Malinowski Jarosław 09.03.05.

Ćwiczenie nr 3. Entropia mieszania roztworów na podstawie pomiarów SEM ogniw stężonych.

6. Opis wykonania ćwiczenia:

W kolbach o pojemności 200 cm³ sporządziłem 0,1 molowe roztwory żelazocyjanku potasu i żelazicyjanku potasu przez odpuszczenie odpowiednich naważek.

Przygotowane zlewki napełniłem roztworami zgodnie z poniższą tabelą:

Lp.	ZLEWKA 1		ZLEWKA 2
		żelazocyjanek potasu [cm^3]	żelazicyjanek potasu [cm^3]	żelazocyjanek potasu [cm^3]	żelazicyjanek potasu [cm^3]
1	20,0	0,2	0,2	20,0
2	20,0	1,0	1,0	20,0
3	20,0	2,0	2,0	20,0
4	16,0	4,0	4,0	16,0
5	14,0	6,0	6,0	14,0
6	12,0	8,0	8,0	12,0
7	10,0	10,0	10,0	10,0

Naczyńka pomiarowe połączyłem kluczem elektrolitycznym i zanurzyłem w nich elektrody pomiarowe.

Wykonałem pomiary siły elektromotorycznej ogniw, odczytując i notując wartości SEM 5-krotnie w odstępach 2 minut.

7. Obliczenia:

W ogniwie:

(-) Pt  K₄[Fe(CN)₆], (n₁)  K₄[Fe(CN)₆], (n₂)  Pt (+)

(-) Pt  K₃[Fe(CN)₆], (n₂)  K₃[Fe(CN)₆], (n₁)  Pt (+)

(gdzie n_i - ilość moli danego składnika mieszaniny w roztworze) przebiega następująca reakcja:

Zgodnie z powyższą reakcją SEM ogniwa wynosi:

gdzie: x₁ - ułamek molowy K₄[Fe(CN)₆] w roztworze 1

Znając stężenia przygotowanych roztworów oraz pobranych objętości, obliczam n₁, n₂ oraz x₁ dla składników kolejnych roztworów. Wyniki zestawione są w tabeli poniżej:

Nr roztworu	Ilość moli K4[Fe(CN)6] w roztworze 1 (n1)	Ilość moli K3[Fe(CN)6] w roztworze 1 (n2)	ułamek molowy K4[Fe(CN)6] w roztworze 1 (x1)
1	1,99E-03	1,96E-05	0,9903
2	1,99E-03	9,81E-05	0,9531
3	1,99E-03	1,96E-04	0,9104
4	1,59E-03	3,92E-04	0,8025
5	1,39E-03	5,88E-04	0,7033
6	1,20E-03	7,84E-04	0,6038
7	9,96E-04	9,81E-04	0,5039

Dla danego x₁ SEM ogniwa (1) jest miarą przeniesienia 1 mola jonów [Fe(CN)₆]^4- z roztworu (1) do roztworu (2) oraz 1 mola jonów [Fe(CN)₆]^3- z roztworu (2) do roztworu (1).

Dokonując pomiarów SEM w funkcji stopnia zmieszania n* (równego w warunkach zadania, co do wartości z x₂) od n* = 0 do n* = 0,5 i przyjmując entalpie mieszania jonów za równą zeru, mamy następujące wyrażenie na entropię mieszania:

- obliczam entropię mieszania w następujący sposób (dla roztworu (1)):

W analogiczny sposób obliczyłem S_M dla kolejnych roztworów. Otrzymane wyniki zestawione są w poniższej tabeli:

nr roztworu	n^* = x2	Edośw. [V]	SM	(SM/F)T [J/mol K]
--	0,5	--	--	0,00000000
1	0,4961	0,0008	0,0010	0,00000318
2	0,3962	0,0216	0,6992	0,00215929
3	0,2967	0,0443	1,4282	0,00441045
4	0,1975	0,0720	2,3129	0,00714249
5	0,0896	0,1190	4,1586	0,01284198
6	0,0469	0,1546	2,1385	0,00660390
7	0,0097	0,2373	2,8554	0,00881781
		suma	10,74

Wartość entropii mieszania dla danego n* można obliczyć przez całkowanie graficzne zależności E = f (n*), dla n* = x₂ = 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,05; 0,01, metodą trapezów.

- obliczam pola poszczególnych trapezów:

P₁ = 0,5*(0,0008 + 0,0216)*(0,4961-0,3962) = 0,006909

P₂ = 0,005402

P₃ = 0,009137

P₄ = 0,004226

P₅ = 0,001433

P₆ = 0,000009984

- suma pól pod wykresem jest równa:

Σ P = 0,02712

- aby obliczyć wartość S_M za należy pomnożyć wartość sumy pól pod wykresem przez wartość stałą F/T:

S_M = 8,78 J/mol K

Wartość entropii mieszania S_M otrzymuje się z ekstrapolacji
do n* = 0. Wynosi ona
.

Obliczenia: Microsoft Excel.

8. Omówienie wyników i wnioski:

Teoretyczna wartość entropii mieszania może być obliczona z równania
. Zgodność tej wartości z entropią mieszania doświadczalną wskazuje na bardzo małą lub prawie zerową entropię mieszania. Na podstawie uzyskanych wyników doświadczalna entropia mieszania roztworów wynosi 10,74 J/mol K, a otrzymana z ekstrapolacji
do n* = 0 jest równa 10,35 J/mol K. Wartości te są zbliżone i świadczą o małej entropii mieszania.

Entropia mieszania obliczona metodą trapezów wynosi 8,78 J/mol K. Określa ona tylko przybliżoną wartość, w związku z tym wynik odbiega nieco od wartości rzeczywistych.

2

---