Визначення середнього коефіцієнта активності іонів (іон водню та хлорид-іон) у розчині HCl
Вступ
Для визначення середнього коефіцієнта активності іонів у розчині HCl було зібрано гальванічний елемент, вільний від дифузійного потенціалу. Такою може бути клітина, що складається з хінгідронового електрода та електрода Ag/AgCl другого типу.
Ag, AgCl ½ HCl (aq) (a ±) ½ Q, QH 2, Pt
Реакції електродів:
лівий електрод: 2Ag + 2Cl - ® 2AgCl + 2e - -
правий електрод: Q + 2H 3 O + + 2e - ® QH 2 + 2 H 2 O
клітинна реакція: Q + 2Ag + 2H 3 O + + 2Cl - ® QH 2 + 2AgCl + 2 H 2 O
Позитивні заряди рухаються від лівого негативного електрода до правого, реакція довільна в напрямку стрілки, а електрорушійна сила (Е MF> 0) визначається різницею між потенціалами правого та лівого електродів. Е MF тут дорівнює потенціалу клітинної відповіді.
Потенціал реакції клітин процесу:
(1)
Про членів рівняння ми знаємо наступне:
(а) для чистих речовин діяльність вибирається такою, як одна,
,
в) оскільки розчин є hнг
І це не помітно змінюється у відповіді клітини,
,
Отже, рівняння (1) у новій формі:
,
або виражається як середній коефіцієнт активності та концентрація:
(2)
де c 0 = 1 цвіль -3. Це більше не позначено, але, звичайно, воно є c Поділіть на 0 на аргументи відповідних функцій.
У рівнянні (2) нам потрібно визначити стандартний потенціал реакції клітини та g ±, значення HCl.
Межовий закон Дебая Хюккеля дає гарне наближення до коефіцієнта активності середовища до концентрації 0,01 М:
(3)
У водних розчинах при 25 o C. THE = 1,172 (moldm -3) -1/2. ((THE = f (Т, e відн, d), Т = 298,15 К, e rel = 78,54, d(H 2 O) = 997,07 кг/м 3)
Іонна сила I становить:
,
отже Я 1/2 (HCl)
c 1/2, і так ln g ±, HCl = -1,172 × c 1/2 .
Замінити ln g ±, значення HCl у рівняння (2). Використовуючи значення R = 8,314 Дж/(K моль), F = 96485 C/моль, рівняння (2) модифікується наступним чином:
(4)
Якщо побудувати графік з рівняння (4) a Еклітина - 0,05138 × ln c залежить від концентрації HCl (c 1/2), ординатний розділ функції забезпечує стандартну електрорушійну силу клітини (стандартний потенціал реакції клітини) при 25 o C. Виходячи з рівняння (2), середній коефіцієнт активності:
(5)
Завдання
Визначення середнього коефіцієнта активності невідомої концентрації соляної кислоти та іонів розчину електроліту (іон водню та хлориду) Ag ¦ AgCl ¦ Розчин HCl ¦ електрод з електродвигуном з хінгідронним електродом. Використання електромагнітної сили гальванічного елемента, зібраного з різною концентрацією соляної кислоти в стандартному розчині з іншою концентрацією стандартної електрорушійної сили (потенціал реакції клітини) гальванічного елемента за допомогою граничної кривої Дебая-Хюккеля.
Виконання вимірювання
Розчини соляної кислоти зазначеної концентрації (див. Таблицю) готують з 0,1 М соляної кислоти у подвійно дистильованій воді за допомогою мірної колби на 100 см 3. З бюретки додають соляну кислоту. Вимірювання починають з найбільш концентрованого розчину, перед цим срібний електрод активують протягом 5 хвилин у 0,1 М розчині соляної кислоти (рекомендується проводити його між двома вимірами). Перед зміною розчину двічі промийте скляну камеру дистильованою водою, а потім наступним розчином. Промийте також корпус скляного крана та електроди. За допомогою скляної ложки перенесіть твердий хінгідрон у пробірку, відокремлену краном. Для якнайшвидшого насичення розчину змішуйте розчин у пробірці зі скляною ложкою протягом 1-2 хвилин. Досягнення рівноваги вказується на сталість величини електрорушійної сили, показаної цифровим рН-метром.
Складання основної комірки
Клітинка для вимірювання факторів активності
(1) комірка під електродом
(2) верхній контактний електрод комірки
(3) Pt-електрод для хінгідронного електрода
(4) Ag/AgCl електрод
THE kйpen в нижній частині посуду (1) заповнити досліджуваний розчин HCl. Квінгідронний електрод міститься в штифтовому електроді (2). За допомогою шліфувальної трубки нанесіть розчин на капілярну частину електрода (включаючи отвір для відводу). Верхня частина труби становить приблизно залийте розчин соляної кислоти, потім скляною ложкою додайте трохи твердого хінгідрону і змішайте розчин зі скляною ложкою для швидкого наповнення. Коли розчин насичується хінгідроном, що супроводжується лужно-зеленим забарвленням, платиновий електрод занурюється (3). Помістіть електрод Ag/AgCl у нижній посудину (4).
Електрорушійна сила клітин, як і клітин невідомої концентрації HCl, вимірюється після рівноваги (приблизно 5-10 хвилин) за допомогою рН-метра OP 211/1, і вольт дана в єдності.
Практичні поради щодо вимірювання
До розміщення в камері хлорид срібного електрода активували в 0,1 М HCl-3 HCl протягом п’яти хвилин.!
Почніть вимірювання з серії розчинів відомої концентрації.
Перед зміною розчину промийте камеру 2-кратним дистильованою водою.!
Переконайтеся, що в розчин занурена лише частина електрода Ag/AgCl. Під час тефлонового покриття спостерігається легкий контакт, місцевий елемент якого контактує з розчином кислоти, може фальсифікувати результати наших вимірювань.!
Дані:
Р. = 8,314 Дж моль -1 К -1
F = 96485 С моль -1
f (0,1 мольЧдм -3 HCl) = 0,936
Дані та графіки, що подаються:
1. Похідне з рівняння (2) Еклітина - 0,05138 × ln c проти. c 1/2 (корінь концентрації HCl) та лінія, припасована до точок (графік для визначення стандартного потенціалу клітинної реакції). Залиште моменти на основі обговорення з керівником практики!
2. Е клітина проти ln c Графік HCl, рівняння лінії, прикріпленої до крапок, з якої розраховується концентрація розчину соляної кислоти невідомої концентрації.
3. і 95% довірчий інтервал.
4. З функції, наведеної в пункті 1, обчисліть середній коефіцієнт активності кожного з наших п’яти рішень.
5. Розраховано на основі пункту 4 та теорії Дебая-Хюккеля g ± проти. c Графік HCl.