Załęcka Ewelina WNoŻ I

Zabiegała Urszula Gr. 4

ZESPÓŁ H

SPRAWOZDANIE – ĆWICZENIE 8-1

Miareczkowanie potencjometryczne kwasu zasadą

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pojęciami związanymi z tematem ćwiczenia- m.in. elektroda, potencjał elektrody, rodzaje elektrod itp. W ramach ćwiczenia zawiera się również praktyczne opanowanie techniki pomiaru pH i używana pehametru.

WSTĘP TEORETYCZNY

Istnieją dwa rodzaje komórek elektrolitycznych- elektrolizery i ogniwa galwaniczne.

W elektrolizerach na skutek przyłożonego napięcia do katody (elektroda ujemna) kierują się kationy a do anody (elektrody dodatniej) podążają aniony. Gdy potencjał pomiędzy elektrodami jest dostatecznie duży to w elektrolizerze następują procesy utleniania i redukcji. Redukcja na elektrodzie na katodzie a utlenianie na anodzie.

W ogniwach galwanicznych elektrody również ładują się przeciwnymi ładunkami. Spowodowane jest to wymianą ładunków pomiędzy elektrodą a roztworem elektrolitu.

Różnica potencjałów wewnętrznych drutów łącznikowych ogniwa otwartego nazywana jest siłą elektromotoryczną ogniwa- SEM, która rośnie wraz ze wzrostem oporu (wartość maksymalna, gdy opór jest nieskończenie wielki). Na wartość SEM składają się różnice potencjałów na granicach faz, które tworzą ogniwo.

Wyróżniamy następujące rodzaje elektrod:

• elektrody I rodzaju- odwracalne względem kationów, składają się na nią: metal zanurzony w roztworze jego kationów (np. w soli), np. elektroda cynkowa, srebrowa, elektroda wodorowa.

• elektrody II rodzaju- odwracalne względem anionów, składają się z metalu pokrytego warstwą jego trudno rozpuszczalnej soli zanurzonego w roztworze soli rozpuszczalnej zawierającej anion obecny w trudno rozpuszczanej, np. elektroda kalomelowa, chlorosrebrowa.

• elektrody III rodzaju- składają się z metalu pokrytego dwiema warstwami trudno rozpuszczalnej soli (mają wspólny anion)- pierwsza zawiera kation obecny w roztworze soli, która ma kation obecny w drugiej soli.

• elektrody jonoselektywne- ich potencjał zależy od logarytmu aktywności danego jonu w roztworze, np. elektroda azotanowa, chlorkowa.

Potencjał elektrody I rodzaju wyraża się wzorem: $\mathbf{E =}\mathbf{E}^{\mathbf{}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{0,059}}{\mathbf{n}}\log\mathbf{\text{Me}}^{\mathbf{n}^{\mathbf{+}}}$

Jako że niemożliwe jest wyznaczenie potencjału pojedynczej elektrody niezbędne było przyjęcie pewnego wzorca. Za taki wzorzec przyjęto jednomyślnie elektrodę wodorową:

Równanie procesu zachodzącego w półogniwie wodorowym:

2H⁺_(c)+2e_(s)⇄H_2(g)

Składa się ona z płytki platynowej zanurzonej w roztworze zawierającym jony wodorowe. Do naczynia, w którym znajduje się roztwór dociera gazowy wodór obmywający wspomnianą płytkę. Umownie przyjęto, że standardowy potencjał elektrody wodorowej jest równy 0:

E_mH=0

W momencie, gdy aktywność jonów wodorowych H⁺ rożni się od 1, potencjał elektrody wodorowej staje się funkcją stężenia molowego jonów H⁺:

E_H= − 0, 0591 pH

Ujednolicenie kwestii ogniw przyjęto w konwencji sztokholmskiej. Wg niej wartość siły elektromotorycznej ma być dodatnia. Ustalono również schemat zapisu ogniwa- po prawej stronie umieszczamy półogniwo o potencjale większym (redukcja), a po lewej półogniwo o potencjale większym (utlenianie).

SEM oblicza się w łatwy sposób- odejmując od wartości potencjału elektrody prawej potencjał elektrody lewej:

E_SEM=E_p−E_l≥0

W ustalaniu potencjału elektrod używane są również elektrody odniesienia takie jak kalomelowa i chlorosrebrowa.

Nasycona elektroda kalomelowa (NEK) zbudowana jest w następujący sposób:

Potencjał NEK w temp. 298 K- 0,268 V (jest zależny od temperatury).

Obecnie do pomiaru pH używa się elektrod kombinowanych (złożonych) będących układem dwóch elektrod- szklanej i odniesienia.

Tematem ćwiczenia jest miareczkowanie potencjometryczne będące metodą wyznaczania m.in. pH. Polega ona głównie na ustaleniu punktu równoważności molowej (PRM) podczas miareczkowania oraz poprzez odczytywanie kolejnych wartości pH roztworu na pehametrze. Punkt końcowy miareczkowania ustala się na podstawie skoku E_SEM.

WYKORZYSTANA APARATURA I SUBSTANCJE

pehametr, elektroda kombinowana, mieszadełko magnetyczne, biureta na 50 cm³, 2 kolby miarowe na roztwory, 2 zlewki, pipeta na 20 cm³, roztwór NaOH i CH₃COOH

PRZEBIEG ĆWICZENIA

• KOLEJNOŚĆ WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

Otrzymany roztwór HCl (w kolbie miarowej na 100 cm³) dopełnić woda destylowaną do kreski i wymieszano. Odmierzyć pipetą 20 cm³ i wlano do zlewki i włączyć mieszadło. Następnie umieścić w tej zlewce elektrodę kombinowaną, którą należy podłączyć do pehametru. Dolać tyle wody destylowanej, aby elektroda była zanurzona do połowy swojej wysokości, po czym odczytać początkową wartość pH na pehametrze. Potem należy rozpocząć miareczkowanie poprzez stopniowe dodawanie po 1 cm³ mianowanego roztworu NaOH z biurety. Za każdym nowym dodaniem należy odczekać chwilę do momentu ustabilizowania się wskazań pehametru, odczytać wartość pH i kontynuować miareczkowanie. Po skończeniu elektrodę wypłukać w wodzie destylowanej. Miareczkowanie powtórzyć w wersji „dokładniejszej”- tzn. dodawać NaOH mniejszymi porcjami w okolicach dużego skoku wartości pH. Podobne miareczkowanie powtórzyć dla roztworu CH₃COOH (również przygotowanego w kolbie miarowej).

• ZESTAWIENIE WYNIKÓW MIARECZKOWANIA POTENCJOMETRYCZNEGO

MIARECZKOWANIE I HCl	MIARECZKOWANIE II CH3COOH
V NaOH [cm^3]	pH
0	3,36
1	3,38
2	3,42
3	3,47
4	3,56
5	3,67
6	3,78
7	3,99
7,5	4,26
8	4,83
8,5	8,69
9	10,63
9,5	11,08
10	11,27
11	11,50
12	11,66
13	11,78
14	11,86
15	11,93
16	11,97
17	12,04

• OBLICZENIE STOSUNKÓW $\frac{\mathbf{pH}}{\mathbf{V}}$

$\frac{\mathbf{pH}}{\mathbf{V}}\mathbf{=}\frac{\left| \mathbf{\text{pH}}_{\mathbf{n + 1}}\mathbf{-}\mathbf{\text{pH}}_{\mathbf{n}} \right|}{\mathbf{V}_{\mathbf{n + 1}}\mathbf{-}\mathbf{V}_{\mathbf{n}}}$

dla HCl miareczkowanego NaOH (kolejne cm³)

2 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 3,47 - 3,42 \right|}{3 - 2} = 0,04$

3 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 3,56 - 3,47 \right|}{4 - 3} = 0,05$

4 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 3,67 - 3,56 \right|}{5 - 4} = 0,09$

5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 3,78 - 3,67 \right|}{6 - 5} = 0,11$

6 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 3,99 - 3,78 \right|}{7 - 6} = 0,11$

7 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 4,26 - 3,99 \right|}{7,5 - 7} = 0,21$

7,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 4,83 - 4,26 \right|}{8 - 7,5} = 0,54$

8 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 8,69 - 10,63 \right|}{8,5 - 8} = 1,14$

8,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 10,63 - 8,69 \right|}{9 - 8,5} = 7,72$

9 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,08 - 10,63 \right|}{9,5 - 9} = 3,88$

9,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,27 - 11,08 \right|}{10 - 9,5} = 0,9$

10 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,50 - 11,27 \right|}{11 - 10} = 0,38$

11 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,66 - 11,50 \right|}{12 - 11} = 0,23$

12 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,78 - 11,66 \right|}{13 - 12} = 0,16$

13 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,86 - 11,78 \right|}{14 - 13} = 0,12$

14 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,93 - 11,86 \right|}{15 - 14} = 0,08$

dla CH₃COOH miareczkowanego NaOH (dla kolejnych cm³)

2 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 5,53 - 5,08 \right|}{3 - 2} = 0,45$

3 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 5,75 - 5,53 \right|}{3,5 - 3} = 0,44$

3,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 6,19 - 5,75 \right|}{4 - 3,5} = 0,88$

4 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 7,25 - 6,19 \right|}{4,5 - 4} = 2,12$

4,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 10,23 - 7,25 \right|}{5 - 4,5} = 5,96$

5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 10,75 - 10,23 \right|}{5,5 - 5} = 1,04$

5,5 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 10,99 - 10,75 \right|}{6 - 5,5} = 0,48$

6 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,23 - 10,99 \right|}{7 - 6} = 0,24$

7 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,40 - 11,23 \right|}{8 - 7} = 0,17$

8 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,49 - 11,40 \right|}{9 - 8} = 0,09$

9 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,56 - 11,49 \right|}{10 - 9} = 0,07$ 11 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,75 - 11,68 \right|}{12 - 11} = 0,07$

10 $\frac{pH}{V} = \frac{\left| 11,68 - 11,56 \right|}{11 - 10} = 0,12$

• OBLICZENIE STOSUNKÓW $\frac{\mathbf{}^{\mathbf{2}}\mathbf{\text{pH}}}{\mathbf{}\mathbf{V}^{\mathbf{2}}}$

$\frac{\mathbf{}^{\mathbf{2}}\mathbf{\text{pH}}}{\mathbf{}\mathbf{V}^{\mathbf{2}}}\mathbf{=}\frac{\left| \frac{\mathbf{pH}}{\mathbf{V}} \right|_{\mathbf{n + 2}}\mathbf{- \ }\left| \frac{\mathbf{pH}}{\mathbf{V}} \right|_{\mathbf{n + 1}}}{\mathbf{V}_{\mathbf{n + 2}}\mathbf{-}\mathbf{V}_{\mathbf{n + 1}}}$

dla HCl miareczkowanego NaOH (kolejne cm³)

2 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,14}{2} - 0,05}{4 - 3} = 0,02$

3 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,2}{2} - 0,09}{5 - 4} = 0,01$

4 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,22}{2} - 0,11}{6 - 5} = 0$

5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,32}{2} - 0,11}{7 - 6} = 0,05$

6 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,48}{1,5} - 0,21}{7,5 - 7} = 0,22$

7 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,84}{2} - \frac{0,27}{1,5}}{8 - 7,5} = 0,48$

7,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{4,23 - \frac{0,57}{0,5}}{8,5 - 8} = 6,18$

8 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{5,8 - \frac{3,86}{0,5}}{9 - 8,5} = - 3,84$

9 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,64 - \frac{0,45}{0,5}}{10 - 9,5} = - 0,52$

9,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,42}{1,5} - \frac{0,19}{0,5}}{11 - 10} = - 0,07$

10 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,39}{2} - 0,23}{12 - 11} = - 0,035$

11 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,28}{2} - 0,16}{13 - 12} = - 0,02$

12 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,2}{2} - 0,12}{14 - 13} = - 0,02$

13 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,15}{2} - 0,08}{15 - 14} = - 0,005$

14 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,11}{2} - 0,07}{16 - 15} = - 0,015$

15 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,11}{2} - 0,11}{17 - 16} = - 0,055$

8,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{2,39 - \frac{1,94}{0,5}}{9,5 - 9} = - 2,98$

dla CH₃COOH miareczkowanego NaOH (dla kolejnych cm³)

2 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,67}{1,5} - 0,45}{3,5 - 3} = - 0,007$

3 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,66 - \frac{0,22}{0,5}}{4 - 3,5} = 0,44$

3,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{1,5 - \frac{0,44}{0,5}}{4,5 - 4} = 1,24$

5,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{\frac{0,48}{1,5} - \frac{0,24}{0,5}}{7 - 6} = - 0,16$

6 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,41 - 0,24}{8 - 7} = 0,17$

7 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,26 - 0,17}{9 - 8} = 0,09$

4 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{4,04 - \frac{1,06}{0,5}}{5 - 4,5} = 3,84$

5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,76 - \frac{0,52}{0,5}}{6 - 5,5} = - 0,56$

4,5 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{3,5 - \frac{2,98}{0,5}}{5,5 - 5} = - 4,92$

8 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,16 - 0,09}{10 - 9} = 0,07$

9 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,19 - 0,07}{11 - 10} = 0,12$

10 $\frac{^{2}\text{pH}}{V^{2}} = \frac{0,19 - 0,12}{12 - 11} = 0,07$