Temat: Zastosowanie pomiaru siły elektromotorycznej ogniw galwanicznych
do wyznaczania wielkości fizykochemicznych.
Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie iloczynu rozpuszczalności trudno rozpuszczalnych soli o wzorze ogólnym AgX oraz wyznaczenie standardowego potencjału półogniwa Ag/Ag+ i współczynnika aktywności jonów srebrowych przez pomiar SEM.
a) Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności
Sporządzam ogniwo o schemacie (-) Ag/AgX//AgNO3/Ag (+) gdzie X to odpowie-
dnio jony: Cl-,Br-,I-,OH-,SCN-,Cr2O72-. Na początku naczyńko pomiarowe napełniamy 9 cm3
0,1M AgNO3. W drugim odmierzamy 3 cm3 0,1M AgNO3 oraz kolejno 6 cm3 KCl, KCl, KI, KSCN, KOH i K2Cr2O7. Do obu naczynek wkładamy elektrody srebrowe i łączymy je kluczem elektrolitycznym. Wartości SEM kolejnych ogniw odczytujemy na woltomierzu cyfrowym.
W celu wyznaczenia iloczynu rozpuszczalności korzystam z zależności:
Ir = [Ag+][X-]
Stężenie jonów [X-] we wszystkich roztworach jest takie same i wynosi: mola/dm3.
Pozostaje więc do obliczenia stężenie jonów Ag+ w lewym półogniwie, w tym celu korzystamy
z wyrażenia na SEM zbudowanego ogniwa:
gdzie: c1 - stężenie jonów Ag+ w lewym półogniwie
c2 - stężenie jonów w prawym półogniwie (0,1 mol/dm3)
n - liczba elektronów biorących udział w reakcji
F - stała Faradaya (96500 C)
T - temperatura [K]
Obliczenia dla temperatury pomiaru 298K:
1. SEM = 0,417 [V] (KCl + AgNO3)
IrAgCl= 6,68 . 10-9 . 0,033333 = 2,22 . 10-10
W analogiczny sposób wyliczam pozostałe iloczyny rozpuszczalności.
2. SEM = 0,560 [V] (KBr + AgNO3)
c1 = 2,31 . 10-11
IrAgB r= 7,71 . 10-13
3. SEM=0,785 [V] (KI + AgNO3)
c1 = 3,1 . 10-15
IrAgI = 1,033 . 10-16
4. SEM = 0,323 [V] (KOH + AgNO3)
c1 = 2,76 . 10-7
IrAgOH = 9,22 . 10-9
5. SEM = 0,545 [V] (KSCN + AgNO3)
c1 = 4,19 . 10-11
IrAgSCN = 1,39 . 10-12
6. SEM = 0,092 [V] (K2Cr2O7 + AgNO3)
c1 = 2,61 . 10-3
IrAg2Cr2O7 = 2,27 . 10-7
Schemat ogniwa |
SEM [V] |
c1 = [Ag+] |
IrAgX |
Irz (z tablic) |
(-) Ag/AgCl//AgNO3/Ag (+) |
0,417 |
6,68 . 10-9 |
2,22 . 10-10 |
1,78 . 10-10 |
(-) Ag/AgBr//AgNO3/Ag (+) |
0,560 |
2,31 . 10-11 |
7,71 . 10-13 |
5,25 . 10-13 |
(-) Ag/AgI//AgNO3/Ag (+) |
0,785 |
3,1 . 10-15 |
1,0333 . 10-16 |
8,31 . 10-17 |
(-) Ag/AgOH//AgNO3/Ag (+) |
0,323 |
2,76 . 10-7 |
9,22 . 10-9 |
. 10-9 |
(-) Ag/AgSCN//AgNO3/Ag (+) |
0,545 |
4,19 . 10-11 |
1,39 . 10-12 |
10-12 |
(-) Ag/Ag2Cr2O7//AgNO3/Ag (+) |
0,092 |
2,61 . 10-3 |
2,27 . 10-7 |
2 . 10-7 |
b) Wyznaczanie potencjału standardowego półogniwa Ag/Ag+ oraz współczynników akty-
wności jonów srebrowych
W drugiej części doświadczenia sporządzam ogniwo o schemacie:
(-) Hg,Hg2Cl2/KCl//AgNO3/Ag (+)
Następnie przygotowujemy roztwory AgNO3 o stężeniach:0,001, 0,002, 0,005, 0,05, 0,01[M].
W tym celu roztwór AgNO3 należy rozcięczyć wodą destylowaną w kolbach miarowych o po-
jemności 25 cm3. Dla odpowiednich roztworów będą to następujące stosunki:
1. 0,001M AgNO3: 0,25 cm3 AgNO3 (0,1M) + 24,75 cm3 wody.
2. 0,002M AgNO3: 0,5 cm3 AgNO3 (0,1M) + 24,5 cm3 wody.
3. 0,005M AgNO3: 1,25 cm3 AgNO3 (0,1M) + 23,75 cm3 wody.
4. 0,01M AgNO3: 2,5 cm3 AgNO3 (0,1M) + 22,5 cm3 wody.
5. 0,05M AgNO3: 12,5 cm3 AgNO3 (0,1M) + 12,5 cm3 wody.
Po wykonaniu roztworów do jednego naczyńka wlewamy 9 cm3 AgNO3 o odpowiednim stę-
żeniu i umieszczamy w nim elektrodę srebrową. Do drugiego naczyńka wlewamy natomiast nasycony roztwór KCl i umieszczamy w nim elektrodę kalomelową i naczynka łączymy klu-
czem elektrolitycznym. Wartość SEM dla wszystkich ogniw odcztujemy na woltomierzu cyfrowym.
Wszystkie pomiary przeprowadzam dla temperatury 293K.
1.Obliczanie wartości E':
E1'= 0,462 - 0,02524. ln0,1= 0,511 (0,1M AgNO3)
E2'= 0,516 (0,05M AgNO3)
E3'= 0,523 (0,01M AgNO3)
E4'= 0,525 (0,005M AgNO3)
E5'= 0,527 (0,002M AgNO3)
E6'= 0,531 (0,001M AgNO3)
Następnie wykreślam zależność i eksploruję do c = 0. W ten spo-
sób otrzymuję wartość różnicy potencjałów standardowego półogniwa srebrowego i półogni-
wa kalomelowego:
Równanie prostej na wykresie ma postać:
Po eksploracji do c = 0 otrzymujemy:
Ponieważ potencjał nasyconego półogniwa kalomelowego względem standardowego półogni-
wa wodorowego wynosi:
ENEK = 0,2415 - 0,00076(T- 298)
ENEK = 0,2415 - 0,00076(293 - 298)
ENEK = 0,2453 [V]
Stąd standardowy potencjał półogniwa Ag/Ag+ wynosi:
Tablicowa wartość standardowego półogniwa Ag/Ag+ wynosi: E = 0,80 [V]
2.Obliczanie współczynników aktywności jonów srebrowych.
dla roztworu 0,1M
dla roztworu 0,05M
dla roztworu 0,01M
dla roztworu 0,005M
dla roztworu 0,002M
dla roztworu 0,001M
Otrzymane wyniki zamieszczam w poniższej tabeli:
|
E [V] |
E' |
|
|
|
0,1 |
0,462 |
0,511 |
0,31623 |
-0,17476 |
0,6686 |
0,05 |
0,440 |
0,516 |
0,22361 |
-0,25213 |
0,5596 |
0,01 |
0,407 |
0,523 |
0,1 |
-0,12076 |
0,7572 |
0,005 |
0,391 |
0,525 |
0,07071 |
-0,09493 |
0,8036 |
0,002 |
0,370 |
0,527 |
0,4472 |
-0,058189 |
0,8746 |
0,001 |
0,357 |
0,531 |
0,031623 |
0,01924 |
1,045 |
Widać, że współczynniki aktywności w roztworach bardzo rozcięczonych są bliskie jedności, a w bardziej stężonych są dużo mniejsze od jedynki (siła jonowa takiego roztworu jest większa).