Bartosz Puchalski 6.IV.2005

Ćwiczenie 2

Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów

wyznaczanie stałej dysocjacji K_a słabych elektrolitów

Włączyłem urządzenie termostatu (mieszadło, chłodnicę i grzałkę). Utrzymałem w nim temperaturę około 28 ^oC. Każdy badany roztwór termostatowałem 10 minut. Zapoznałem się z instrukcją obsługi sprzętu pomiarowego (konduktometru). Naczyńko pomiarowe przemyłem wodą destylowaną i dokładnie wysuszyłem. Do naczyńka odmierzyłem pipetą 50 cm³ wody destylowanej i umieściłem w nim sondę konduktometryczną. Naczyńko z wodą destylowaną termostatowałem 10 min., po czym zmierzyłem przewodnictwo wody destylowanej. Następnie przy pomocy pipety automatycznej dodałem 1 cm³ roztworu kwasu i termostatowałem naczyńko z roztworem aż do ustalenia się przewodnictwa. Zanotowałem dodaną objętość kwasu oraz przewodnictwo roztworu. Dodałem kolejną porcję 1 cm³ kwasu, po wytermostatowaniu się roztworu zanotowałem przewodnictwo roztworu. Pomiary zakończyłem po dodaniu w sumie 7 cm³ kwasu.

Po wykonaniu pomiarów naczyńko i sondę konduktometryczną dokładnie wymyłem wodą destylowaną. Przygotowałem 100 cm³ 0,1000 molowego roztworu KCl. W tym celu odważkę 0,7456 g KCl rozpuściłem w kolbie miarowej na 100 cm³ i dopełniłem do kreski wodą destylowaną. Z roztworu tego, przez odpowiednie rozcieńczenie w kolbie na 50 cm³, sporządziłem roztwory KCl o stężeniach: 0,0100; 0,0200; 0,0400 i 0,1000 mol/dm³. Wykonałem pomiary przewodnictwa roztworów KCl, rozpoczynając od roztworu najbardziej rozcieńczonego (0,0100 mol/dm³).Umyte i wypłukane naczyńko pomiarowe napełniłem wodą destylowaną i wykonałem pomiar przewodnictwa. Podobnie zmierzyłem przewodnictwo wody wodociągowej. Po zakończeniu pomiarów naczyńko dokładnie wymyłem wodą destylowaną, a elektrody zostawiłem zanurzone również w wodzie destylowanej.

1. Obliczam stałą oporową naczyńka korzystając z zależności:

K = κ/L

• wyniki zestawiam w tabeli:

Stężenie KCl	Przewodnictwo	Przewodnictwo		Pojemność oporowa naczyńka
[mol/dm^3]	roztworu [S]	właściwe κ [S cm^-1]		K [cm^-1]	Kśr
0,01	0,001211	0,001412		1,1660	1,3191
0,02	0,002240	0,002768		1,2357
0,04	0,004010	0,005338		1,3312
0,1	0,008350	0,01289		1,5437

2. Obliczam przewodnictwo L i przewodnictwo właściwe κ dla wody destylowanej i wodociągowej korzystając z zależności:

κ = K_śr*L

;gdzie K_śr = 1,3191 [cm^-1]

• wyniki zestawiam w tabeli:

woda		przewodnictwo L [S]	przewodnictwo właściwe κ [S/cm^-1]
destylowana		1,635E-06	2,157E-06
wodociągowa		5,820E-04	7,677E-04

3. Obliczam stężenie kwasu CH₂ClCOOH korzystając ze wzoru:

c = Vc₀ / (V₀ + V)

;gdzie: c - stężenie kwasu HA, c₀ - wyjściowe stężenie kwasu HA (c₀ = 0,0219 mol/dm³), V - objętość dodawanego kwasu, V₀ - objętość początkowa wody destylowanej (V₀ = 50cm³)

4. Obliczam przewodnictwo właściwe roztworów kwasu korzystając z zależności:

κ = K_śr *L

5. Obliczam przewodnictwo molowe roztworów kwasu korzystając z zależności:

Λ = κ/c

6. Obliczam stopień dysocjacji α roztworów kwasu ze wzoru:

α = Λ/Λ₀

;gdzie: Λ - przewodnictwo molowe roztworu kwasu, Λ₀ - graniczne przewodnictwo molowe roztworu kwasu

7. Obliczam stężeniową stałą dysocjacji K_a korzystając ze wzoru:

K_a = α²c/(1-α)

8. Wyniki obliczeń 3, 4, 5, 6 i 7 zamieszczam w tabeli:

c HA [mol/dm^3]	przewodnictwo L [S]		κ [S*cm^-1]	Λ [S*cm^2*mol^-1]	α	Ka [mol/dm^3]
4,294E-04	1,129E-05		1,489E-05	34,68	0,0890	3,738E-06
8,423E-04	1,940E-05		2,559E-05	30,38	0,0780	5,559E-06
1,240E-03	2,590E-05		3,417E-05	27,56	0,0708	6,680E-06
1,991E-03	3,630E-05		4,788E-05	24,05	0,0618	8,091E-06
2,346E-03	4,050E-05		5,343E-05	22,77	0,0585	8,516E-06

Przewodnictwo molowe kwasu przy rozcieńczeniu nieskończenie wielkim: 389,5 [Scm²/mol]

Stężenie wyjściowe kwasu: 0,0219 [mol/dm³]

Objętość początkowa wody destylowanej: 50cm³

Średnia wartość stałej dysocjacji: 6,517E-06 [mol/dm³]

Literaturowa wartość stałej dysocjacji badanego kwasu: 1,349E-03 [mol/dm³]

Wnioski.

Wyniki stałej wyliczonej na podstawie ćwiczenia i stałej literaturowej różnią się znacznie o wartość trzech miejsc po przecinku. Może to być spowodowane brakiem odpowiedniego termostatowania, ponieważ do termostatu nie była podłączona zimna woda, co spowodowało temperaturę przebiegu doświadczenia rzędu 28 ^oC. Ilość pomiarów jest tak mała z powodu problemów z konduktometrem, który „wieszał się” i dopiero po zrestartowaniu działał poprawnie. Z wykresu Λ = f(c) przedstawiającego zależność przewodnictwa molowego od stężenia roztworu wynika, że wraz ze wzrostem stężenia wartość przewodnictwa molowego maleje, a przy nieskończonym rozcieńczeniu przewodnictwo molowe osiąga wartość granicznego przewodnictwa molowego. Z wykresu κ = f(c) wynika natomiast, że wraz ze wzrostem stężenia wartość przewodnictwa właściwego rośnie. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że elektrolity słabe w roztworach dysocjują jedynie częściowo. Znaczna zależność przewodności od stężenia wynika z przesunięcia dla małych stężeń molowych następującej równowagi w kierunku produktów:

CH₂ClCOOH _(aq) + H₂O ↔ H₃O⁺_(aq) + CH₂ClCOO^-_(aq)

Przy nieskończonym rozcieńczeniu elektrolit jest całkowicie zdysocjowany, a jego przewodność molowa jest równa granicznej przewodności molowej.

---