НҰСҚаулар 5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

пәннінен зертханалық жұмыстар үшін

мамандығында оқитын студенттер ушін

Семей

ҚҰРАСТЫРУШЫ ______ « ____» ______ 20__ ж. Ж.Т. Лебаева,

аға оқытушысы кафедрасы «Химия»
2. ТАЛҚЫЛАНДЫ

2.1 «Химия» кафедра отырысында

« ____» _______________20__ж., №_____ хаттама

күні

қолы

«Теориялық электрохимияның негізі» пәнінен әдістемелік құралы 5В072000-«Бейорганикалық заттарының химиялық технологиясы» мамандығының мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандартына сәйкес құрастырылған және қолдануға ұсынылады

Берілген әдістемелік құралы зертханалық сабақтарда студенттерді электрохимия құбылыстарымен, электродты процестерімен, жылдамдығын анықтауға және қажетті юағытқа қарай бұруға мүмкін жағдайларды зерттеп, химиялық процесстермен таныстырады.

МАЗҰНЫ

№ 1. Тақырып: «Электролит ерітінділеріндегі тепе-теңдік. Электролиздік диссоциация».

Электрлиттердің классикалық теориясын, электролит ерітінділеріндегі тепе-тең процестерді қарастыру.

1. Электролитикалық диссоциалану теориясы

2. Диссоциалану дәрежесі, диссоциалану константа

3. Активтілік, активтілік коэффициент. Ерітіндінің иондық күші.

4. Ерігіштік, ерігіштік көбейтіндісі.

Жаттығу. Есеп.

Задача 1.

Найти при 25°С константу равновесия реакции

Даны растворы KCl, NaNO₃, NaCl и KNO₃ с концентрацией по 0,01 моль/кг H₂O. Средние ионные коэффициенты активности электролитов первых трех растворов равны соответственно 0,9022; 0,9047; 0,9059. Рассчитайте средний ионный коэффициент активности KNO₃.

Вычислите растворимость CuCl при 298 К в воде и в 0,025 М растворе MgSO₄, если произведение растворимости (ПР) CuCl равно 3,2∙10⁻⁷ (моль/л)² и .

Вычислите произведение растворимости Ca(OH)₂ при 298 К. Растворимость гидроксида кальция составляет 0,155 г/100 г воды.

Вычислите кажущуюся константу ионизации муравьиной кислоты, ионная сила которой 0,01 моль/л при 298 К, предположив, что коэффициент активности недиссоциированной формы кислоты равен 1 (g_HA = 1). Термодинамическое значение константы ионизации равно 1,75∙10⁻⁴ моль/л.

Если константа диссоциации NH₄OH равна 1,8∙10^-5, то при какой концентрации степень ее диссоциации равна 0,01?

№ 2. Тақырып: «Күшті электролиттердің электростатикалық теориясы»

Сабақ мақсаты:

Күшті электролиттер теориясымен танысу.

Сабақтың мазмұны:

1. Дебай-Хюккель теориясының негізгі жайыттар. Ионды атмосфера туралы ұғым

2. Ионды атмосфера радиусы және осы шаманың физикалық мәні. Ионды атмосфера радиусының концентрацияға, температураға, иондар зарядына және диэлектрлік өткізгіштігіне тәулділігі.

3. Дебай-Хюккель теориясының теңдеуі және оларды қолдану шегі.

4. Иондар ассоциациясы. Ассоциациялану константа. Ионды жұбының молекуладан принципиалды ерекшелігі. Бьеррум теориясы.

Рассчитайте средний коэффициент активности ƒ_± 0,001 М раствора MgSO₄, если константа А в предельном законе Дебая-Гюккеля для водных растворов при 25^оС равна 0,509 (л/моль)^1/2∙K^3/2.

Определите ионную силу раствора Al₂(SO₄)₃, моляльная концентрация которого равна 0,2 моль/кг H₂O.

Вычислите активность электролита a_Э и среднюю ионную активность a_± ZnSO₄, если его концентрация в растворе 0,1 моль/л, а средний ионный коэффициент активности равен 0,148.

Ионная сила раствора KCl равна 0,2 моль/л. Какова его молярная концентрация? Какова должна быть молярная концентрация раствора BaCl₂ той же ионной силы?

Ионная сила pacтвоpa NаCl равна 0,2. Какова его моляльность? Какова должна быть моляльность раствора АlСl₃ той же ионной силы?

№ 3. Тақырып: «Электролит ерітінділеріндегі тепе-теңдік емес құбылыстар. Фарадей заңдары»

Сабақ мақсаты:

Электролиз процестерімен танысу.Фарадей заңдары.

Сабақтың мазмұны:

1. Өткізгіштіктердің жіктелуі және тұрақты электр тоғының I және II текті өткізгіштіктерден өтуі.

2. Электрохимиялық жүйелердің негігі түрлері және олардың құрам бөліктері. Катод және анод ұғымдарының анықтамасы.

3. Электрохимиялық жүйедегі (ячейке, цепи) тоғының бағыты.

4. Химиялық және электрохимиялық реакцияларының айырмашылығы.

5. Электролиз тотығу-тотықсыздану процесі ретінде қарасыру.

Написать уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата натрия с нерастворимым анодом. Укажите, какие вещества образуются в катодном и анодном пространствах.

Ом⁻¹∙см⁻¹.

Задача 2.

Гальванический элемент составлен из алюминиевого и никелевого электродов. Определите, какой из электродов Al|Al³⁺ или Ni|Ni²⁺ будет являться положительным и отрицательным полюсом элемента. Запишите уравнения электродных реакций.

Установить, в каком направлении возможно самопроизвольное протекание реакции

2NaCl + Fe₂(SO₄)₃ = 2FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄

Задача 4.

Гальванический элемент составлен из 2-х электродов: иод-серебряного, помещенного в раствор 0,1М НJ, и водородного, опущенного в 0,01М раствор кислоты НХ. Разность равновесных потенциалов между этими электродами составила 0,117В. Рассчитайте константу диссоциации К_а кислоты НХ, если известны только значение Е^о для серебряного электрода, равное 0,799, и величина ПР_AgJ=1,1⋅10^-16.

Электролит электрөткізгіштігінің сандық сипаттамасын қарасыру.

1. Меншікті электрөткізгіштігінің физикалық мәні және оны өлшеу әдістері.

2. Молярлы және эквивалентті электрөткізгіштігі және меншікті электрөткізгіштігімен байланысы.

3. Эквивалентті және меншікті электрөткізгіштігі электролит коцентрациясына тәулділігі.

4. Шекті эквивалентті электрөткізгіштігі

5. Иондар қозғалу жылдамдығы, абсолютты жылдамдық және иондар жылжымалдылығы.

6. Электролиттер қоспасының электрөткізгіштігі.

7. Иондар аномалды жылдамдығы

8. Тасымалдау саны және иондар жылжу жылдамдығымен олардың байланысы
Бақылау сұрақтары:

Задача 1.

Сопротивление ячейки для измерения электропроводности в которой содержится 0,02 М раствор KCl равно 35,16 Ом при 291 К, а для 0,1 М раствора уксусной кислоты − 179 Ом. Какова степень диссоциации уксусной кислоты? Для уксусной кислоты L⁰ = 350,0 Ом⁻¹∙см²∙моль-экв⁻¹. Удельная электропроводность 0,02 М раствора KCl при 291 К равна 0,002399 Ом⁻¹∙см⁻¹.

Раствор с концентрацией H₂SO₄ 70 мас. % имеет плотность 1,615 г/см³ и удельную электропроводность 0,2157 Ом⁻¹∙см⁻¹ при 291 К. Найдите значения эквивалентной и молярной электропроводности раствора.

Эквивалентная электропроводность пропионовокислого натрия при бесконечном разведении равна 89,3 Ом⁻¹∙см²∙моль-экв⁻¹ (298 К). Подвижности ионов Na⁺ и H⁺ соответственно равны 50,5 и 350,0 Ом⁻¹∙см²∙моль-экв⁻¹. Какова эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного раствора пропионовой кислоты при 298 К?

Предельные подвижности ионов H⁺ и CH₃COO⁻ соответственно равны 349,8 и 40,9 См∙см²∙моль-экв⁻¹. Значение эквивалентной электропроводности равно 12,77 См∙см²∙моль-экв⁻¹. Найдите константу диссоциации и рН раствора при с = 1,59∙10^-4 моль/л.

Сопротивление водного 0,1 М раствора AgNO₃ равно 42,4 Ом. Кондуктометрическая ячейка, в которой измерялось сопротивление имела электроды из двух плоских параллельных пластин площадью по 2 см² каждая. Расстояние между пластинами 0,9 cм. Определите удельное сопротивление, эквивалентную и удельную электропроводности.

В ячейку для измерения электропроводности помещены платиновые электроды в форме дисков диаметром 1,34 см, расстояние между электродами 1,72 см. Ячейка заполнен 0,05 н раствором NaNO₃. При напряжении 0,5 В через данный раствор идет переменный ток силой 1,85 мА. Найдите величину удельной и эквивалентной электропроводности раствора NaNO₃.

Удельная электропроводность насыщенного раствора AgBr равна 1,576∙10⁻⁶ Ом⁻¹∙см⁻¹, а воды, взятой для растворения 1,519∙10⁻⁶ Ом⁻¹∙см⁻¹. Найдите растворимость AgBr (S) в воде и произведение растворимости (ПР), если известно, что эквивалентные электропроводности при бесконечном разведении для KBr, KNO₃, AgNO₃ имеют значения 137,4; 131,3; 121,0 Ом⁻¹∙см²∙моль-экв⁻¹, соответственно.

Числа переноса анионов в водных растворах 0,1 н хлорида калия, 0,1 н хлорида натрия и 0,1 н нитрата калия при 18^оС соответственно равны 0,505, 0,610, 0,497. Вычислите число переноса аниона в 0,1 н растворе нитрата натрия при той же температуре, не принимая в расчет взаимодействие между ионами.

При температуре 298 К методом перемещения границы в 0,005 н растворе хлорида калия было определено значение числа переноса иона хлора 0,5069, а в 0,01 н растворе хлорида натрия при той же температуре − 0,6082. Определите числа переноса ионов хлора, натрия и калия в 0,005 н растворе по отношению к хлориду калия и в 0,01 н растворе по отношению к хлориду натрия в предположении, что никакого взаимодействия между ионами нет.

Жұмыстың мақсаты болып жаттығу барысында эксперимент мағұлыматтарын өңдеуге қажет иондық өткізгіштігін және R анықтау табылады.

1. 
   
   
2. 
   ♦ 1 литр растворителя этила ацетата с концентрацией 0.05 M.
   
3. 
   ♦ программа SACED-QRIA QRC.
   
4. 
   ♦ 1 растворителя гидрата окиси соды с концентрацией 0.05 M.
   

1. Введите раствор ацетата соды внутрь реактора 3. Накройте крышку и настройте смеситель, как объясняется в руководстве по установке.

2. Запустите программу SACED-QUSC.

3. Выберите опцию «Охват данных»( “Data capture”). Выберите «время охвата»( time of capture) (значок часов), выберите «имя файла»( the name of the file) для сохранения данных в файле (значок диска) и наконец нажмите «значок воспроизведение» (play icon)

4. Включите систему термостатизации и выберите 25ºC.

5. Включите систему мешалки для облегчения быстрой термостатизации.

6. Возьмите образец в нижнем мундштуке реактора и определите проводимость раствора при данной температуре.

7. Повторите измерения при 35 и 45ºC.

8. Запишите результаты в таблице 3.5.1.

9. Опустошите реактор с помощью нижнего клапана.

10. Промойте его водой несколько раз.

11. Повторите предыдущие шаги с раствором гидрата окиси соды.

12. Прочистите реактор еще раз.

13. Выключите систему.

После заполнения данных, произведите следующие вычисления:

 Как температура влияет на проводимость каждой субстанции?

 Какие факторы приводят к такому поведению?

 Почему разные субстанции имеют разные поведения при одинаковых изменениях температуры?