2.2 Определения коэффициента активности иона водорода потенциометрическим методом

Для сильной кислоты α = 1, и С_Н+ = С_М, если кислота одноосновная.

Активность иона водорода связана с его концентрацией соотношением:

a_H+. = γ _Н+ ∙ m_Н+ = γ _Н+ ∙ С_Н+

где γ _Н+ – коэффициент активности иона водорода;

m_Н+ – моляльная концентрация иона водорода (для разбавленных растворов можно принять, что моляльная и молярная концентрация равны).

Определив а_H+. = 10^–рН, можно вычислить коэффициент активности иона водорода:

γ _Н+ = a_H+./С_Н+

Кроме того, коэффициент активности иона водорода можно вычислить, пользуясь уравнениями Дебая-Хюккеля (см. уравнения 1,2,3)

3 Требования техники безопасности

При выполнении данной лабораторной работы необходимо соблюдать общие правила работы в химической лаборатории.

4 Экспериментальная часть

Для выполнения работы методом последовательного разведения готовится ряд растворов сильной кислоты (хлороводородной, азотной, серной, или другой по указанию преподавателя) различной концентрации: 0,2М; 0,1М; 0,05М; 0,01М; 0,005М.

Исходным раствором служит 2М раствор электролита (либо более концентрированный).

Растворы готовят в мерных колбах на 100мл.

Для получения более точных результатов концентрации приготовленных растворов устанавливают кислотно-основным титрованием (титруют раствором щелочи соответствующей концентрации).

Результаты титрования заносят в таблицу 3.

Таблица 3 − Результаты титрования

№ п/п	Заданная концен-трация раствора, моль/л	Концен- трация щелочи, моль/л	Объем пробы, мл	Объем щелочи, пошедший на титрование	Средний объем щелочи, мл	Точная концен- трация кислоты, моль/л
1

Затем измеряют рН приготовленных растворов.

Рассчитывают а_н+ = 10^–рН.

Экспериментальное значение коэффициента активности определяют из отношения γ _Н+ = a_H+./С_Н+.

Расчетное значение коэффициента активности определяют из уравнения Дебая-Хюккеля первого приближения, если I < 0,01m:

lgγ_i = − 0,51 z_i²

Если 0,01m <I < 0,1m, то коэффициента активности определяют из уравнения Дебая-Хюккеля второго приближения:

lgγ_i = – .

Результаты измерений pH и расчетов оформляют в виде таблицы 4.

Таблица 4 – Экспериментальные результаты по изучению сильного электролита

№ п/п	Концентрация раствора, моль/л	рН	аH+, моль/л	I, моль/л	γi ЭКСП	γi РАСЧ
1
2
3

По результатам расчетов строят два графика на одной координатной плоскости (рис. 3): зависимость γ_{i ЭКСП} и γ_{i РАСЧ} от концентрации сильной кислоты γ_{i ЭКСП} = f(C_M) и γ_{i РАСЧ} = f(C_M).

По результатам расчетов необходимо сделать выводы о применимости теории Дебая-Хюккеля. С помощью построенных графиков необходимо установить характер зависимости коэффициента активности иона водорода от концентрации кислоты.

Рис.3 – Зависимость коэффициента активности иона водорода γ_{i РАСЧ} от концентрации раствора кислоты