Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «основы теоретической электрохимии»


Скачать 499.99 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «основы теоретической электрохимии»
страница1/3
Дата публикации07.02.2014
Размер499.99 Kb.
ТипМетодические указания
referatdb.ru > Химия > Методические указания
  1   2   3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям по дисциплине

«ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИИ»
для студентов по специальности

5В072000 – «Химическая технология неорганических веществ»


Семей

2013
Предисловие
1. РАЗРАБОТАНО

СОСТАВИТЕЛЬ ______ « ____» ______ 20__ ж. Ж.Т. Лебаева,
аға оқытушысы, кафедрасы «Химия»
2. ОБСУЖДЕНО

2.1 На заседании кафедры «Химия»

« ____» _______________20__ж., протокол №_____

күні

Заведующий кафедрой ________ Б.Х Мусабаева

қолы

Предметом теоретические основы электрохимии является объяснение химических явлений на основе общих законов физики

Объектами теоретические основы электрохимии являются любые системы, в которых могут протекать химические превращения, изучает и объясняет основные закономерности, определяющие направление химических процессов, скорость их протекания, влияние на них среды, примесей, излучения ит.д.

Теоретические основы электрохимии являются одним из дисциплин которые полагают основание для изучения специальных предметов.

Теоретические основы электрохимии изучает особенности свойств растворов электролитов, явления электропроводности, электролиза, коррозии, работу гальванических элементов.



Содержание











стр.

1

«Равновесие в растворах электролитов. Электролитическая диссоциация». 2ч




2

«Электростатическая теория сильных электролитов» 1ч




3

«Неравновесные явления в растворах электролитов. Законы Фарадея» 1ч




4

«Электропроводность растворов электролитов» 1ч




5

Определение степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях. Лабораторная работа 1




6

Изучение скорости гидратации уксусного ангидрида

методом электропроводности. Лабораторная работа 2




7

Измерение электрической проводимости растворов. Определение константы кондуктометрической ячейки. Лабораторная работа 3




8

«Термодинамика электродного равновесия»




9

Измерение ЭДС элемента Якоби -Даниэля.Лабораторная работа 4




10

«Теории двойного электрического слоя»




11

Исследование зависимости эквивалентной электрической проводимости от концентрации и определение λ. Лабораторная работа 5




12

Электрохимические свойства окислительно – восстановительных систем. Лабораторная работа 6




13

13«Неравновесные электродные процессы»




14

14«Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в гальванических элементах» (лабораторная работа 7).





Практическое занятие 1. «Равновесие в растворах электролитов. Электролитическая диссоциация». 2ч

Цель занятия;

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме
Практическое занятие 2. «Электростатическая теория сильных электролитов». 1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме
Практическое занятие 3. «Неравновесные явления в растворах электролитов. Законы Фарадея». 1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме
Практическое занятие 4. «Электропроводность растворов электролитов».1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме
Практическое занятие 5. Определение степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях. Лабораторная работа 1

Цель занятия: определить степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях

Вопросы для допуска к лабораторной работе;

Методические рекомендации по проведению работ и обработке экспериментальных данных:

Теоретическая часть

Вещества, которые образуют растворы или расплавы с ионной проводимостью электрического тока, называют электролитами. Для электролитов характерно, что их растворы проводят электрический ток, но в меньшей степени, чем металлы. Кроме того, при прохождении электрического тока через раствор электролита происходят химические превращения (электролиз).

В основе теории электролитов Аррениуса (теории электролитической диссоциации) лежат три постулата:


1. При растворении в воде молекулы электролитов распадаются на положительные и отрицательные ионы.
2. Процесс диссоциации является обратимым, т.е. в растворе существует динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, например:


http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_45cf3793.gif


С разбавлением раствора равновесие сдвигается вправо.
3. Сумма положительных электрических зарядов катионов равна сумме отрицательных зарядов анионов. Кроме того, предполагается, что силы взаимодействия между ионами отсутствуют, и растворы электролитов ведут себя подобно идеальным газовым системам. Это положение в теории Аррениуса прямо не отражено, но оно лежит в основе всех ее количественных характеристик. Диссоциация молекул на ионы происходит частично и характеризуется степенью диссоциации α.


Степень диссоциации – это отношение числа распавшихся молекул к общему числу молекул, введенных в раствор. Степень диссоциации меняется от нуля (нет диссоциации) до единицы (полная диссоциация). Степень диссоциации зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от концентрации раствора и температуры.

Равновесие диссоциации электролита характеризуется константой диссоциацииКд уравнение (1). Например, для реакции:
http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_45cf3793.gif


http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_m1d4b2324.gif(1)

Существует три типа электролитов с точки зрения диссоциации:
Слабые – при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы.
Средние – электролиты, степень диссоциации которых меньше 30 %, но больше 2 %.

Сильные – такие электролиты, которые при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремиться к единице.

Молярной электропроводностью (λ) называется электропроводность такого объема раствора, в котором содержится 1 моль растворенного вещества, причем электроды расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Измеряется в См·см2·моль–1.

Согласно определению удельная и молярная электропроводности связаны соотношением


http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_48c13b4f.gif (2)

гдеhttp://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_33b489c7.gif- удельная электропроводность.

Для большинства электролитов с повышением температуры молярная электропроводность увеличивается, из-за возрастания подвижности ионов. С разбавлением раствора молярная электропроводность увеличивается и при достаточно большом разбавлении достигает максимума. Это объясняется тем, что у слабых электролитов по мере разбавления растет степень диссоциации, т. е. увеличивается число ионов; у сильных же увеличиваются расстояния между ионами, ослабляются силы взаимного притяжения между ними и, следовательно, увеличивается скорость движения ионов.

Разведение, при котором достигается максимальное значение молярной электропроводности, называется «бесконечным», а соответствующая ему электропроводность называется молярной электропроводностью при бесконечном разведении (λ0). Такое состояние характеризуется практически полной диссоциацией электролита (α = 1) и отсутствием сил электростатического взаимодействия между ионами. Подвижности ионов при этом достигают своих предельных значений, также как и величина молярной электропроводности раствора.

Для определения величины λ0 слабых электролитов пользуются расчетным методом, основанным на законе Кольрауша. Сущность последнего заключается в том, что подвижность ионов данного типа в бесконечно разбавленном растворе не зависит от природы других ионов, присутствующих в растворе. Это позволяет рассчитать λ0 слабого электролита суммированием значений подвижностей соответствующих ионов при бесконечном разбавлении.


http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_m38654546.gif

где λ0+, λ0 - – подвижности ионов. Их значения можно найти в справочниках.
Отношение молярной электропроводности растворов сильных электролитов при данной концентрации к предельной молярной электропроводности называется коэффициентом электропроводности (fλ) Эта величина характеризует межионное взаимодействие. Для слабых же электролитов отношение молярной электропроводности при данном разведении к предельной молярной электропроводности равно степени диссоциации электролита:

http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_m1efebbb2.gif(3)

Зависимость молярной проводимости растворов сильных электролитов от концентрации изучалась многими исследователями. Для разбавленных растворов Кольрауш предложил эмпирическое уравнение, называемое законом квадратного корня:

http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_m44d88f4a.gif(4)


где А – постоянная величина, зависящая от природы электролита.

Разбавленные растворы слабых электролитов близки по свойствам к идеальным растворам. Равновесие в таких растворах определяется константой диссоциации, которая может быть выражена через степень диссоциации:

http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_2e42a4d8.gif(5)

В случае растворов сильных электролитов уравнение (5) неприемлемо из-за сильного отклонения свойств таких растворов от свойств идеальных систем, в этом случае говорят о кажущейся степени диссоциации.

Электропроводность электролитов существенно зависит от температуры. С повышением температуры электропроводность растворов возрастает вследствие увеличения скорости движения ионов (уменьшения вязкости среды), следуя линейной зависимости:


http://ucheba.dlldat.com/tw_refs/28/27843/27843_html_m41ed798a.gif

где λt и λ18 – электропроводность при температуре t и 18°С, соответственно, а – температурный коэффициент электропроводности. Увеличение температуры на один градус приводит к возрастанию электропроводности на 2-2,5%.

Выполнение работы

Приборы и реактивы: ФЭК-М, плоскодонные колбы на 50 мл, мерные колбы на 500 мл и 1000мл, пипетки на 20 мл, 0,1 Н раствор хлороводородной кислоты, 0,1 М раствор уксусной кислоты, индикаторы: метиловый оранжевый и фенолфталеин.

Описание работы.

Предварительно строят по значениям оптических плотностей стандартных растворов калибровочный график.

Построение калибровочного графика

Готовят серию растворов (0,1,0,05, 0,025, 0,0125 и 0,00625М) уксусной кислоты. Измеряют оптическую плотность приготовленных растворов. Для измерения используют кювету длиной 1 см. результаты опыта заносят в таблицу:

Концентрация раствора С

Оптическая плотность D







По данным таблицы строят график зависимости D-f(C).

Затем готовят 0,1 М растворы хлороводородной и уксусной кислот и, титруя гидроксидом натрия в присутствии фенолфталеина , определяют их точную концентрацию. Из 0,1М раствора уксусной кислоты путем разбавления готовят 0,02, 0,015, 0,001 и 0,005М растворы.

Подготавливают фотоэлектроколориметр к работе.

Цвет индикаторов в разведенных растворах зависит главным образом от концентрации в этих растворах водородных ионов или гидроксид-ионов. Учитывая, что разбавленные сильные кислоты полностью диссоциированы, можно получить их растворы с любой желательной концентрацией водородных ионов. Окраску этих растворов при прибавлении подходящего индикатора можно сравнить, применяя один и тот же индикатор, с окраской раствора слабой кислоты, общая концентрация которой нам известна, но неизвестна концентрация ионов водорода.

Растворы сильной кислоты и исследуемой слабой кислоты одинаковых аналитических концентраций с раствором индикатора помещают в кюветы колориметра и измеряют оптическую плотность растворов.

Так же производят измерения со всеми исследуемыми растворами. Результаты записывают в таблицу:

Концентрация

кислоты, моль/л- С0

Оптическая плотность слабой кислоты D

Оптическая плотность сильной кислоты D0

СН+

а

К




















Степень диссоциации рассчитывают по формуле:

а=СН+0= D/ D0

Концентрация ионов в слабой кислоте может быть определена по формуле:

СН+=С D/ D0

Константу диссоциации рассчитывают по следующей формуле:

К=а2С

Зная концентрацию исследуемых растворов слабой кислоты, вычисляют степень диссоциации при всех разбавлениях.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Какой процесс называется электролитической диссоциацией?
2. Какие вещества называются электролитами?
3. Что называется молярной проводимостью?
4. От каких факторов зависит степень электролитической диссоциации ?
5. Какие электролиты относятся к сильным?
6. Закон Кольрауша.

7. Постулаты теории Аррениуса.
Практическое занятие 6. Изучение скорости гидратации уксусного ангидрида методом электропроводности. Лабораторная работа 2

Ц е л ь р а б о т ы: Определение средней константы аналитической и графической скорости

Р е а к т и в ы и п р и б о р ы: мостик Кольрауша, уксусный ангидриді (СН3СО)2 О, дист вода.

Вопросы для допуска к лабораторной работе

Методические рекомендации по проведению работ и обработке экспериментальных данных

^ Последовательность выполнения работы. После установки термостата на указанную температуру и проверки постоянства температурного режима (допустимые колебания температуры 0,1-0,2°) следует собрать схему для измерения электропроводности. При работе с мостиком для измерения емкостей и сопротивлений и включить прибор в сеть.

В 50-мл мерную колбу поместить 6 мл уксусного ангидрида и довести объем раствора дистиллированной (предварительно термостатированной) водой до метки. В момент начала растворения уксусного ангидрида включить секундомер и не выключать его до конца опыта (до установления постоянного значения электропроводности). Отметить по секундомеру время начала и конца растворения, (при приливании воды четко видна граница раздела двух жидких слоев, после взбалтывания наблюдается помутнение. Момент исчезновения мути принять за конец растворения). Среднее время принять за время начала реакции. Растворение проводить при энергичном перемешивании. Сосуд для измерения электропроводности, снабженный притертой крышкой, после двукратного промывания (ополаскивания) исследуемым раствором заполнить этим же раствором. Электроды должны быть погружены в раствор на 0,5—1 см ниже уровня раствора. Сосуд погрузить в термостат, в котором встряхивать его в течение 3 мин до установления постоянного температурного режима. Одновременно на магазине сопротивления мостика Кольрауша подобрать определенное постоянное сопротивление так, чтобы отсутствие тока на участке CD соответствовало положению движка С реохорда в середине шкалы. Все дальнейшие измерения выполнять, не меняя этого сопротивления.

Один из работающих измеряет электропроводность, другой следит за секундомером и записывает показания секундомера и реохорда.

Измерение электропроводности проводится тем чаще, чем выше температура опыта. Два-три измерения произвести через 30 сек, четыре-пять измерений — через 1 мин, два-три измерения — через 5 мин одно после другого, далее сделать измерения через 10 мин, через 1 ч и еще через 1 ч. Постоянство показаний реохорда указывает на конец реакции. Результаты измерений записать в таблицу по образцу.

Температура опыта _____, концентрация раствора __________, Rмаг_____


Таблица 1

Номер измерении

Время измерения по часам

Время от начала реакции, мин

аτ, мм

1000 - аτ, мм

Rτ, ом

1/Rτ, ом-1

1/R-1/Rτ

lg 1/R-1/Rτ

lg1/R-1/Rτ/

1/R-1/Rτ

k=2.3/τlg1/R-1/Rτ/

1/R-1/Rτ


































При обработке результатов измерений следует учитывать, что исследуемая реакция является реакцией первого порядка, поэтому расчеты вести по уравнению

кезінде k = 2,3/τ х lgС0А/ СА
Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы
  1   2   3

Похожие рефераты:

Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы теоретической электрохимии»
Учебно-методические материалы по дисциплине «Основы теоретической электрохимии»
Учебно-методический комплекс дисциплины «основы теоретической электрохимии»
Учебно-методические материалы по дисциплине «Основы теоретической электрохимии»
Программа дисциплины «Основы теоретической электрохимии» для преподавателя...
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно- методического совета университета
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине

Методические указания к лабораторным занятиям и кср при изучении специального курса
Альгология: метод указания к лабораторным занятиям и кср при изучении спецкурса / авт сост. А. К. Храмцов. – Минск : бгу, 2010. –...
Методические рекомендации и указания к лабораторным занятиям по дисциплине...
Титульный лист методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний
Методические рекомендации и указания к лабораторным занятиям по дисциплине...
Титульный лист методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине Судебная...
Эксперт своим заключением помогает следователю и суду выяснить обстоятельства дела, не вдаваясь при этом в их юридическую оценку
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «методы анализа пищевых продуктов»
Разработано преподавателями кафедры «Стандартизация и биотехнология» к т н. Сатиевой Б. Г., Бепеевой А. Е

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза