Лабораторные

     Ход выполнения работы.

     Особенность проводимого экспериментального исследования – необходимость особо тщательного приготовления растворов для измерений. Общая концентрация металла в этих растворах не должна быть высокой, так как иначе коэффициенты активности не могут быть оценены достаточно точно. Следует выбирать концентраций растворов таким образом, чтобы их ионная сила не превышала 0,1. После этого приготовляют концентрированные растворы необходимых солей, например 0,1 моль/дм³ СuSО₄, 0,1 моль/ дм³ Nа₂С₂О₄,                  0,1 моль/ дм³ Nа₂SО₄. Обозначим исходные растворы соответственно 1, 2, 3.

     Концентрацию  исходного раствора сульфата меди устанавливают комплексонометрическим титрованием трилоном Б с индикатором мурексидом в среде аммиачного буфера.

     Затем исходные растворы смешивают таким образом, чтобы получить необходимую концентрацию. Например, чтобы получить 30 см³ раствора, содержащего, моль/дм³: 0,005 CuSO₄, 0,15 Nа₂С₂О₄, 0,015 Nа₂SО₄, нужно взять 2,5 см³ раствора 1 и 7,5 см³ раствора 2, добавить к ним 7,5 см³ раствора 3, смешать их в мерной колбе на 50 cм³, куда затем добавить дистиллированную воду до метки. Ионную силу полученного раствора определяют следующим образом. Учитывая, что концентрацией Сu²⁺ ионов в таком растворе можно пренебречь, легко подсчитать, что раствор будет содержать, моль/дм³: 0,005 Nа₂[Сu(C₂O₄)₂] + 0,005 Nа₂С₂О₄ + 0,020 Nа₂SО₄.

     Отсюда  ионная сила равна 

I = 1/2(0,005·4 + 0,005 2 + 0,005 4 + 0,005 2 + 0,002 2 + 0,002 4) = 0,09. 

При такой  ионной силе коэффициент активности двухвалентных ионов можно считать  примерно равным 0,46. Поэтому коэффициент в уравнении (5.26) γ = 0,46. Определив а_Сu²⁺ по потенциалу медного электрода в изучаемом растворе, подсчитывают К_нест. 

 

     Лабораторная  работа №13

     ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАНДАРТНОЙ ЭДС  ЦЕПИ БЕЗ ПЕРЕНОСА

     Цель  работы: определение экспериментальным путем стандартной ЭДС цепи без переноса, включающей цинковый и хлоридсеребряный электроды.

     Оборудование: хлоридсеребряный и цинковый электроды, реактивы, дистиллированная вода, цифровой вольтметр или иономер типа И-130, И-150.

     Общие положения

     Для используемой в данной работе электрохимической  цепи без переноса  

     

, 

значение ЭДС может быть рассчитано из соотношения:

     

 

     Поскольку , а , то выражение для ЭДС цепи можно представить в виде

,     или 

,  где .

     Значения  величин, входящих в левую часть  уравнения, определяются экспериментальным путем. Из правой части следует, что при разбавлении раствора, когда m → 0, γ_± → 1 и lnγ_± → 0, значение левой части должно стремиться к E⁰, т. е. к значению стандартной ЭДС рассматриваемой цепи.

     Порядок выполнения работы. Подготовленные соответствующим образом хлоридсеребряный и цинковый электроды помещают в двухэлектродную ячейку, в которую наливают раствор хлорида цинка заданной концентрации. При этом рабочая поверхность цинкового электрода должна составлять 1–2 см². Ячейку необходимо термостатировать при 25^оС. Перед началом измерений через раствор в течение 15–20 мин продувают инертный газ. Измерения выполняют, последовательно меняя растворы, причем от меньших концентраций к большим. Замеры разности потенциалов проводят до установления постоянного значения с точностью ± 0,1 мВ. Результаты измерений оформляют в виде таблицы:

     Далее строят график зависимости  от . Экстраполируя эту зависимость до с = 0, методом наименьших квадратов находят стандартную ЭДС исследуемой реакции. Полученное значение E⁰ сравнивают с табличными данными . 

     Лабораторная  работа №14 

     ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И ПРОИЗВЕДЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ЭДС 

     Метод измерения ЭДС может быть использован также для определения растворимости труднорастворимых соединений, для определения чисел переноса ионов, оценки коэффициентов активности в растворах электролитов и т. д.

     Цель  работы: определить растворимость и произведение растворимости хлорида серебра методом измерения ЭДС.

     Оборудование: серебряный и хлоридсеребряный электроды, реактивы, высокоомный вольтметр или иономер типа И-130, И-150.

     Общие положения. При определении значений ПР труднорастворимого соединения собирают цепь, в которой один из электродов построен как электрод второго рода, например 

     

. 

     Для такой цепи значение ЭДС определяется соотношением: 

     

, 

где – активность Сl^–-ионов в растворе KCl; – активность ионов серебра в растворе AgNO₃.

     Для значения ПР соотвествено может быть записано соотношение: 

     

. 

     Следовательно, для определения произведения растворимости  необходимо измерить ЭДС цепи и рассчитать, используя справочные данные, активность ионов серебра и хлор-ионов в растворе.

     Порядок выполнения работы.

     Для выполнения работы готовят 1М раствор нитрата калия, 0,1 и 0,01М растворы нитрата серебра и 0,1М раствор хлорида калия, насыщенный хлоридом серебра. В качестве электродов используют серебряные проволочки.

     В ходе выполнения работы измеряют ЭДС двух элементов 

     

 

     Поверхность серебряных электродов перед измерениями  целесообразно обновлять, осаждая слой серебра из роданистых или тиосульфатных электролитов.

     Измерив ЭДС элемента 1 и принимая коэффициент активности 0,01М раствора нитрата серебра равным 0,90, вычисляют коэффициент активности 0,1М раствора. Затем составляется элемент 2 и замеряется его ЭДС. Принимая коэффициент активности хлорид-ионов в   0,1 М растворе хлорида калия равным 0,77, рассчитывают произведение растворимости хлорида серебра и его растворимость.

     Аналогичным образом может быть определена растворимость  других труднорастворимых соединений.

 

      

      ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ  ОТЧЕТОВ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ 

     Выполнение  каждой лабораторной работы заканчивается  составлением отчета, который должен содержать следующие основные разделы.

Вначале отчета приводится название лабораторной работы, соответствующее приведенному в  практикуме. Вариант выполнения работы излагается в редакции, указанной преподавателем. Стиль изложения должен быть грамотным как с научно-технической, так и со стилистической стороны. Теоретический и экспериментальный материал должен быть изложен в доступной форме без сокращения слов, кроме общепринятых. Использованные в формулах или иных соотношениях буквенные и цифровые обозначения должны быть расшифрованы и объяснены. При использовании известных справочных данных в тексте отчета должна находиться ссылка на литературный источник, а сам источник приводиться в конце отчета в списке использованной литературы.

     Каждый  отчет должен состоять из следующих частей: цель работы, оборудование, теоретические исследования, методика эксперимента, экспериментальные результаты, обсуждение результатов, выводы, список использованной литературы.

     В разделе «Теоретические исследования»  должны быть изложены основные теоретические положения, относящиеся к теме выполняемой работы. Раздел должен содержать соответствующие математические соотношения, с помощью которых будут обработаны получаемые при выполнении работы данные и которые необходимы для объяснения или сопоставления полученных результатов. Целесообразно использовать при выполнении раздела материалы оригинальной научно-технической информации (монографии, статьи, материалы конференций), которую может указать перед подготовкой к выполнению работы преподаватель или находят самостоятельно студенты. Объем раздела не должен превышать 1-2 страницы.

       В «Методике эксперимента» приводятся  схемы экспериментальных ячеек и электрические схемы, применяемые при выполнении работы (в некоторых случаях схемы могут не полностью совпадать с приведенными в практикуме: используется иное оборудование, изменен способ измерения результатов и т.д.). При описании экспериментальной установки необходимо особо обратить внимание на устройство и работу тех частей, которые могут оказать влияние на точность и воспроизводимость получаемых результатов. При описании используемых приборов указывается их тип, класс точности, способ подключения в электрическую цепь, возможные ограничения в их использовании. В этом же разделе приводятся методики анализа растворов и веществ, указывается степень чистоты применяемых реактивов, допустимая точность анализа и поддержания задаваемых параметров. Далее описывается последовательность проведения эксперимента и возможные особенности: способ измерения величин, поддержания отдельных параметров процесса, периодичность снятия показаний, способ регистрации получаемых результатов.

     В «Экспериментальных результатах» приводятся данные, непосредственно определяемые в ходе эксперимента, а также рассчитываемые на основании полученных данных. При этом должны быть приведены все формы расчета с указанием начальных и конечных значений и размерностей используемых величин.

     Результаты  измерений должны предоставляться  в виде таблиц, не требующих дополнительных пояснений. Таблицы должны иметь заголовок, отражающий сущность приводимого в них цифрового материала, и нумероваться в пределах отчета арабскими цифрами. При выполнении серии параллельных опытов все данные должны быть приведены в таблице, из которых путем статистической обработки получают усредненную величину, используемую в расчетных формулах. При ссылке на таблицу в тексте указывают ее номер, например (табл. 2). Размерности числовых величин в головке таблицы приводят в сокращенном виде. Таблицу помещают после первого упоминания о ней в тексте. Если отчет содержит мало текста и много таблиц, можно помещать таблицы по порядку номеров в конце текста.

     Если  проводят ряд последовательных измерений  какой-либо величины в зависимости от изменения другой, то такие данные должны быть представлены в виде графика, полученного при компьютерной обработке экспериментального материала. На графики наносятся точки, полученные экспериментально. По точкам проводят линию, отражающую зависимость изучаемой величины как функцию переменного параметра. При графическом способе расчета величин, которые не определены непосредственно в ходе эксперимента, часто возникает необходимость в интерполяции, а иногда экстраполяции.

     Интерполяцией называется нахождение по аргументу  неизвестного значения функции, лежащего между известными. Чаще всего прибегают к линейной интерполяции, что допустимо, если известные значения функции близки между собой.

     Экстраполяцией  называется нахождение по аргументу  неизвестного значения функции, лежащего за пределами известных значений Экстраполяция – менее обоснована, чем интерполяция, так как на неизвестном участке характер зависимости может изменяться. В тех случаях, когда экстраполяции все же нельзя избежать, обычно прибегают к графическому экстраполированию. Это удобно в тех случаях, когда функциональная зависимость сложна и мало изучена. Иногда графическое выражение такой зависимости – вообще единственно возможный путь.

     Обычно  для того, чтобы получить наиболее удобный и простой график, рассматривают зависимость функции только от одной переменной, выбирая для остальных переменных одно постоянное значение. Для удобства чтения графика на осях координат следует в виде шкалы написать целые значения измеряемой величины.