Лабораторные

      Сопротивления R_M, R₁ и R₂ являются омическими, так что соотношению импедансов можно придать следующий вид: 

                              (2.29) 

      Обычно R_x > (1/iωС₁ + 1//iωС₂), поэтому Z_x = R_x и для расчетов можно пользоваться уравнением: 

      R_х= R_м·R₂ / R₁= R_м l₂ / l₁                                                (2.30) 

      

      Наличие емкостного сопротивления не позволяет свести к нулю силу тока в диагонали СD. Поэтому находят положение контакта С, при котором сила тока оказывается наименьшей. Это отвечает, например, минимальной амплитуде синусоиды на экране осциллографа.

      При точных измерениях емкостные сопротивления компенсируют с помощью дополнительного конденсатора переменной емкости, включенного в ветвь постоянного сопротивления 6 (см. рис. 8).

      Для измерения электрической проводимости растворов используют ячейки либо с прочно закрепленными платиновыми электродами (рис. 10), либо с электродами, погруженными в ячейку на время работы.

        

      Для получения точных и воспроизводимых измерений электро-

ды платинируют (электролитическим путем наносят на их поверхность платину, см. приложение 1). Площадь электродов и расстояние между ними подбирают в зависимости от значения измеряемого сопротивления. Чем больше сопротивление (меньше электрическая проводимость), тем большую поверхность должны иметь электроды и тем меньше должно быть расстояние между ними.

      

      Если  бы в переносе тока принимали участие только ионы, находящиеся в растворе между электродами с площадью 1 см² и расстояние между электродами было бы равно 1 см, то измеряемая электрическая проводимость была бы удельной. В действительности же ток

проводят не только ионы, заключенные в объеме между электродами (рис. 11). Поэтому удельная электрическая проводимость даже при l = 1 см и S = 1 см ² не равна электрической проводимости Ω, а лишь пропорциональна ей: 

      æ = k Ω = k / R                   (2.31) 

Коэффициент пропорциональности k (м^–1) называют постоянной ячейки, ее значение зависит от отношения l/S [см. уравнение (2.2)] и фактора f геометрии электродной системы. Чтобы найти значение константы ячейки измеряют сопротивление R стандартных растворов электролитов, чаще всего KCl или NaCl с известной электрической проводимостью при нескольких концентрациях (таблица 1)

      Таблица 1. 

Удельная электропроводность водных растворов хлористого калия, Ом∙см^–1 

 

     Растворы, как для определения константы ячейки, так и для измерения электрической проводимости, следует готовить посредством последовательного разбавления. Например, если для измерений необходимы растворы с концентрацией 0,1; 0,05; 0,01; 0,001 М, то следует приготовить самый концентрированный раствор 0,1 М, а из него – 0,05 М (разбавив вдвое раствор 0,01М), из раствора 0,05 М следует приготовить 0,01 М раствор и т. д. При таком способе приготовления растворов отмеряемые объемы достаточно велики и ошибка при разбавлении существенно уменьшается.

     Ячейку для измерения проводимости ополаскивают дистиллированной водой и 2–3 раза исследуемым раствором. Затем наливают такое количество раствора, чтобы уровень жидкости превышал на     3–5 мм верхний край электродов. При всех измерениях объем жидкости в сосуде должен быть одним и тем же, поэтому наполнять сосуд следует с помощью пипетки. Сосуд с раствором помещают в термостат и выдерживают 10–15 мин.

     Общее сопротивление раствора внутри сосуда должно быть не менее 1 000 и не более 5 000 Ом, так как иначе возникнут затруднения, связанные с поляризацией электрода.

     Так как электропроводность растворов  меняется в больших пределах, то и сосуды для разных электролитов используют разные. Для растворов с большой электропроводностью могут применяться электроды небольшой площади, достаточно далеко отстоящие друг от друга (рис. 10). При низкой проводимости растворов необходимо использовать сосуд с электродами большей площади, максимально приближенными друг к другу. 
 

 

Лабораторная работа №4 

     ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ РАСТВОРОВ

     ЭЛЕКТРОЛИТОВ РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ 

     Цель  работы: установление зависимости удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации электролита.

     Оборудование: мосты переменного тока (Р 5021, Р 568, Р 5058) в комплект с генераторами частоты и нульиндикатороами, или кондуктометры ЕС 214, ЕС 215, термостат, посуда для приготовления растворов, ячейка для измерения электропроводимости.

     Вариант 1. Зависимость удельной электропроводности водных растворов HCl, NaOH, HNO₃,CH₃COOH при 25^оС от концентрации. Измерение электропроводимости растворов проводят при изменении концентрации в пределах 1–7 кмоль экв/м³.

     Вариант 2. Взаимное влияние двух электролитов на электропроводность растворов. Измеряют электропроводность растворов H₂SO₄ и CuSO₄ концентрацией 0,5; 1,0; 1,25; 1,5 моль экв/дм³, а затем их эквивалентных смесей в соотношении 1:1 при 50 ± 2^о С.

     Вариант 3. Влияние концентрации электролита на эквивалентную электропроводность, определение предельной электропроводности. Измеряют электропроводность HCl, NaCl, CH₃COOH, CH₃COONa при концентрациях 0,004; 0,002; 0,001; 0,0005 кмоль экв/м³ и температуре 25 ± 2 ^оС.

     После окончания опытов первого варианта строят график          æ = f(с) и объясняют полученную зависимость. Во втором варианте необходимо дать объяснение причин отклонения æ от свойства аддитивности. Данные третьего варианта выражают графически в координатах λ – и экстраполируя полученные прямые до с = 0 находят предельные значения λ₀ для растворов HCl, NaCl, CH₃COONa. Величину λ_{0, CH3COOH} необходимо найти, используя закон независимого движения ионов Кольрауша.  

 

Лабораторная работа №5 

     ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

     ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ  ЭЛЕКТРОЛИТОВ 

     Электропроводность  электролитов (проводников II рода) с ростом температуры изменяется по закону: 

     æ_t = æ₂₅[1 + α(t – 25)],                            (2.32) 

где α – температурный коэффициент электропроводимости, К^–1.

     Величина  температурного коэффициента α для кислот изменяется в интервале 0,01–0,015, для щелочей 0,016–0,020, для солей    0,02–0,025.

     Цель  работы: определение температурных коэффициентов электропроводности растворов сильных электролитов в различных температурных интервалах.

     Оборудование: мост переменного тока Р 5021 в комплекте с генератором сигналов Г3–33 и нуль-индикатором переменного тока      Ф 582 или кондуктометр ЕС 214, ЕС 215, термостат, посуда для приготовления растворов, ячейка для измерения электропроводимости.

     Для опытов используют растворы H₂SO₄, KCl, NaOH, ZnSO₄ концентрацией 0,5–1,0 моль экв/дм³ в интервале температур от 20 до 60^о С.

     Исследуемый раствор заливают в ячейку для измерения электропроводимости, ячейку термостатируют при 25 ^оС в течение 10–15 минут, после чего замеряют сопротивление раствора с помощью моста переменного тока или кондуктометра. Далее повышают температуру на 5–10 ^оС и снова замеряют сопротивление раствора. Таким же образом измеряют сопротивление раствора при 45, 55 и 65 ^оС или при других температурах, заданных преподавателем. Полученные экспериментальные и расчетные данные заносят в таблицу: 

      

     На  основании полученных данных по формуле 

     

 

вычисляют средний температурный коэффициент электропроводимости для каждого температурного интервала. 

 

Лабораторная работа № 6 

     ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И  ПРОИЗВЕДЕНИЯ

     РАСТВОРИМОСТИ ТРУДНОРАСТВОРИМОЙ  СОЛИ 

     Произведение  растворимости – это произведение активностей ионов труднорастворимых солей. При отсутствии в растворе посторонних солей произведение активностей можно заменить произведением концентраций.

     Для соли M_ν+A_ν– произведение растворимости: 

       = ≈                    (2.33) 

     Для определения произведения растворимости  труднорастворимой соли путём измерения электрической проводимости нужно взять дважды перегнанную воду с < 2 · 10^–6 См · см^–1. Перед измерениями воду надо кипятить для удаления CO₂, пока не выкипит около одной трети объёма.

     После кипячения воду охлаждают, закрыв колбу пробкой, в которую вставлена трубка с натронной известью (смесь гидроксида кальция с небольшим количеством гидроксида натрия) для поглощения CO₂. Исследуемую соль тщательно очищают от примесей: для этого её растирают в небольшом количестве воды, предварительно очищенной описанным выше способом, а потом несколько раз промывают посредством декантации. Затем соль помещают в сосуд, заливают водой, вводят индикаторные электроды и пропускают инертный газ (азот, аргон) во избежание поглощения CO₂ из воздуха. Измеряют сопротивление раствора и вычисляют удельную электрическую проводимость по уравнению (2.31): 

æ = kΩ = k /R. 

     В приготовленном растворе труднорастворимой  соли концентрация ионов столь незначительна, что молярная электрическая проводимость раствора практически такая же, как и при бесконечном разведении. На основании этого можно записать (см. уравнения 2.14 – 2.16):