Wyznaczanie stałej równowagi i entalpii reakcji
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej równowagi reakcji oraz jej entalpii ΔH na przykładzie reakcji biegnącej w roztworze.

(1)

2. Zasada pomiaru.

Pomiar polega na zmiareczkowaniu za pomocą 0.01m. roztworu Na₂S₂O₃ wobec skrobi ilości wydzielają-cego się jodu podczas trwania reakcji (1) w temp. 25^oC. Czynność tą należy powtarzać w określonych odstępach czasu. Jednakowe ilości roztworu tiosiarczanu sodowego zużytego na zmiareczkowanie jodu w dwóch ostatnich próbach świadczą o osiągnięciu stanu równowagi reakcji.

Takie same pomiary należy wykonać w tempetarurze T wskazanej przez prowadzącego. Na tej podstawie danych uzyskanych w dwóch różnych temperaturach należy obliczyć efekt cieplny ΔH reakcji korzystając z równania izobary van't Hoffa, o postaci:

(2)

3. Wyniki pomiarów.

T = 293K

Czas reakcji	KOLBA 1	KOLBA 2
[min]	Ilość cm^3 roztworu Na2S2O3 w 10 cm^3 próbki
30	7,6	8,8
60	9,2	9,5
100	9,4	9,5

T = 313K

Czas reakcji	KOLBA 1	KOLBA 2
[min]	Ilość cm^3 roztworu Na2S2O3 w 10 cm^3 próbki
30	10,1	10,6
60	9,7	10,6
100	9,8	10,4

4. Przykładowe obliczenia.

1. Obliczenie stężeń jonów w stanie równowagi.

Kolba 1, T = 293K.

Ilość tiosiarczanu zużyta na zredukowanie wolnego jodu - 9,4 ml

Ilość próbki - 10 ml

Stężenia początkowe (po zmieszaniu)

m ⇒ m

Ze wzoru C₁V₁ = C₂V₂ obliczamy stężenie jonu [S₂O₃^2-] ,a co za tym idzie jonu [J₃^1-].

0,01⋅0,0094 = C₂⋅0,01

C₂ = 0,0094n [S₂O₃^2-]

wynika z tego, że stężenie [J₂] = [J₃^1-] = m.

Zgodnie z reakcją stężenia pozostałych jonów w stanie równowagi wynoszą odpowiednio: [Fe²⁺] = 2⋅0,0047 = 0,0094m,

[Fe³⁺] = m,

[J^1-] = m.

Stała równowagi wynosi:

Kolba 2, T = 293K.

Ilość tiosiarczanu zużyta na zredukowanie wolnego jodu - 9,5 ml

Ilość próbki - 10 ml

Stężenia początkowe (po zmieszaniu)

m

⇒ m m

0,01⋅0,0095 = C₂⋅0,01

C₂ = 0,0095n [S₂O₃^2-]

wynika z tego, że stężenie [J₂] = [J₃^1-] = m

Stężenia pozostałych jonów w stanie równowagi wynoszą:

[Fe²⁺] = 2⋅0,00475 = 0,0095m,

[Fe³⁺] = 0,0135-2⋅0,00475 = 0,004m,

[J^1-] = 0,0165-3⋅0,00475 = 0,00225m.

Stała równowagi wynosi:

W podobny sposób wykonujemy obliczenia dla T = 313K.

5. Wyniki obliczeń.

Nr kolby	T [K]	Stężenia w stanie równowagi				Stała równowagi reakcji
		[Fe^3+]	[J^1-]	[Fe^2+]	[J3^1-]
1	293	0,0056	0,0009	0,0094		0,0047	1,82⋅10^7
2	293	0,0040	0,00225	0,0095		0,00475	2,35⋅10^6
3	313	0,0052	0,0003	0,0098		0,0049	6,45⋅10^8
4	313	0,0031	0,0009	0,0104		0,0052	8,03⋅10^7

2. Na podstawie danych uzyskanych w dwóch różnych temperaturach obliczamy efekt cieplny ΔH reakcji korzystając z równania izobary van't Hoffa.

Obliczamy ΔH reakcji (dla roztworów o równych objętościach wyjściowych ).

Z równania izobary van't Hoffa:

po scałkowaniu tego równania przy założeniu, że ΔH = const, w rozpatrywanym przedziale temperatur otrzymujemy:

T₁ = 293K K₁ = 1,82⋅10⁷

T₂ = 313K K₂ = 6,45⋅10⁸

Obliczamy ΔH reakcji (dla roztworów o różnych objętościach wyjściowych ).

T₁ = 293K K₁ = 2,35⋅10⁶

T₂ = 313K K₂ = 8,03⋅10⁷

6. Wnioski.

Z otrzymanych wyników zauważamy, że obliczona entalpia reakcji w zakresie temperatur 20-40^oC jest dodatnia, czyli reakcja jest endotermiczna (zachodzi z pobieraniem ciepła z otoczenia). Jednocześnie ze wzrostem temperatury (dla reakcji endotermicznej) stała równowagi reakcji rośnie, co zostało potwierdzo-ne doświadczalnie.

---