Nr 10	Temat: Przewodnictwo elektryczne roztworów elektrolitów	Data wykonania 1998-04-26
Rok II Grupa III	1.Król Katarzyna 2.Widlarz Łukasz	Ocena

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych pojęć i zależności dotyczących przewodnictwa elektrycznego wodnych roztworów elektrolitów, metod pomiaru przewodnictwa oraz zastosowania wyników pomiarów przewodnictwa.

Pomiary przewodnictwa elektrycznego stosuje się do badania procesów podczas których następuje wzrost lub spadek stężenia jonów.

Przykłady zastosowań:

-wyznaczanie stopnia i stałej dysocjacji słabych kwasów (słabego elektrolitu),

-miareczkowane konduktometryczne,

-oznaczanie rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnych,

-badanie kinetyki pewnych reakcji chemicznych,

Wykonanie ćwiczenia:

• Wyznaczanie stopnia dysocjacji i stałej dysocjacji kwasu octowego (CH₃COOH). Sporządzamy po 5 roztworów, z których każdy następny jest dwukrotnie rozcieńczony w stosunku do poprzedniego:(NaCl, HCl, CH₃COOH, CH³COONa). Mierzymy następnie ich przewodnictwo za pomocą konduktometru CC-311.

• Miareczkowanie konduktometryczne.

Do zlewki odmierza się zadaną przez prowadzącego ilość HCl. Dokonujemy pomiarów każdorazowo po dodaniu 0,5 cm³ NaOH, po przekroczeniu punktu równoważnikowego miareczkowania wykonujemy jeszcze 5 pomiarów.

Opracowanie wyników pomiarów:

Stopień dysocjacji i stała dysocjacji kwasu octowego:

1.Wyniki pomiarów przewodnictwa właściwego wpisujemy do tabeli:

2.Dla każdego z roztworów obliczamy przewodnictwo równoważnikowe wg wzoru:

;

gdzie:

Λr -przewodnictwo równoważnikowe [Sm2/wal]

κ -przewodnictwo właściwe [S/m]

cr -stężenie równoważnikowe roztworów [wal/dm3], (cr=cm.)

Wyniki obliczeń przewodnictwa równoważnikowego wpisujemy do powyższej tabeli.

3.Na podstawie otrzymanych wyników rysujemy wykresy zależności κ=f(c) oraz Λ_r=f(c).

4.Dla roztworów HCl, NaCl, CH₃COONa obliczamy metodą najmniejszych kwadratów równanie prostych Λ_r=f(
), sporządzamy wykresy zależności Λ_r=f(
) i zaznaczamy na wykresie graniczne przewodnictwa równoważnikowe.

1. Roztwory NaCl:

Równanie prostej regresji:

y=-0,0055x+0,0082

współczynnik b=0,0082 zatem Λ°_NaCl=0,0082 Sm²/wal;

b) Roztwory HCl:

Równanie prostej regresji:

y=-0,0145x+0,0265

współczynnik b=0,0265 zatem Λ°_HCl=0,0265 Sm²/wal;

3. Roztwory CH₃COONa:

Równanie prostej regresji:

y=-0,0041x+0,0055

współczynnik b=0,0055 zatem Λ°_CH3COONa=0,0055 Sm²/wal;

5.Na podstawie otrzymanych Λ° oraz reguły Kohlrauscha obliczamy graniczne przewodnictwo równoważnikowe kwasu octowego.

Λ°_CH3COOH=Λ°_HCl +Λ°_NaCl -Λ°_CH3COONa

Λ°_CH3COOH=0,0265+0,0082-0,0055=0,0292 Sm²/wal;

6.Korzystając z danych zawartych w tabeli (λ°+ oraz λ°−) obliczamy teoretyczne wartości granicznych przewodnictw równoważnikowych roztworów.

λ°+Na=0,00501 Sm²/wal;

λ°+H=0,03498 Sm²/wal;

λ°−Cl=0,007635 Sm²/wal;

λ°−CH3COO=0,00409 Sm2/wal;

Λ°_HCl=λ°+H + λ°−Cl =0,0426 Sm²/wal;

Λ°_NaCl =λ°−Cl + λ°+Na =0,0126 Sm²/wal;

Λ°_CH3COONa=λ°+Na + λ°−CH₃COO =0,0091 Sm²/wal;

Λ°_CH3COOH=λ°+H + λ°−CH₃COO =0,0391 Sm²/wal;

7.Na podstawie uzyskanych wartości obliczamy stopień dysocjacji i stałą dysocjacji kwasu octowego dla badanych stężeń, sporządzamy wykres zależności stopnia dysocjacji od stężenia kwasu.

Stopień dysocjacji i stałą dysocjacji obliczamy ze wzorów:

;

Wyniki obliczeń wpisujemy do tabeli:

Λ°_CH3COOH=0,0292 Sm²/wal;

8.Na podstawie zależności:

wyznaczamy graficznie wartość stałej dysocjacji, prowadząc przez punkty prostą regresji;

Równanie prostej regresji jest następujące:

y=1*10^-8x-1*10^-6;

^{a=Kdys*Λ°2=1*10-8}

b=-K_dys*Λ°=-1*10^-6

a więc:

Kdys=b2/a =1*10-4 ;ΛCH3COOH=b/-Kdys=0,01 Sm2/wal

Rysujemy wykres zależności:

;

na wykres nanosimy prostą regresji.

9.Wnioski:

Wzrost stężenia powoduje wzrost przewodnictwa właściwego roztworów. Natomiast w przypadku przewodnictwa równoważnikowego jest odwrotnie, wzrost stężenia powoduje spadek przewodnictwa równoważnikowego.

Jak widać na wykresach zależność Λ_r=f(
) jest prostoliniowa tylko dla mocnych roztworów elektrolitów, natomiast w przypadku roztworu słabego kwasu przy małych stężeniach, niewielki spadek stężenia powoduje nagły wzrost przewodnictwa. Wiąże się to z faktem wzrostu stopnia dysocjacji kwasu octowego ze spadkiem stężenia, co jest widoczne na odpowiednim wykresie. Stała dysocjacji kwasu octowego wynosi ok. 1*10^-4.

Błędy wyznaczonych przez nas wartości mogą być wynikiem niedokładnych pomiarów, lub nieustalonych warunków w laboratorium.

Miareczkowanie konduktometryczne.

1.Na podstawie dokonanych pomiarów przewodnictwa wykonanych dla roztworu CH₃COOH oraz roztworu HCl wykonujemy wykres zależności przewodnictwa od objętości dodawanego roztworu miareczkującego NaOH.

Z wykresu odczytujemy objętość zużytej podczas miareczkowania NaOH (punkt równoważnikowy).

Dane dla CH₃COOH Dane dla HCl

2.Dla roztworu kwasu octowego punkt równoważnikowy jest dla 4,5 cm³ NaOH, natomiast dla roztworu kwasu solnego dla 5,5 cm³ NaOH.

Na podstawie podanych objętości obliczamy stężenia badanych roztworów ze wzoru:

;

Vx=80 ml

Dla HCl:

Cx=0,1*4,5/80=0,005625 mol/dm³

Dla CH₃COOH:

Cx=0,1*5,5/80=0,006875 mol/dm³

Wniosek:

Na podstawie wykresów zależności przewodnictwa od objętości roztworu miareczkującego, odczytując objętość w punkcie minimum lub przegięciu możemy obliczyć stężenie badanego roztworu.

---