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.