2020-01-14
826Эквивалентная электропроводность λ [в см2 /(г-экв Ом)вычисляется из соотношения:
(21)
где с — эквивалентная концентрация, г-экв/л.
Эквивалентная электропроводность — это электропроводность такого объема (φ см3) раствора, в котором содержится 1 г-экв растворенного вещества, причем электроды находятся на расстоянии 1 см друг от друга. Учитывая сказанное выше относительно удельной электропроводности, можно представить себе погруженные в раствор параллельные электроды на расстоянии 1 см., имеющие весьма большую площадь. Мы вырезаем мысленно на поверхности каждого электрода вдали от его краев площадь, равную φ-см2. Электропроводность раствора, заключенного между выделенными поверхностями таких электродов, имеющими площадь, равную φ- см2, и есть эквивалентная электропроводность раствора. Объем раствора между этими площадями электродов равен, очевидно, φ-см3 и содержит один грамм-эквивалент соли. Величина φ, равная 1000/с см3/г-экв, называется разведением. Между электродами, построенными указанным выше способом, при любой концентрации электролита находится 1 г-экв растворенного вещества и изменение эквивалентной электропроводности, которое обусловлено изменением концентрации, связано с изменением числа ионов, образуемых грамм-эквивалентом, т. е. с изменением степени диссоциации, и с изменением скорости движения ионов, вызываемым ионной атмосферой.
|
|
|
Мольная электропроводность электролита — это произведение эквивалентной электропроводности на число грамм-эквивалентов в 1 моль диссоциирующего вещества.
На рис. 1 показана зависимость эквивалентной электропроводности некоторых электролитов от концентрации. Из рисунка видно, что с увеличением с величина λ уменьшается сначала резко, а затем более плавно.
Интересен график зависимости λ от (2). Как видно 
из графика (Рис. 2), для сильных электролитов соблюдается медленное линейное уменьшение λ с увеличением, что соответствует эмпирической формуле Кольрауша (1900);
λ= λ ∞ - А (22)
где λ ∞ - предельная эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении: с → 0; φ → ∞
Значение λ сильных электролитов растет с увеличением φ и ассимптотически приближается к λ ∞. Для слабых электролитов (СН3СООН) значение λ также растет с увеличением φ, но приближение к пределу и величину предела в большинстве случаев практически нельзя установить. Все сказанное выше касалось электропроводности водных растворов. Для электролитов с другими растворителями рассмотренные закономерности сохраняются, но имеются и отступления от них, например на кривых λ- с часто наблюдается минимум (аномальная электропроводность).
|
|
|
2. Характеристика уксусной кислоты
У́ксусная кислота (эта́новая кислота) — органическое вещество с формулой CH3COOH. Слабая, предельная одноосно́вная карбоновая кислота. Производные уксусной кислоты носят название «ацетаты».
| Уксусная кислота | |
|
| |
|
| |
| Общие | |
| Химическая формула | CH3COOH |
| Молярная масса | 60,05 г/моль |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | бесцветная жидкость |
| Плотность | 1,0492 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | 16,75 °C |
| Температура кипения | 118,1 °C |
| Критическая точка | 321,6 °C, 5,79 МПа |
| Молярная теплоёмкость (ст. усл.) | 123,4 Дж/(моль·К) |
| Энтальпия образования (ст. усл.) | −487 кДж/моль |
| Химические свойства | |
| pKa | 4,75 |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,372 |
Физические свойства
Ледяная уксусная кислота Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. Гигроскопична. Неограниченно растворима в воде. Смешивается со многими растворителями; в уксусной кислоте хорошо растворимы органические соединения и газы, такие как HF, HCl, HBr, HI и другие. Существует в виде циклических и линейных димеров
· Давление паров (в мм. рт. ст.):
o 10 (17,1 °C)
o 40 (42,4 °C)
o 100 (62,2 °C)
o 400 (98,1 °C)
o 560 (109 °C)
o 1520 (143,5 °C)
o 3800 (180,3 °C)
· Диэлектрическая проницаемость: 6,15 (20 °C)
· Динамическая вязкость жидкостей и газов (в мПа·с): 1,155 (25,2 °C); 0,79 (50 °C)
· Поверхностное натяжение: 27,8 мН/м (20 °C)
· Удельная теплоемкость при постоянном давлении: 2,01 Дж/г·K (17 °C)
· Стандартная энергия Гиббса образования ΔfG0 (298 К, кДж/моль): −392,5 (ж)
· Стандартная энтропия образования ΔfS0 (298 К, Дж/моль·K): 159,8 (ж)
· Энтальпия плавления ΔHпл: 11,53 кДж/моль
· Температура вспышки в воздухе: 38 °C
· Температура самовоспламенения на воздухе: 454 °C
· Теплота сгорания: 876,1 кДж/моль
Уксусная кислота образует двойные азеотропные смеси со следующими веществами.
| Вещество | tкип, °C | массовая доля уксусной кислоты |
| четыреххлористый углерод | 76,5 | 3 % |
| циклогексан | 81,8 | 6,3 % |
| бензол | 88,05 | 2 % |
| толуол | 104,9 | 34 % |
| гептан | 91,9 | 33 % |
| трихлорэтилен | 86,5 | 4 % |
| этилбензол | 114,65 | 66 % |
| о-ксилол | 116 | 76 % |
| п-ксилол | 115,25 | 72 % |
| бромоформ | 118 | 83 % |
·
o Уксусная кислота образует тройные азеотропные смеси
§ с водой и бензолом (tкип 88 °C);
§ с водой и бутилацетатом (tкип 89 °C).
Получение
· Уксусную кислоту можно получить окислением ацетальдегида кислородом воздуха. Процесс проводят в присутствии катализатора — ацетата марганца (II) Mn(CH3COO)2 при температуре 50-60 °С:
2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH
В промышленности
Окислительные методы
Ранними промышленными методами получения уксусной кислоты были окисление ацетальдегида и бутана.
Ацетальдегид окислялся в присутствии ацетата марганца (II) при повышенной температуре и давлении. Выход уксусной кислоты составлял около 95 %.
Окисление н-бутана проводилось при температуре 150—200 °C и давлении 150 атм. Катализатором этого процесса являлся ацетат кобальта.
Оба метода базировались на окислении продуктов крекинга нефти. В результате повышения цен на нефть оба метода стали экономически невыгодными, и были вытеснены более совершенными каталитическими процессами карбонилирования метанола.
Химические свойства
Уксусная кислота обладает всеми свойствами карбоновых кислот. Связь между водородом и кислородом карбоксильной группы (−COOH) карбоновой кислоты является сильно полярной, вследствие чего эти соединения способны легко диссоциировать и проявляют кислотные свойства. В результате диссоциации уксусной кислоты образуется ацетат-ион CH3COO− и протон H+. Уксусная кислота является слабой одноосновной кислотой со значением pKa в водном растворе равным 4,75. Раствор с концентрацией 1.0 M (приблизительная концентрация пищевого уксуса) имеет pH 2,4, что соответствует степени диссоциации 0,4 %.
|
|
|
Исследования показывают, что в кристаллическом состоянии молекулы образуют димеры, связанные водородными связями.
Уксусная кислота способна взаимодействовать с активными металлами. При этом выделяется водород и образуются соли — ацетаты.
Mg(тв) + 2CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2
Уксусная кислота может хлорироваться действием газообразного хлора. При этом образуется хлоруксусная кислота.
CH3COOH + Cl2 → CH2ClCOOH + HCl
Этим путем могут быть получены также дихлоруксусная (CCl2COOH) и трихлоруксусная (CCl3COOH) кислоты.
Уксусная кислота вступает во все реакции, характерные для карбоновых кислот. Она может быть восстановлена до этанола действием алюмогидрида лития. Уксусная кислота также может быть превращена в хлорангидрид действием тионилхлорида. Натриевая соль уксусный кислоты декарбоксилируется при нагревании со щелочью, что приводит к образованию метана.
Применение
70-80 % водный раствор уксусной кислоты называют уксусной эссенцией, а 3-6 % — уксусом. Водные растворы уксусной кислоты широко используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260) и бытовой кулинарии, а также в консервировании.
Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетилцеллюлозы, ацетона). Она используется в книгопечатании и крашении.
Уксусная кислота используется как реакционная среда для проведения окисления различных органических веществ. В лабораторных условиях это, например, окисление органических сульфидов пероксидом водорода, в промышленности — окисление пара-ксилола кислородом воздуха в терефталевую кислоту.
Безопасность
Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Порог восприятия запаха уксусной кислоты в воздухе находится в районе 0,4 мг/л. ПДК в атмосферном воздухе составляет 0,06 мг/м³, в воздухе рабочих помещений — 5 мг/м³.
|
|
|
Действие уксусной кислоты на биологические ткани зависит от степени её разбавления водой. Опасными считаются растворы, в которых концентрация кислоты превышает 30 %.[4] Концентрированная уксусная кислота способна вызывать химические ожоги, инициирующие развитие коагуляционных некрозов прилегающих тканей различной протяженности и глубины.
Токсикологические свойства уксусной кислоты не зависят от способа, которым она была получена. Смертельная доза составляет примерно 20 мл
3. Экспериментальная часть
Руководство по эксплуатации НПКД.421522.102 РЭ. Мультитест КСЛ-101.
1. Назначение
1.1. Назначение и область применения
1.1.1. Прибор предназначен для измерения удельной электрической проводимости (УЭП) жидкостей и общего солесодержания в пересчете на хлористый натрий (солесодержание).
По исполнению прибор относится к переносным полуавтоматическим широкодиапазонным цифровым измерительным прибором с температурной компенсацией. Вид питания – сетевое.
В состав кондуктометра могут входить первичные преобразователи проточного, погруженного или наливного конструктивного исполнения.
Способ взаимодействия электрических цепей первичного преобразователя с анализируемой жидкостью – контактный.
1.1.2. Прибор имеет один кондуктометрический и один термометрический измерительный канал.
1.1.3. Прибор может использоваться:
а) при кондуктометрическом титровании для определения точки эквивалентности;
б) как электронный термометр.
1.1.4. Области применения: промышленность, экология и охрана окружающей среды, очистные сооружения и водоподготовка, энергетика, химические технологии, биология, биохимия, пищевая промышленность, медицина, фармакология и другие.
1.2. Функциональные возможности
1.2.1. проведение измерений по кондуктометрическому каналу с одновременным измерением температуры.
1.2.2. Представление результатов измерения в величинах УЭП (мкСм/см, мСм/см) и солесодержание (мкг/л, мг/л, г/л).
1.2.3. Использование отключаемой системы автоматической температурной компенсации. Применение линейной или нелинейной температурной компенсации в зависимости от заданных параметров. Задание температуры приведения.
1.2.4. Автоматическое определение наличия константы ячейки первичного преобразователя, параметров встроенного датчика температуры. Возможность ручного ввода константы.
1.2.5. Автоматическое определение наличия датчика температуры, ручной ввод температуры при отключении датчика.
1.2.6. Возможность использования таймера в режиме измерения.
1.2.7. Сохранение настроек прибора и других параметров (введенная константа ячейки, выбранная размерность выводимой на индикатор величины, состояние введенные параметры температурной компенсации и другие) и восстановление их при включении прибора.
1.2.8. Подключение прибора к ЭВМ для передачи данных проведенных измерений и других параметров.
2. Основные технические данные и характеристики
2.1. Диапазон измерения (с первичным преобразователем, имеющим константу 1,000 1/см):
- УЭП, мСм/см от 0 до 200;
- солесодержание, г/ от 0 до 200;
- температуры от минус 10 до 120.
2.2. Пределы допускаемых значений основной погрешности (с первичным преобразователем, имеющим константу 1,000 1/см)
2.2.1. При измерении УЭП, в интервале:
- от 0 до 1 мкСм/см, не более 1%
- от 1мкСм/см до 200мСм/см, относительно не более 0,5%.
2.2.2. При преобразовании УЭП в значение солесодержание, в интервале:
- от 0 до 0,5 мкг/л, приведенная не более 1%
- от 0,5 мкг/л до 200 г/л, относительно не более 1%
3. Устройство
3.1.1. Прибор выполнен настольном исполнении. Корпус прибора выполнен из пластмассы.
3.1.2. Клавиатура расположена справа на лицевой панели прибора и предназначена для ввода информации. Клавиатура содержит цифровые клавиши, клавишу «.» (точка), клавишу «-» (минус), служебные клавиши СБРОС, ВВОД, ВЫХОД, «←» и «→» (выбор).
3.1.3. Жидкокристаллический знакосинтезирующий индикатор с подсветкой расположен слева на лицевой панели прибора и предназначен для вывода информации. Индикатор имеет две строки по 16 символов.
3.1.4. На боковой панели прибора, находится разъем «ДК» для подключения первичного преобразователя.
3.1.5. На задней панели расположены: кабель сетевого питания, выключатель сетевого питания, держатель предохранителя, разъемы для подключения датчика температуры и кабель связи с ЭВМ (компьютером).
Для определения эквивалентной электропроводности сильных электролитов последовательным разбавлением готовят 7 растворов различных концентраций. Из исходного раствора уксусной кислоты с концентрацией 1 моль/л путём последовательного разбавления в мерных колбах на 100 мл приготовить растворы с концентрациями 1; 0,5; 0,25; 0,1; 0,05; 0,025; 0,0125 моль/л. Для этого пипеткой на 25 мл из исходного раствора перенести в мерную колбу на 50 мл и разбавить дистиллированной водой до метки, раствор тщательно перемешать. Из полученного раствора отобрать пипеткой 25 мл, перенести в другую мерную колбу на 50 мл и разбавить дистиллированной водой до метки. Так последовательным разбавлением приготовить все растворы. При переходе от одного раствора к другому пипетку вымыть дистиллированной водой и ополоснуть исходным раствором.
Измерив удельную электропроводность всех приготовленных растворов на мультитесте КСЛ - 101, рассчитать эквивалентную электропроводность. Результаты расчётов наносятся на график с координатами 1/λ и С*λ и экстраполяцией определяется предельная электропроводность 
. Экспериментальные значения необходимо сравнить с вычисленными по закону Кольрауша.
Для растворов CH3COONa, NaCl, HCl эквивалентная электропроводность находится так же как и для уксусной кислоты. Результаты расчётов наносятся на график с координатами 
и 
и экстраполяцией определяется предельная электропроводность . Экспериментальные значения необходимо сравнить с вычисленными по закону Кольрауша.
Обсуждение результатов
Определение эквивалентной электропроводности уксусной кислоты при бесконечном разбавлении графическим методом:
Таблица 1
Результаты определения электрической проводимости CH3COOH
| С, моль/л | Χ,мСм/см | Λ*10-4 См*м2/моль | 1/λ *10-4моль/ См*м2 | (λ*С)* *10- 4См*м |
| 1 | 1,524 | 1,524 | 0,066438 | 0,189 |
| 0,5 | 1,128 | 2,256 | 0,089928 | 0,278 |
| 0,25 | 0,821 | 3,284 | 0,127551 | 0,392 |
| 0,1 | 0,58 | 5,8 | 0,172414 | 0,58 |
| 0,05 | 0,392 | 7,84 | 0,304507 | 0,821 |
| 0,025 | 0,278 | 11,12 | 0,443262 | 1,128 |
| 0,0125 | 0,189 | 15,12 | 0,656168 | 1,524 |
1/λ *10- 4моль/ См*м2
(λ*С)* *10- 4См*м
Рис. 3. График зависимости 1/λ от λ*С для CH3COOH
(CH3COOH) = 333,3*10- 4См*м2/моль
(CH3COOH) по Кольраушу = 390,7*10- 4См*м2/моль
Определение эквивалентной электропроводности уксусной кислоты при бесконечном разбавлении аналитическим методом:
CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl
(CH3COOH)= (CH3COONa) + (HCl) - (NaCl)
Таблица 2
Результаты определения электрической проводимости NaCl
| С, моль/л | Χ,мСм/см | √С, √моль/л | Λ*10-4 См*м2 /моль |
| 1 | 70,52 | 1 | 70,52 |
| 0,5 | 35,49 | 0,707107 | 70,98 |
| 0,25 | 23,6 | 0,5 | 94,4 |
| 0,1 | 14,57 | 0,316228 | 145,7 |
| 0,05 | 8,382 | 0,223607 | 167,64 |
| 0,025 | 4,689 | 0,158114 | 187,56 |
| 0,0125 | 2,681 | 0,111803 | 214,48 |
1) λ= 1000*70,52/1=70520 мСм*см2/моль = 70,52 *10-4 См*м2/моль
2) λ= 1000*35,49/0,5 = 70980 мСм*см2/моль = 70,98 *10-4 См*м2/моль
3) λ= 1000*23,6/0,25 = 94400 мСм*см2/моль = 94,4 *10-4 См*м2/моль
4) λ= 1000*14,57/0,1 = 145700 мСм*см2/моль = 145,7 *10-4 См*м2/моль
5) λ= 1000*8,382/0,05 = 167640 мСм*см2/моль = 167,64 *10-4 См*м2/моль
6) λ= 1000*4,689/0,025 = 187560 мСм*см2/моль = 187,56 *10-4 См*м2/моль
7) λ= 1000*2,681/0,0125 = 214480 мСм*см2/моль = 214,48 *10-4 См*м2/моль
Рис. 4. График зависимости эквивалентной электропроводности от концентрации в координатах λ от √С для NaCl.
(NaCl) = 164,5 *10- 4См*м2/моль
Таблица 3
Результаты определения электрической проводимости HCl
| С, моль/л | Χ, мСм/см | √С, √моль/л | Λ *10- 4 См*м2/моль |
| 1 | 214,6 | 1 | 214,6 |
| 0,5 | 117,6 | 0,707107 | 235,2 |
| 0,25 | 69,64 | 0,5 | 278,56 |
| 0,1 | 37,03 | 0,316228 | 370,3 |
| 0,05 | 20,43 | 0,223607 | 408,6 |
| 0,025 | 10,96 | 0,158114 | 438,4 |
| 0,0125 | 5,547 | 0,111803 | 443,76 |
1) λ= 1000*214,6/1 = 214600 мСм*см2/моль = 214,6 *10-4 См*м2/моль
2) λ= 1000*117,6/0,5 = 235200 мСм*см2/моль = 235,2 *10-4 См*м2/моль
3) λ= 1000*69,64/0,25 = 278560 мСм*см2/моль = 278,56 *10-4 См*м2/моль
4) λ= 1000*37,03/0,1 = 370300 мСм*см2/моль = 370,3 *10-4 См*м2/моль
5) λ= 1000*20,43/0,05 = 408600 мСм*см2/моль = 408,6 *10-4 См*м2/моль
6) λ= 1000*10,96/0,025 = 438400 мСм*см2/моль = 438,4 *10-4 См*м2/моль
7) λ= 1000*5,547/0,0125 = 443760 мСм*см2/моль = 443,76 *10-4 См*м2/моль
Рис. 5. График зависимости эквивалентной электропроводности от концентрации в координатах λ от √С для HCl.
(HCl) = 462,5 *10- 4См*м2/моль
Таблица 4
Результаты определения электрической проводимости CH3COONa
| С, моль/л | Χ, мСм/см | √С, √моль/л | Λ *10- 4 См*м2/моль |
| 1 | 30,48 | 1 | 30,48 |
| 0,5 | 18,41 | 0,707107 | 36,82 |
| 0,25 | 10,34 | 0,5 | 41,36 |
| 0,1 | 5,588 | 0,316228 | 55,88 |
| 0,05 | 3,07 | 0,223607 | 61,4 |
| 0,025 | 1,598 | 0,158114 | 63,92 |
| 0,0125 | 0,844 | 0,111803 | 67,52 |
1) λ= 1000*30,48/1 = 30480 мСм*см2/моль = 30,48 *10-4 См*м2/моль
2) λ= 1000*18,41/0,5 = 36820 мСм*см2/моль = 36,82 *10-4 См*м2/моль
3) λ= 1000*10,34/0,25 = 41360 мСм*см2/моль = 41,36 *10-4 См*м2/моль
4) λ= 1000*5,588/0,1 = 55880 мСм*см2/моль = 55,88 *10-4 См*м2/моль
5) λ= 1000*3,07/0,05 = 61400 мСм*см2/моль = 61,4 *10-4 См*м2/моль
6) λ= 1000*1,598/0,025 = 63920 мСм*см2/моль = 63,92 *10-4 См*м2/моль
7) λ= 1000*0,844/0,0125 = 67520 мСм*см2/моль = 67,52 *10-4 См*м2/моль
Рис. 6. График зависимости эквивалентной электропроводности от концентрации в координатах λ от √С для CH3COONa.
(CH3COONa) = 70,0 *10- 4См*м2/моль
(CH3COOH) = 368*10- 4См*м2/моль
(CH3COOH) по Кольраушу = 390,7*10- 4См*м2/моль
Вывод
1. Составили краткий литературный обзор по электропроводности растворов.
2. Исследовали зависимости эквивалентной электропроводности раствора уксусной кислоты от разведения.
3. Построили графики зависимости λ*С от 1/λ для уксусной кислоты и λ от √С для сильных электролитов. Из первого графика графическим методом нашли (CH3COOH) = 333,3*10- 4См*м2/моль. Из второго грфика аналитическим методом вычислили
(CH3COOH) = 368*10- 4См*м2/моль
4. Экспериментальные значения сравнили с вычисленными по закону Кольрауша (CH3COOH) по Кольраушу = 390,7*10- 4См*м2/моль
Список использованной литературы:
1. Краснов К.С. Физическая химия. М.: Высшая шк.,1988
2. Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии. М.: Химия,1973. Т.1. 592 с.
3. Никольский Б.П. Физическая Химия. Л.: Химия, 1987
4. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф. Физическая Химия. М.: Высшая шк.,1981
5. Мухленова И.П. Общая химическая технология. М.: Высшая школа.
6. Некрасов Б.В. Основы общей химии, т. 3. М.: Химия, 1970.
7. Фурмер И. Э., Зайцев В.Н. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1978.
8.Химия. Большой энциклопедический словарь/Под ред. И. Л. Кнунянц. М, 1998. 292 с.
9. Физическая химия. Электрохимия: Метод. Указания к лаб. работам/ сост. Кольцов Н. И., Верхунов С. М., Андреева Э. В., Кузьмин М. В.Чебоксары: изд-во Чувашского ун-та, 2004.68 с.
10. Лурье Ю. Ю.Справочник по аналитической химии.М.: Высшая шк.,1989.448 с.
11. Киреев В. А. Краткий курс физической химии. М.: Высшая шк.,1978. 620 с.
12. Стронберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. М.: Высшая шк., 1999.527 с.
13. Краткий справочник физико-химических величин/ Под. ред. А. А. Равдаля, А. М. Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 232 с.
17. Равич-Щербо М. И., Новиков В. В. Физическая и коллоидная химия. Учебник для мед.ин-тов. М.: Высшая шк.,1975. 255 с.
