Методика выполнения работы и ее обоснование

Растворимость соли C (моль×дм^–3) – это ее равновесная молярная концентрация в насыщенном растворе. В случае малорастворимой соли ее растворимость в единицах молярной концентрации можно рассчитать, измерив электрическую проводимость насыщенного раствора такой соли по уравнению:

C = k_соли.                                      (2.1)   

Молярная электрическая проводимость такого раствора (l) практически равна молярной проводимости его при бесконечном разведении (l^¥), вследствие малой концентрации электролита в растворе. Величину l^¥ можно рассчитать по справочным данным, используя уравнение

l^¥ = l₊^¥ + l_–^¥                                          (2.2)

Вместо удельной электрической проводимости соли (k_соли) используют разность (k_р–ра – k_воды), так как проводимости воды (k_воды) и раствора (k_р–ра) в этом случае соизмеримы. Таким образом, определив величину l^¥ и удельные электрические проводимости воды и раствора исследуемой соли, можно вычислить растворимость соли по уравнению

C = , моль×дм^–3.                       (2.3)

Зная растворимость соли, определяют ее произведение растворимости (K_S), то есть константу равновесия гетерогенной реакции растворения малорастворимой соли:

M_n+A_n– (тв.) «n₊M^z+(aq) + n_–A^z–(aq).                   (2.4)

Константа равновесия такой реакции, называемая произведением растворимости соли, равна:

K_S = a₊ ⁿ⁺× a_– ^n–,                                      (2.5)

где a₊ и a_– – активности катиона и аниона в растворе, n₊ и n_– – число катионов и анионов в составе электролита. Если в растворе отсутствуют электролиты, содержащие ионы исследуемой соли и практически полностью отсутствуют другие электролиты, то, учитывая малую растворимость соли, можно перейти от активностей компонентов к их концентрациям. Тогда из уравнения (2.5) получаем:

K_S = C₊ ⁿ⁺× C_– ^n–.

Исходя из (2.4) концентрация катионов C ₊ = n₊ C и анионов C _– = n_– C. Тогда получаем:

K_S = C ⁿn₊ⁿ⁺n_–^n–,                                    (2.6)

где n₊ + n_– = n, С – молярная концентрация соли в исследуемом растворе (растворимость соли).

Таким образом, произведение растворимости малорастворимой соли определяется концентрацией насыщенного раствора этой соли и числом ее ионов в растворе.

Например:

1. AgCl «Ag⁺ + Cl^–; n₊ = 1; n_– = 1; n = 2; K_S = C ²×1¹×1¹ = C ².

2. MgSO₄ «Mg²⁺ + SO₄ ^2–; n₊ = 1; n_– = 1; n = 2; K_S = C ²×1¹×1¹ = C ².

3. CaCl₂ «Ca²⁺ + 2Cl^–; n₊ = 1; n_– = 2; n = 3; K_S = C ³×2²×1¹ = 4 C ³.

4. Ca₃(PO₄)₂ «3Ca²⁺ + 2PO₄ ^2–; n₊ = 3; n_– = 2; n = 5; K_S = C ⁵×3³×2² = 108 C ⁵.

Лабораторной работе должен предшествовать опыт по определению постоянной сосуда для электрохимических измерений. Если работы выполняются на одной установке в течение одного лабораторного занятия, то достаточно этот опыт провести один раз.

Определение постоянной сосуда (j)

Постоянной сосуда является отношение расстояния между электродами (l) к площади каждого из электродов (S), используемых в электрохимической ячейке для измерения электропроводности раствора (L). Она определяется экспериментально. Для этого измеряют электрическую проводимость раствора (L), удельная электрическая проводимость которого известна. Обычно для этой цели используется 0,01 М раствор KCl. Значение k для этих растворов для заданной температуры берут из приложения. Тогда, для полученных значений k и R рассчитывают постоянную сосуда (j) по уравнению для удельной электропроводности k

k = j,                                      (2.7)

где j – постоянная сосуда.

Отсюда j = k_KCl R _KCl = , см^–1.                                                   (2.8)

Сосуд для измерения вместе с электродами промывают дистиллированной водой и исследуемым раствором. Затем в сосуд помещают 20 см³ 0,01 М раствора KCl, при этом электроды должны быть полностью покрыты раствором. Электроды сосуда подсоединяют к измерительной цепи и определяют его электрическую проводимость (L), после чего рассчитывают постоянную сосуда по уравнению (2.8).