Data wykonania: 22.10.13r.
Data oddania:
Sprawozdanie z chemii fizycznej
ćwiczenie nr 15
Przewodnictwo elektrolitów – analiza konduktometryczna
Agata Chęć,
WIMiIP, Inżynieria Materiałowa,
rok 2, grupa 1, zespół 6
Data wykonania: 22.10.13r.
Data oddania:
Sprawozdanie z chemii fizycznej
ćwiczenie nr 15
Przewodnictwo elektrolitów – analiza konduktometryczna
Agata Chęć,
WIMiIP, Inżynieria Materiałowa,
rok 2, grupa 1, zespół 6
1. Wstęp teoretyczny
Gdzie: π
– przewodnictwo, R- opór, ρ- opór właściwy, q- przekrój przewodzącego słupa elektrolitu,
l- długość przewodzącego słupa elektrolitu, k- przewodnictwo właściwe. Przewodnictwo
właściwe jest odwrotnością oporu kostki sześciennej elektrolitu o długości krawędzi 1cm,
natomiast jony są czynnikiem przenoszącym ładunki elektryczne podczas przepływu prądu
elektrycznego przez elektrolit. Stąd też przewodnictwo właściwe jest tym większe, im większe jest
stężenie jonów oraz im większa jest ich szybkość. Można wywnioskować, że czynnikami
decydującymi o przewodnictwie właściwym jest rodzaj elektrolitu i stężenie.
Przewodnictwo
równoważnikowe(molowe)λ-
jest
to
odwrotność
oporu
jednego
gramorównoważnika( lub 1 mola) elektrolitu, w roztworze lub w stanie stopionym, zawartego w
całości pomiędzy elektrodami oddalonymi o 1cm. Związek pomiędzy przewodnictwem
równoważnikowym i właściwym ujmuje równanie:
Gdzie: c- stężenie elektrolitu w gramorównoważnikach na litr roztworu,
tzw.
rozcieńczenie- liczba podająca ilość litrów w której mieści się 1 gramorównoważnik( lub 1 mol).
2. Cel ćwiczenia
a) wyznaczenie przewodnictwa właściwego roztworów: ZnSO₄ lub CuSO, H₂SO₄ oraz CH₃COOH o
różnych stężeniach. Sporządzenie w oparciu o uzyskane wyniki wykresów: k=f(c), λ=f(v) oraz
α=f(c).
b) wyznaczenie, w oparciu o pomiar przewodnictwa oraz dane tabelaryczne, stężenia roztworu
ZnCl₂.
c) wyznaczenie stężeń na drodze miareczkowania konduktometrycznego:
- mocnego kwasu mocną zasadą
- słabego kwasu mocną zasadą
3. Wykonanie
Za pomocą specjalnej aparatury zmierzyłyśmy przewodnictwo właściwe 1M roztworu CuSO₄.
Następnie rozcieńczyłyśmy roztwór pięciokrotnie dodając do niego odpowiednią ilość wody i
ponownie zmierzyłyśmy przewodnictwo. Powtarzałyśmy czynność kilkakrotnie, za każdym razem
rozcieńczając roztwór. To samo zrobiłyśmy z roztworami H₂SO₄ oraz CH₃COOH. Wyniki
zanotowałyśmy w tabeli.
Następnym krokiem było zmierzenie przewodnictwa właściwego roztworu ZnCl₂. Na tej
podstawie oraz przy pomocy odpowiedniego wykresu można wyznaczyć stężenie tego roztworu.
Ostatnim punktem ćwiczenia było miareczkowanie konduktometryczne mocnego kwasu mocną
zasadą. W tym celu zmierzyłyśmy przewodnictwo kwasu solnego i dodałyśmy 0,5ml NaOH.
Powtórzyłyśmy pomiar i znów dodałyśmy 0,5ml NaOH. Miareczkowanie i pomiar przewodnictwa
powtarzałyśmy aż wartości wskazywane przez urządzenie zaczęły wzrastać. Tak samo
postępowałyśmy z roztworem CH₃COOH.
4. Wyniki doświadczenia
a)
elektrolit
C [mol/dm^3] k [μS]
R [Ω]=1/k
λ[cm^2/mol*Ω]
λ/λₒ
V=1/C
2,194
42100
2,3753E-05
19,18869644
0,084457
0,455789
1,387
32000
0,00003125
23,07137707
0,101547
0,720981
1
45900
2,17865E-05
45,9
0,202025
1
CuSO
₄
0,658
18900
5,29101E-05
28,72340426
0,126423
1,519757
λₒ=227,2
0,2
15480
6,45995E-05
77,4
0,340669
5
0,04
4290
0,0002331
107,25
0,472051
25
0,008
1216
0,000822368
152
0,669014
125
0,0016
325
0,003076923
203,125
0,894036
625
28,25
110500
9,04977E-06
3,911504425
0,005102
0,035398
18,375
372600
2,68384E-06
20,27755102
0,026451
0,054422
14,258
540500
1,85014E-06
37,90854257
0,04945
0,070136
10,649
680000
1,47059E-06
63,8557611
0,083297
0,093906
4,655
652700
1,5321E-06
140,2148228
0,182905
0,214823
H
₂SO₄
2,176
391500
2,55428E-06
179,9172794
0,234695
0,459559
λₒ=766,6
1,053
298500
3,35008E-06
283,4757835
0,369783
0,949668
1
364000
2,74725E-06
364
0,474824
1
0,2
77900
1,2837E-05
389,5
0,508088
5
0,04
17960
5,56793E-05
449
0,585703
25
0,008
4400
0,000227273
550
0,717454
125
0,0016
1020
0,000980392
637,5
0,831594
625
17,41
0,04
25
2,29753E-06
6,57E-09
0,057438
13,36
146
0,006849315
0,010928144
3,12E-05
0,07485
10,66
456
0,002192982
0,042776735
0,000122
0,093809
8,829
740
0,001351351
0,083814702
0,00024
0,113263
6,994
1081
0,000925069
0,154561052
0,000442
0,14298
5,194
1401
0,000713776
0,269734309
0,000771
0,19253
3,417
1605
0,000623053
0,469710272
0,001342
0,292654
CH
₃COOH
2,457
1619
0,000617665
0,658933659
0,001883
0,407
λₒ=349,9
2
1801
0,000555247
0,9005
0,002574
0,5
1,688
1526
0,000655308
0,904028436
0,002584
0,592417
0,838
1225
0,000816327
1,461813842
0,004178
1,193317
0,4
997
0,001003009
2,4925
0,007123
2,5
0,08
454
0,002202643
5,675
0,016219
12,5
0,016
199,7
0,005007511
12,48125
0,035671
62,5
0,0032
85,8
0,011655012
26,8125
0,076629
312,5
Wykresy zależności przewodnictwa właściwego od stężenia elektrolitu
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0
0,5
1
1,5
2
2,5
p
rze
wo
d
n
ic
tw
o
wł
aściwe,
μ
S
stężenie, mol/dm^3
CuSO₄
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
0
5
10
15
20
25
30
k,
μ
S
stężenie, mol/dm^3
H₂SO₄
Wykresy zależności przewodnictwa równoważnikowego od rozcieńczenia
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
k,
μ
S
C, mol/dm^3
CH₃COOH
0
50
100
150
200
250
0
100
200
300
400
500
600
700
p
rze
wo
d
n
ic
tw
o
r
ó
wn
o
ważn
iko
we
λ
rozcieńczenie V
CuSO₄
0
100
200
300
400
500
600
700
0
100
200
300
400
500
600
700
λ
V
H₂SO₄
Wykresy zależności ilorazu λ/λₒ od rozcieńczenia
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
200
250
300
350
λ
V
CH₃COOH
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0
100
200
300
400
500
600
700
λ/
λₒ
V
CuSO₄
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0
100
200
300
400
500
600
700
λ/
λₒ
V
H₂SO₄
b) wykres zależności przewodnictwa właściwego chlorku cynku od jego stężenia
Przewodnictwo badanej przez nas próbki ZnCl₂ wyniosło 88,6mS. Po rozcieńczeniu przewodnictwo
zmalało, co oznacza, że przy wyznaczaniu stężenia bierzemy pod uwagę lewą część wykresu. Dla k=88,6mS
stężenie wynosi ok. 2,8mol/dm^3.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0
50
100
150
200
250
300
350
λ/
λₒ
V
CH₃COOH
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
p
rze
wo
d
n
ic
tw
o
, m
S
stężenie, mol/dm^3
ZnCl₂
c) miareczkowanie konduktometryczne roztworu HCl (ilość HCl – 5ml) 0,1M zasadą sodową
ilośćNaOH, ml k, μS
0
4670
0,5
4210
1
3860
1,5
3470
2
3110
2,5
2720
3
2340
3,5
2150
4
1690
4,5
1373
5
1230
5,5
1344
6
1533
Z wykresu wynika, że zmiareczkowanie kwasu solnego nastąpiło po dodaniu 5ml NaOH. Z równania:
HCl + NaOH NaCl + H₂O wiemy, że do zobojętnienia 1 mola HCl potrzeba 1 mola NaOH.
Zatem: 5ml NaOH - 0,1mol/dm^3
5ml HCl - x
x=5*0,1/5= 0,1 mol/dm^3
Stężenie HCl wynosiło 0,1 mol/dm^3.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0
1
2
3
4
5
6
7
p
rze
wo
d
n
ic
tw
o
, μ
S
ilość NaOH, ml
HCl
Miareczkowanie konduktometryczne r-ru CH₃COOH (ilość roztworu=40ml) 0,1M NaOH
ilość NaOH, ml k, μS
0
194,8
1
185,9
2
337
3
499
4
670
5
831
6
1340
7,2
1626
8,2
2040
9,2
2440
10,2
2760
Zmiareczkowanie kwasu octowego nastąpiło po dodaniu ok. 5ml NaOH. Z równania
CH₃COOH + NaOH CH₃COONa + H₂O wiemy, że kwas i zasada są w tej reakcji w stosunku
molowym 1:1
5ml NaOH - 0,1mol/dm^3
5ml kwasu - x
x=5*0,1/5=0,1 mol/dm^3.
Stężenie kwasu octowego wynosiło 0,1M.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0
2
4
6
8
10
12
k,
μ
S
ilość NaOH, ml
CH₃COOH
5. Wnioski
Z wykresów wynika, że przy wzroście stężenia elektrolitu jego przewodnictwo właściwe najpierw rośnie, a
potem maleje. Natomiast wartości przewodnictwa równoważnikowego (molowego) rosną wraz ze
wzrostem rozcieńczenia roztworu. Wynika to z tego, że przy rozcieńczaniu tworzy się coraz więcej jonów,
które są nośnikami ładunku elektrycznego. Stosunek λ/λₒ również rośnie przy coraz większym
rozcieńczeniu.
Podczas miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą najpierw obserwujemy spadek wartości
przewodnictwa właściwego mieszaniny – w trakcie dodawania zasady zmniejsza się ilość jonu
wodorowego. Po zmiareczkowaniu (gdy stechiometryczna ilość dodanej zasady jest równa ilości kwasu)
przewodnictwo zaczyna wzrastać – pojawiają się niezwiązane jony hydroksylowe.
Podczas miareczkowania słabo dysocjującego kwasu obserwujemy wzrost przewodnictwa spowodowany
pojawieniem się w mieszaninie mocnej zasady. Po zmiareczkowaniu wzrost ten stał się gwałtowniejszy,
gdyż cały kwas przereagował a w jego miejsce pojawiły się ruchliwe jony hydroksylowe pochodzące z
zasady sodowej.
