Determinarea factorului mediu de activitate

Determinarea factorului mediu de activitate al ionilor (ion hidrogen și ion clorură) în soluție de HCI

Introducere

Pentru a determina factorul mediu de activitate al ionilor din soluția de HCI, a fost asamblată o celulă galvanică fără potențial de difuzie. Aceasta poate fi o celulă constând dintr-un electrod de chinhidronă și un electrod de tip Ag/AgCl.

Ag, AgCl ½ HCI (aq) (a ±) ½ Q, QH2, Pt

Reacții ale electrozilor:

electrod stâng: 2Ag + 2Cl - ® 2AgCl + 2e - -

electrod drept: Q + 2H 3 O + + 2e - ® QH 2 + 2 H 2 O

reacție celulară: Q + 2Ag + 2H 3 O + + 2Cl - ® QH 2 + 2AgCl + 2 H 2 O

Sarcinile pozitive se deplasează de la electrodul negativ stâng la dreapta, reacția este voluntară în direcția săgeții și forța electromotivă (E MF> 0) este dat de diferența dintre potențialele electrodului drept și stâng. E MF aici este egal cu potențialul de răspuns al celulei.

Potențialul de răspuns al celulei de proces:

(1)

Știm următoarele despre membrii ecuației:

(a) pentru substanțele pure, activitatea este aleasă cu ușurință pentru a fi una,

c) întrucât soluția este hнg

Și nu se schimbă vizibil în răspunsul celulei,

Prin urmare, ecuația (1) într-o nouă formă:

sau exprimat ca factor mediu de activitate și concentrație:

(2)

Unde c 0 = 1 moldm -3. Nu mai este marcat, dar desigur este un c Împărțiți cu 0 în argumentele funcțiilor corespunzătoare.

În ecuația (2), trebuie să determinăm potențialul standard de răspuns al celulei și g ±, valorile HCl.

Legea limitei Debye Hückel oferă o bună aproximare la factorul mediu de activitate până la o concentrație de 0,01 M:

(3)

În soluții apoase la 25 o C. THE = 1,172 (moldm -3) -1/2. ((THE = f (T, e rel, d), T = 298,15 K, e rel = 78,54, d(H 2 O) = 997,07 kg/m 3.)

Puterea ionică I este:

prin urmare Eu 1/2 (HCI)

c 1/2, și așa ln g ±, HCI = -1,172 × c 1/2 .

Înlocuiți ln g ±, valoarea HCl în ecuația (2). Folosind valorile R = 8.314 J/(K mol), F = 96485 C/mol, ecuația (2) se modifică după cum urmează:

(4)

Dacă trasăm din ecuația (4) a Ecelulă - 0,05138 × ln c depinde de concentrația de HCI (c 1/2), secțiunea ordonată a funcției furnizează forța electromotivă standard a celulei (potențialul standard al răspunsului celulei) la 25 o C. Pe baza ecuației (2), factorul mediu de activitate este:

(5)

Sarcină

Determinarea factorului mediu de activitate al unei concentrații necunoscute de acid clorhidric și a ionilor soluției electrolitice (ion hidrogen și clorură) Ag ¦ AgCl ¦ Soluție HCl motor motor de electroni cu electrod de chinhidru. Folosind forța electromagnetică a unei celule galvanice asamblate cu o concentrație diferită de acid clorhidric într-o soluție standard cu o concentrație diferită de forță electromotivă standard (potențial de reacție a celulei) a celulei galvanice.

Executarea măsurătorii

Soluțiile de acid clorhidric cu concentrația specificată (a se vedea tabelul) sunt preparate din acid clorhidric 0,1 M în apă dublă distilată folosind un balon volumetric de 100 cm 3. Acidul clorhidric se adaugă dintr-o buretă. Măsurarea se începe cu cea mai concentrată soluție, înainte ca electrodul de argint să fie activat timp de 5 minute într-o soluție de acid clorhidric 0,1 M (se recomandă păstrarea acestuia între două măsurători). Înainte de a schimba soluția, clătiți celula de sticlă de două ori cu apă distilată și apoi cu următoarea soluție. Clătiți și corpul robinetului de sticlă și electrozii. Folosind o lingură de sticlă, transferați chinhidrona solidă în tubul separat de robinet. Pentru a satura soluția cât mai curând posibil, amestecați soluția în tub cu lingura de sticlă timp de 1 până la 2 minute. Obținerea echilibrului este indicată de constanța valorii forței electromotoare arătată de pH-metrul digital.

Asamblarea celulei principale

O celulă pentru măsurarea factorilor de activitate

(1) celula de sub electrod

(2) electrodul pinului superior al celulei

(3) Electrod Pt pentru electrod chinhidron

(4) Electrod Ag/AgCl

THE deschide în partea inferioară a vasului (1) umpleți soluția de HCI testată. Electrodul chinhidronic este conținut în electrodul pin (2). Folosind un tub de măcinare, aplicați soluția pe partea capilară a electrodului (inclusiv orificiul pentru robinet). Partea superioară a conductei este de aprox. umpleți soluția de acid clorhidric, apoi adăugați puțină chinhidronă solidă cu o lingură de sticlă și amestecați soluția cu lingura de sticlă pentru umplere rapidă. Când soluția este saturată cu chinhidron, care este însoțită de o decolorare verde-alcalin, electrodul de platină este scufundat (3). Așezați electrodul Ag/AgCl în vasul inferior (4).

Forța electromotivă a celulelor, precum și cea a celulelor cu concentrație necunoscută de HCI, se măsoară după echilibrare (aproximativ 5-10 minute) cu un pH-metru OP 211/1 și volt dat în unitate.

Sfaturi practice pentru măsurare

Înainte de plasarea în celulă, electrodul clorurii de argint a fost activat în 0,1 M HCI-3 HCI timp de cinci minute.!

Începeți măsurarea cu o serie de soluții de concentrație cunoscută.

Clătiți celula cu apă distilată de 2 ori înainte de a schimba soluția.!

Asigurați-vă că numai o parte din electrodul Ag/AgCl este scufundată în soluție. Există un contact ușor în timpul acoperirii cu teflon, al cărui element local intră în contact cu soluția acidă poate falsifica rezultatele măsurătorilor noastre.!

Date:

R = 8,314 J mol -1 K -1

F = 96485 C mol -1

f (0,1 molЧdm -3 Acid clorhidric) = 0,936

Date și grafice care trebuie trimise:

1. Derivat din ecuația (2) Ecelulă - 0,05138 × ln c vs. c 1/2 (rădăcina concentrației HCl) și linia potrivită punctelor (grafic pentru a determina potențialul standard al reacției celulare). Lăsați punctele pe baza unei discuții cu liderul practicii!

2. E celula vs. ln c Graficul HCl, ecuația liniei potrivite punctelor, din care se calculează concentrația soluției de acid clorhidric de concentrație necunoscută.

3. și intervalul de încredere de 95%.

4. Din funcția dată la punctul 1, calculați factorul mediu de activitate al tuturor celor cinci soluții.

5. Calculat pe baza punctului 4 și a teoriei Debye-Hückel g ± vs. c Grafic HCl.