.

(2)

Але ЕРС акумулятора невідома і тим більше в процесі роботи вона може змінюватись. Тому перш ніж компенсувати Е_х, в електричне коло замість досліджуваного елементу включають нормальний елемент Вестона Е_N, ЕРС якого відома.

При компенсації Е_N і ЕРС акумулятора одержуємо певне положення контакта а_N, тоді

.

(3)

Із співвідношення

,

знаходимо

.

(4)

Підставивши рівняння (4) у рівняння (2), знаходимо Е_х ЕРС дослід-
жуваного елементу:

.

(5)

Експериментальна частина роботи виконується у наступному по-
рядку.

По наведеній схемі компенсують спочатку нормальний елемент Вес-
тона, потім мідно-цинковий елемент і тільки після цього каломельно-цинковий. З одержаних даних по формулі (5) розраховують ЕРС дослід-
жуваних елементів.

Із значення ЕРС каломельно-цинкового елементу розраховують по-
тенціал цинкового електроду. Потенціал каломельного електроду по від-
ношенню до цинкового буде позитивним. Значення його в залежності від температури подані на с. 51.

Величину потенціалу цинкового електроду обраховують, виходячи із співвідношення:

, звідси .

(6)

Результати досліду і розрахункові дані записуються в таблицю:

Елемент	Покази на лінійці	ЕРС	Електродний потенціал
Норм. елемент Вестона
			- ПZn/Zn^2+

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВОДНЕВОГО ПОКАЗНИКA ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ

Для роботи необхідно: потенціометр; акумулятор; нормальний еле-
мент Вестона; хінгідронно-каломельний елемент; гальванометр; провідни-
ки; хінгідрон; досліджувані розчини.

Для визначення рН за допомогою хінгідронного електроду користу-
ються хінгідронно-каломельним ланцюгом:

Вимірюють еРС цього ланцюга за допомогою потенціометра. рН розчину розраховують, виходячи з рівняння залежності потенціалу хін-
гідронного електроду від концентрації водневих іонів:

,

або

.

ЕРС хінгідронно-каломельного елементу набуває вигляду:

.

Підставляючи в це рівняння значення П_хін і П_кал, одержуємо:

.

Звідки дістаємо розрахункову формулу:

.

Значення нормального потенціалу хінгідронного електроду – П_Охін, потенціалу насиченого каломельного електроду – П_кал в залежності від температури, а також значення коефіцієнту беруть з таблиць, які знаходяться у кінці опису.

Для визначення еРС хінгідронно-каломельного елементу до відпо-
відних клем на потенціометрі приєднують: хінгідронно-каломельний еле-
мент, нормальний елемент Вестона, гальванометр і джерело струму. Не-
обхідно пам’ятати, що джерело струму при збиранні електричної схеми підключається останнім. Хінгідронний електрод готують таким чином.

У скляний посуд заливають досліджуваний розчин; туди ж додають хінгідрон до насичення.

Розчин старанно перемішують і опускають платиновий електрод. Приготовлений хінгідронний електрод з’єднують за допомогою солевих містків з каломельним.

Компенсаційна схема потенціометра.

Готовий хінгідронно-каломельний елемент приєднують до приладу, зображеному на рисунку.

Якщо вимірювання проводяться з хінгідронним електродом, то кало-
мельний електрод приєднується до клеми “мінус”, а з водневим – до “плюс”. Перед вимірюванням ЕРС хінгідронно-каломельного ланцюга спо-
чатку проводять наладку потенціометра по нормальному елементу. Для цього ручка вмикача ставиться в положення “НЗ”, а реостатами, вмонто-
ваними в лівій частині приладу, підбирають опір, починаючи з грубої наводки і кінчаючи більш плавною до тих пір, поки стрілка гальванометра покаже відсутність струму. Потім починають визначення ЕРС дослід-
жуваного елементу. Для цього ручку вмикача ставлять в положення “Х” і реостатами, вмонтованими в правій частині приладу (починаючи з ручки 0,1 і закінчуючи 0,001 В), підбирають такий опір, при якому стрілка галь-
ванометра покаже відсутність струму, тобто стане на нуль.

Cумарне значення показів кожного реостату відповідає значенню ЕРС хінгідронно-каломельного елемента. Маючи значення ЕРС хінгідронно-каломельного електрода, по розрахунковій формулі вираховують величину водневого показника.

Результати досліду записують у табл. 1.

Таблиця 1

Дослід. р-н	Покази потенціо-метра, В	ПОхін, В	Пкал, В		рН

Значення потенціалу насиченого каломельного електроду при різних температурах наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Темпера- тура, К	Потен-ціал, В	Темпера- тура, К	Потен-ціал, В	Темпера-тура, К	Потен-ціал, В
	0,32		0,2517		0,2425
	0,2525		0,2509		0,2488
	0,2517		0,2503		0,2458

Значення потенціалу нормального хінгідронного електроду при температурі від 281 до 301 К наведені в табл. 3.

Таблиця 3

Температура, К	ПОхін, В	Температура, К	ПОхін, В
	0,6866		0,6948
	0,6874		0,6955
	0,6888		0,6970
	0,6896		0,6977
	0,6903		0,6985
	0,5911		0,6992
	0,6918		0,6999
	0,6925		0,7007
	0,6933		0,7011
	0,6940		0,7022

Значення для різних температур наведені в табл. 4.

Таблиця 4

Т, К		Т, К
	0,0561		0,0583
	0,0563		0,0585
	0,0565		0,0587
	0,0567		0,0589
	0,0569		0,0591
	0,0571		0,0593
	0,0573		0,0595
	0,0575		0,0597
	0,0577		0,0599
	0,0579		0,0601
	0,0581	–	–

3. ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ рН, РОЗРАХУНОК

КОНСТАНТИ ДИСОЦІАЦІЇ СЛАБКОЇ КИСЛОТИ

Потенціометричний метод визначення рН розчину слабкої кислоти дає можливість розрахувати константу дисоціації. Якщо для досліду взяти слабку кислоту , то відомий математичний вираз закону розведення Оствальда:

можна замінити рівністю: ,

де К – константа дисоціації кислоти;

a – ступінь дисоціації;

с(х) – молярна концентрація кислоти.

Молярна концентрація йонів водню в розчині слабкої кислоти зв’я-
зана з ступінню дисоціації і константою дисоціації відношенням:

.

Логарифмуючи рівність , одержуємо

.

Звідси .

Виконання роботи полягає у визначенні рН розчину слабкої кислоти з відомою молярною концентрацією. Для вимірювань рекомендується брати розчини з молярною концентрацією від 0,01 моль/л до 0,5 моль/л.

У хімічний стаканчик об’ємом 50 мл наливають 20–30 мл дослід-
жуваного розчину слабкої кислоти. У розчин обережно занурюють елек-
троди, щоб кулька скляного електроду повністю знаходилася у розчині. Вимірюють рН розчину за допомогою рН-метра і розраховують рК за формулою .

Потім за допомогою таблиці антилогарифмів визначають константу дисоціації. Порівняти одержану величину з табличною. Визначити абсо-лютну і відносну похибку.

ІХ. ХІМІЧНА КІНЕТИКА І КАТАЛІЗ

1. ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ РОЗКЛАДУ

ТІОСУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ

Для роботи необхідно: 0,1 моль/л розчин ; 1 моль/л ; штатив з пробірками; бюретка; секундомір.

Тіосульфатна кислота утворюється при взаємодії тіосульфату натрію з сульфатною кислотою:

Реакція протікає дуже швидко. Розклад тіосульфатної кислоти проходить відносно повільніше:

Дослід 1. Залежність швидкості розкладу тіосульфатної кислоти від її молярної концентрації

У три пробірки наливають із бюреток розчин з молярною концентрацією с₁ = 0,1 моль/л і дистильовану воду в об’ємах, що вказані в табл. 1. У другі три пробірки наливають із бюреток по 0,005 л розчину (с( )= 1моль/л). Зливають попарно приготовлені розчини і , перемішують і відмічають за секундоміром час (t) від моменту зливу розчинів до помутніння у результаті появи осаду сірки.

Молярну концентрацію тіосульфату натрію с₂() і початкову молярну концентрацію тіосірчастої кислоти с( ) у приготовлених сумішах розраховують за формулою:

,

де V() – об’єм розчину тіосульфату натрію, який додали, л;

V_{(суміші)} – об’єм суміші, що досліджується, л.

Таблиця 1

№ досліду	Об’єми розчинів, 10^-3м^3	с(H2S2O3) у суміші, що досліджується, кмоль/м^3	t, с
Na2S2O3	Н2О	H2SO4
1.	0,001	0,004	0,005	0,01
2.	0,003	0,002	0,005	0,03
3.	0,005	0,000	0,005	0,05

Роблять висновки про вплив молярної концентрації тіосірчастої кислоти на швидкість протікання реакції, порівнюючи час від моменту зливання розчинів до помутніння у результаті появи осаду сірки.

Дослід 2. Залежність швидкості розкладу тіосульфатної кислоти

від температури

У три пробірки наливають по 0,005 л розчину з молярною кон-
центрацією с() =0,1 моль/л, у три інші – по 0,005 л розчину з с( ) = 1моль/л. Поміщають усі пробірки у стакан з водою і через
5 хвилин, вимірявши температуру води у стакані, зливають вміст однієї пари пробірок з розчинами і , відмічають час t від моменту злива розчинів до помутніння у результаті появи осаду сірки. Потім приливають у стакан трохи гарячої води, щоб температура збільшилась приблизно на 10 К. Витримують розчини при цій температурі 5 хвилин і зливають вміст другої пари пробірок із розчинами: і , відмічаючи час від моменту зливу розчинів до помутніння у результаті появи осаду сірки. Дослід з останньою парою пробірок проводять при температурі приблизно на 20 К вище початкової. Результати заносять у табл. 2.

Таблиця 2

№ дослідів	Температура, К	t, с
1.
2.
3.

Роблять висновок про вплив температури на швидкість хімічної реак-
ції, будуючи графік залежності .

2. КАТАЛІТИЧНИЙ ВПЛИВ ЙОНІВ ФЕРУМУ НА ШВИДКІСТЬ ОКИСЛЕННЯ ЙОДИСТОВОДНЕВОЇ КИСЛОТИ ПЕРСУЛЬФАТОМ АМОНІЮ

Для роботи необхідно: 0,5 моль/л розчини КІ, Н₂SO₄, СuSO₄, FeSO₄, (NH₄)₂S₂O₈; термостат; холодильник; дистильована вода; розчин крохмалю; конічні колби на 250 мл, піпетка.

Реакція окислення йодистоводневої кислоти персульфатом амонію можна описати рівнянням:

.

Ця реакція відбувається повільно. При наявності каталізатора – йонів міді і заліза – ця реакція істотно прискорюється.

У роботі експериментально визначають вплив йонів заліза і міді на швидкість окислення.

Дата добавления: 2015-05-24