Opis wykonania ćwiczenia
Najpierw zmierzyłam przewodnictwo wody destylowanej. Następnie dodawałam po 1 cm3 roztworu badanego elektrolitu i termostatowałam aż do ustalenia się stałej wartości przewodnictwa. Pomiary powtarzałam aż do dodania 15 cm3 badanego elektrolitu. Badanymi roztworami były NaCl i KCl. Wartości przewonictwa umieściłam w tabeli nr 1.
Tabela nr 1
|
DODANA OBJĘTOŚĆ |
PRZEWODNICTWA POSZCZEGÓLNYCH ROZTWORÓW |
|
|
|
KCl |
NaCl |
|
1 cm3 |
0,788 mS |
0,692 mS |
|
2 cm3 |
1,461 mS |
1,302 mS |
|
3 cm3 |
2,57 mS |
2,23 mS |
|
4 cm3 |
3,21 ms |
2,90 mS |
|
5 cm3 |
3,89 ms |
350 mS |
|
6 cm3 |
4,64 mS |
4,01 mS |
|
7 cm3 |
5,25 mS |
4,56 mS |
|
8 cm3 |
5,89 mS |
4,99 mS |
|
9 cm3 |
6,36 mS |
5,46 mS |
|
10 cm3 |
6,88 mS |
5,87 mS |
|
11 cm3 |
7,38 mS |
6,31 mS |
|
12 cm3 |
7,78 mS |
6,73 mS |
|
13 cm3 |
8,20 mS |
7,12 mS |
|
14 cm3 |
8,58 mS |
7,50 mS |
|
15 cm3 |
8,93 mS |
7,85 mS |
|
|
|
|
Przewodnictwa graniczne elektrolitów:
KCl 149,85 Ω-1 cm2 mol-1
NaCl 126,45 Ω-1 cm2 mol-1
Cl- 76,35 Ω-1 cm2 mol-1
Stężenia poszczególnych elektrolitów:
KCl c = 0,3502 mol/dm3
NaCl c = 0,3500 mol/dm3
Stała sondy konduktometrycznej:
K = 1,136 m-1
Objętość początkowa wody: 50 cm3
Przewodnictwo wody: 2,58 μS
Obliczenia
1.
Doświadczalne wartości przewodnictwa molowego badanych roztworów Λ(dośw.) obliczyłam ze wzoru:
Λ(dośw.) = K*L/c (1)
gdzie: c - stężenie roztworu [mol/m3]
L - zmierzone przewodnictwo [S]
K - wartość pojemności oporowej sondy [m-1]
Uzyskane wyniki zestawiłam w tabeli nr 2.
2.
W przypadku mocnych elektrolitów 1:1, wartości teoretycznych przewodnictw molowych dla badanych roztworów obliczyłam na podstawie równania Onsagera:
Λ(teor.) = Λ° - (B1Λ0 + B2) √c (2)
gdzie:B1 i B2 są wielkościami stałymi dla roztworów wodnych i wynoszą odpowiednio:
B1 = 72,73*10-4 [m3/2 mol-1/2]
B2 = 1,918*10-4 [Ω-1 m1/2 mol-3/2]
Λ° - graniczne przewodnictwo molowe badanego elektrolitu [Ω-1 m2 mol-1]
3.
Wyznaczyłam graniczne przewodnictwo molowe badanego elektrolitu korzystając z zależności Shedlovsky'ego:
Λ' = Λ0,exp + bc (3)
gdzie:
Λ' = [Λ(dośw.) + B2 √c] / [1- B1√c] (4)
Dla badanych roztworów elektrolitów Λ' jest liniową funkcją stężenia, przy czym dla c=0
Λ' = Λ0,exp (równanie 3 ).
Sporządziłam wykres Λ' = f (c). Metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyłam graniczne przewodnictwo molowe Λ0,exp badanych elektrolitów.
4.
Na podstawie wyznaczonego granicznego przewodnictwa molowego z równania Shedlovsky'ego obliczyłam liczbę przenoszenia kationu odpowiedniego elektrolitu przy rozcieńczeniu nieskończenie wielkim, korzystając ze wzoru:
t+ = λ+,0/Λ0,exp (5)
5.
Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiłam w postaci tabeli:
Tabela nr 2 Wyniki pomiarów i obliczeń dla KCl
|
c [mol/m-3] |
c [mol1/2m-3/2] |
L [S] |
Λ(dośw.) |
Λ(teor.) |
Λ' |
1 |
0,0003502 |
0,01871 |
0,000788 |
2,5561 |
0,014979 |
2,5561 |
2 |
0,0007004 |
0,02646 |
0,001461 |
2,3696 |
0,014977 |
2,3696 |
3 |
0,0010506 |
0,03241 |
0,00257 |
2,7789 |
0,014975 |
2,7789 |
4 |
0,0014008 |
0,03743 |
0,00321 |
2,6031 |
0,014974 |
2,6031 |
5 |
0,001751 |
0,04184 |
0,00389 |
2,5237 |
0,014972 |
2,5237 |
6 |
0,0021012 |
0,04584 |
0,00464 |
2,8383 |
0,014971 |
2,8383 |
7 |
0,0024514 |
0,04951 |
0,00525 |
2,4328 |
0,01497 |
2,4328 |
8 |
0,0028016 |
0,05293 |
0,00589 |
2,3882 |
0,014969 |
2,3882 |
9 |
0,0031518 |
0,05614 |
0,00636 |
2,2923 |
0,014968 |
2,2923 |
10 |
0,003502 |
0,05917 |
0,00688 |
2,2317 |
0,014967 |
2,2317 |
11 |
0,0038522 |
0,06206 |
0,00738 |
2,1763 |
0,014966 |
2,1763 |
12 |
0,0042024 |
0,06483 |
0,00778 |
2,1301 |
0,014966 |
2,1301 |
13 |
0,0045526 |
0,06747 |
0,0082 |
2,0461 |
0,014965 |
2,0461 |
14 |
0,0049028 |
0,07002 |
0,00858 |
1,9778 |
0,014964 |
1,9778 |
15 |
0,005253 |
0,07247 |
0,00893 |
1,9311 |
0,014963 |
1,9311 |
Λ0,exp = 149,69 [Ω-1 m2 mol-1]
t+ = 0,51 |
Tabela nr 3 Wyniki pomiarów i obliczeń dla NaCl
|
|
|
c [mol/m-3] |
c [mol1/2m-3/2] |
|
L [S] |
Λ(dośw.) |
Λ(teor.) |
Λ' |
|
1 |
|
0,00035 |
0,01871 |
|
0,000692 |
2,246 |
0,01264 |
2,246 |
|
2 |
|
0,0007 |
0,02646 |
|
0,001302 |
2,1129 |
0,012637 |
2,1129 |
|
3 |
|
0,00105 |
0,03241 |
|
0,00223 |
2,4126 |
0,012636 |
2,4126 |
|
4 |
|
0,0014 |
0,03742 |
|
0,0029 |
2,3531 |
0,012634 |
2,3531 |
|
5 |
|
0,00175 |
0,04183 |
|
0,0035 |
2,272 |
0,012633 |
2,272 |
|
6 |
|
0,0021 |
0,04583 |
|
0,00401 |
2,1692 |
0,012632 |
2,1692 |
|
7 |
|
0,00245 |
0,04949 |
|
0,00456 |
2,1143 |
0,012631 |
2,1143 |
|
8 |
|
0,0028 |
0,05291 |
|
0,00499 |
2,0245 |
0,01263 |
2,0245 |
|
9 |
|
0,00315 |
0,05612 |
|
0,00546 |
1,969 |
0,012629 |
1,969 |
|
10 |
|
0,0035 |
0,05916 |
|
0,00587 |
1,9052 |
0,02628 |
1,9052 |
|
11 |
|
0,00385 |
0,06205 |
|
0,00631 |
1,8618 |
0,012627 |
1,8618 |
|
12 |
|
0,0042 |
0,06481 |
|
0,00673 |
1,8203 |
0,012627 |
1,8203 |
|
13 |
|
0,00455 |
0,06745 |
|
0,00712 |
1,7776 |
0,012626 |
1,7776 |
|
14 |
|
0,0049 |
0,07 |
|
0,0075 |
1,7387 |
0,012625 |
1,7387 |
|
15 |
|
0,00525 |
0,07245 |
|
0,00785 |
1,6985 |
0,012624 |
1,6985 |
Λ0,exp = 135,59 [Ω-1 m2 mol-1]
t+ = 0,56
|
6.
Sporządziłam wykresy zależności Λ(dośw.) oraz Λ(teor.) w funkcji √c.
Wnioski
Z przeprowadzonych pomiarów przewodnictwa molowego elektrolitów mocnych, chlorku potasu i chlorku sodu wynika, że wraz ze wzrostem stężenia przewodnictwo molowe maleje.
W obu przypadkach zmierzone wartości przewodnictwa nie są identyczne z wartościami z tablic fizykochemicznych, bowiem otrzymanie wartości tablicowych wymaga najwyższej czystości elektrolitu oraz przeprowadzenia pomiarów bez śladu dwutlenku węgla. Za pomocą metody najmniejszych kwadratów można wyznaczyć graniczną wartość przewodnictwa molowego, które dla c=0 jest równe wartości przewodnictwa obliczonego na podstawie zależności Shedlovsky'ego.