2.1.3. Кондуктометрия

Кондуктометрия основана на измерении электрической проводимости растворов электролитов. В электрохимической промышленности электрохимическая проводимость играет большую роль при составлении энергетических и тепловых балансов электролизеров и химических источников тока, а так же в мембранной технологии.

Экспериментальной величиной в методе кондуктометрии является сопротивление раствора электролита. Для измерения сопротивления применяется мостовая схема Уинстона. Принцип измерения электрической проводимости растворов электролитов приведен на рис.3.

Рис. 3 Схема установки для измерения электрического сопротивления раствора электролита.

R_МиRx – сопротивления магазина и ячейки; Г - источник переменного тока; О – осциллограф.

В основе этой схемы лежит метод компенсации. Во избежание электролиза, влекущего за собой изменение концентрации электролита и поляризацию электродов, при компенсационном способе измерения сопротивления используется переменный ток высокой частоты. Форма и расположение электродов во всех измерениях должны быть постоянным. По экспериментально определенному сопротивлению исследуемого раствора рассчитывают значения удельной и молярной электрической проводимости электролитов.

Метод кондуктометрии используется для определения ряда физико-химических характеристик растворов электролитов.

1. Степень диссоциации слабых электролитов рассчитывается по уравнению

, (2.9)

где определяется по значениям предельной молярной электрической проводимости ионов

2. Константу диссоциации бинарного электролита можно рассчитать по уравнению (1.3):

. (2.10)

3. По данным кондуктометрии можно рассчитать pH раствора, образованного растворением электролита, при диссоциации которого образуются ионы водорода. Так, для бинарного электролита

pH = -lg aС. (2.11)

4. По данным кондуктометрии можно рассчитать растворимость (С) и произведение растворимости (Lр) малорастворимой соли:

и . (2.12)

2.1.4. Примеры решения задач

Пример 1. Водный раствор, содержащий массовую долю CaCl₂, равную 5 %, имеет при температуре 298 К плотность ρ = 1.039 г/см³ и удельную электрическую проводимость 6.43·10^-2 См/см. Определите молярную электрическую проводимость.

Решение. Пересчитаем массовую долю CaCl₂ на молярную концентрацию:

Молярную электрическую проводимость определим по формуле:

Пример 2. В ячейку для измерения электрической проводимости, заполненную 0.06 М раствором СН₃СООН, помещены параллельные электроды площадью 3 см² на расстоянии 2 см друг от друга. При напряжении 10 В через раствор при температуре 298 К идет ток 4.306·10^-3 А. Пренебрегая особенностями конструкции ячейки, определите степень диссоциации, константу диссоциации и рН раствора, если при указанной температуре подвижность ионов Н⁺ и СНзСОО^– соответственно равна λ^∞_H₊= 349.8;

равна λ^∞_CH₃_COO_– = 40.90 См·см ²/моль.

Решение. Степень диссоциации уксусной кислоты α = λ / λ_∞. Используя параметры ячейки, найдем удельное сопротивление раствора по формуле: