Отчет по лабораторной работе № 14 Исследование скорости движения ионов и определение их абсолютной скорости и подвижности Цель работы: определить перманганат-иона. подвижность и абсолютную скорость 1. Теоретическая часть При прохождении электрического тока через раствор катионы двигаются к катоду, а анионы к аноду. Простейший случай, когда абсолютные скорости движения катионов и анионов равны, т.е. когда uk = va тогда lk = la, ∞ = lk + la. Однако в большинстве случаев абсолютные скорости ионов не одинаковы uk ≠ va. Возьмем, например, случай, когда uk < va и допустим, что U k 2. U 3 a Та часть электричества, которую перенесли через раствор анионы, называются числом переноса анионов (ta). Часть электричества, которую перенесли катионы, называется числом переноса катионов (tk). В данном случае ta = 3/5, a tk = 2/5. Сумма числа переноса катионов и анионов всегда равна единице: ta + tk = 1 Так как число переноса анионов и катионов пропорционально их скорости, то отношение чисел переноса равно отношению их абсолютных скоростей, а также подвижностей: t a Va Va F l a la t k U k U k F l k l l k Если первоначальную концентрацию среднего пространства обозначить через С0, а концентрацию после электролиза в католите и анолите, соответственно Сk и Са, то изменения концентрации будет следующее: а) среднее пространство – концентрация не изменилась; б) в анолите ∆Са = С0 – Са; в) в католите ∆Сk = С0 – Сk. Сочетая это со сказанным ранее, можно написать: С0 Са Са U k l a la t t a a С0 Ск Ск Va l k l l k t k 1 t a Uk Ua или t k ; ta U k Va U k Va Из работы по исследованию электропроводности раствора известно, что F (U k Va ) где - эквивалентная электропроводность; α- степень электролитической диссоциации; F - число Фарадея; Uk - абсолютная скорость движения катионов; Va - абсолютная скорость движения анионов; Абсолютная скорость движения ионов – это скорость движения иона в электрическом поле 1 см в 1 секунду при градиенте поля, т.е. при отношении напряжения к длине = 1 вольт на 1 см длины. Поэтому если при данном градиенте поля скорость будет и – можно написать: отсюда или Для аниона Va V L E (1) Следовательно, определив Uk и Va, т.е. скорость движения ионов, можно вычислить абсолютную скорость движения ионов, а также их подвижность, lk и la так как lk = Uk∙F. la Va F (2) Проще всего определить скорость движения тех ионов, которые сообщают раствору окраску, так как это облегчает наблюдения за изменением положения высоты окрашенного слоя раствора при перемещении ионов. Поэтому в учебных лабораториях берут такие электролиты, как перманганат калия и другие. Экспериментальная часть: 1. Через отверстия A и B в V- образную трубку налили 0,001н раствор KNO3 так, чтобы в каждом колене трубки образовался слой этого раствора в 5-7 см. 2. Налили в V-образную трубку через воронку Т (рис.2) 0,05 н раствор перманганата калия так, чтобы этот раствор заполнял все пространство от воронки Т до крана К. 3. Вставили в верхнее отверстие V-образной трубки платиновые электроды (как показано на рис. 2), закрепленные в пробках. Рис. 2. Ячейка для изучения подвижности ионов. 4. Осторожным поворотом крана К очень медленно впустили в V-образную трубку раствор перманганата калия из воронки Т, внимательно следя, чтобы сохранялась совершенно четкая окрашенная граница между растворами перманганата и нитрата калия. При этом раствор нитрата калия поднимается вверх, и платиновые электроды погружаются в него. 5. Когда толщина слоя перманганата калия достигла 4 см, кран К закрыли. 6. Подключив к верхним проволокам электродов аккумуляторную батарею (5 вольт), записали время процесса и высоту слоя раствора КMnO4 в колене V- образной трубки. Для этого приклеили к колену с наиболее четкой границей слоев трубки по полоску миллиметровой бумаги и по этой шкале вели расчет. 7. Подключая на короткое время параллельно к V-образной трубке вольтметр, определить приложенное напряжение на электродах (E = 11В). 8. Измерили длину жидкого проводника между электродами (L = 12 см). Для этого, вдоль по средней части трубки приложили легко изгибающуюся медную проволоку, загибая ее по форме трубки от нижнего конца одного электрода до нижнего конца другого электрода. Сделав против этих концов отметки на проволоке, выпрямили ее и линейкой измерили длину жидкого проводника между электродами. 9. Вычислили градиент потенциала: h= E/L; h = 11 0,12 = 91,67 В/м. 10. Через 25 минут опыт прекратили. Окрашенная граница слоя перманганата калия переместилась на 0,7 см. Вычислили скорость движения перманганатного аниона путь/время (см/сек) при данном градиенте потенциала. V= 11. 0,7см 1500с = 0,5∙10-3см/с (=0,5∙10-5м/с). L E Исходя из уравнения Va V , вычислили абсолютную скорость движения аниона: Va = 0,5∙10−5 м/с∙0,12м 11В =5,45∙10-8 м2/В·с. Исходя из уравнения la Va F , вычислили подвижность аниона перманганата и сравнили ее с приведенной в дополнительных таблицах. la=5,45∙10-8 м2/В·с.∙96500Кл/моль=52,59∙10-4 м2 ·Кл В·с·моль 12. Рассчитать относительную ошибку опыта по сравнению с табличными данными. la(табл)=61,3∙10-4 м2 ·См моль ; Ԑ=100%-((52,59∙10-4:61,3∙10-4)·100%)=14,2% Вывод: определены абсолютная скорость (Va =1,1∙10-7 м/с) и подвижность (la=52,59∙10-4 м2 ·Кл В·с·моль составила 14,2%. ) перманганат-иона. Относительная ошибка опыта