Data wykonania ćwiczenia 8.12.2008r.	Imię i nazwisko Karolina Skrzypiec, Sabina Smusz	Grupa D
Nr ćwiczenia 5	Tytuł ćwiczenia Wyznaczanie cząstkowych objętości molowych w układach etanol - woda i KCl - woda.	Grupa 2

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie cząstkowych objętości molowych w układach etanol - woda i KCl - woda.

2. Część doświadczalna.

1. Stosowana aparatura:

• gęstościomierz,

• szkło laboratoryjne.

2. Stosowane odczynniki:

• alkohol etylowy absolutny,

• 1,5 m KCl,

• woda destylowana.

3. Wykonanie ćwiczenia:

• Przygotowano dwie serie roztworów KCl z wodą i alkoholu etylowego absolutnego z wodą.

• Zmierzono gęstości poszczególnych roztworów.

3. Wyniki pomiarów.

1. etanol - woda

Lp.	Ve [cm^3]	Vw [cm^3]	dr [g/cm^3]
1	0	H2O	0,9996
2	5,5	7	0,9435
3	8,5	4	0,9020
4	10,5	2	0,8591
5	11,5	1	0,8360
6	alk	0	0,8144

2. KCl - woda

Lp.	VKCl [cm^3]	Vw [cm^3]	dr [g/cm^3]
1	0	25	0,9996
2	0,75	24,25	1,0016
3	2,5	22,5	1,0064
4	5	20	1,0134
5	10	15	1,0270
6	15	10	1,0406
7	25	0	1,0670

4. Opracowanie wyników.

1. Obliczenie wartości objętości molowej roztworu V (V =
   .

Podczas obliczania V, skorzystano ze wzorów:

,

gdzie:

V_r - objętość roztworu [cm³],

d_r - gęstość roztworu [g/cm³],

m_e, m_w - masa etanolu, wody,

Masy etanolu i wody wyznaczono korzystając z wyrażeń:

,

,

gdzie:

- gęstości odpowiednio czystego alkoholu etylowego i wody destylowanej,

V_e, V_w - objętości odpowiednio czystego alkoholu etylowego oraz wody destylowanej użyte do sporządzenia poszczególnych roztworów.

n_e i n_w obliczono korzystając ze wzorów:

oraz
,

gdzie:

są masami molowymi odpowiednio alkoholu etylowego i wody.

Wykonano obliczenia podstawiając M_e = 46,068 g/mol i M_w = 18,016 g/mol.

Otrzymano następujące wyniki:

Lp.	Ve [cm^3]	Vw [cm^3]	dr [g/cm^3]	me [g]	mw [g]	Vr [cm^3]	ne	nw	V
1	0	25	0,9996	0	24,99	25	0	1,3871	18,0232
2	5,5	7	0,9435	4,4792	6,9972	12,1636	0,0972	0,3884	25,0486
3	8,5	4	0,9020	6,9224	3,9984	12,1073	0,1503	0,2219	32,5290
4	10,5	2	0,8591	8,5512	1,9992	12,1808	0,1856	0,1110	41,0681
5	11,5	1	0,8360	9,3656	0,9996	12,3986	0,2033	0,0555	47,9080
6	12	0	0,8144	9,7728	0	12	0,2121	0	56,5771

2. Obliczono ułamki molowe alkoholu etylowego w każdej mieszaninie.

Ułamek molowy alkoholu etylowego obliczono korzystając ze wzoru:

Lp.	Ve [cm^3]	Vw [cm^3]	V	xe
1	0	25	18,0232	0
2	5,5	7	25,0486	0,2002
3	8,5	4	32,5290	0,4038
4	10,5	2	41,0681	0,6258
5	11,5	1	47,9080	0,7855
6	12	0	56,5771	1

3. Narysowano wykres zależności V w funkcji ułamka molowego alkoholu etylowego.

4. Wyznaczenie cząstkowych objętości molowych alkoholu etylowego i wody.

Ponieważ wykres V = f(x_e) jest zbliżony do linii prostej wykreślono zależność objętości właściwej
od ułamka wagowego etanolu i z wykresu V_wł = f(x_wag) wyznaczono cząstkowe objętości właściwe składników. Cząstkowe objętości molowe otrzymano mnożąc te wielkości przez odpowiednie masy molowe.

Lp.	me [g]	mw [g]	xwag	dr [g/cm^3]
1	0	24,99	0	0,9996	1,0004
2	4,4792	6,9972	0,3903	0,9435	1,0599
3	6,9224	3,9984	0,6339	0,9020	1,1086
4	8,5512	1,9992	0,8105	0,8591	1,1640
5	9,3656	0,9996	0,9036	0,8360	1,1962
6	9,7728	0	1	0,8144	1,2279

Wykres zależności objętości właściwej od ułamka wagowego etanolu

Równanie stycznej w punkcie a ma postać y = ax + b i odpowiada zależności:

V =

Stąd:

= b,

= a + b

i
wyznaczono przez pomnożenie cząstkowych objętości właściwych przez odpowiednie masy molowe.

Lp.	Ve [cm^3]	Vw [cm^3]
1	0	25	-	-	-	18,0232
2	5,5	7	1,1528	1,0004	53,1072	18,0232
3	8,5	4	1,1818	0,9819	54,4432	17,6810
4	10,5	2	1,2234	0,9097	56,3596	16,3892
5	11,5	1	1,2296	0,8837	56,6452	15,9207
6	12	0	-	-	56,5771	-

5. Obliczono pozorne objętości molowe dla roztworów KCl.

Pozorne objętości molowe dla roztworu KCl obliczono ze wzoru:

,

gdzie m jest molalnością roztworu KCl.

Obliczono molalności m sporządzonych roztworów KCl:

Masy roztworów 1,5 m KCl użyte do sporządzenia badanych roztworów obliczono mnożąc wzięte objętości 1,5 m KCl przez gęstość 1,5 m KCl (1,0406).

Fakt, iż roztwór jest 1,5 m oznacza, że w 1000g rozpuszczalnika (w tym wypadku wody) rozpuszczone jest 1,5 mola substancji. Ponieważ masa molowa KCl M_KCl = 74,6 g/mol, to 1,5 mola KCl ma masę 111,9 g. Wynika stąd, że 111,9 g (1,5 mola) KCl rozpuszczone jest w 1111,9 g roztworu.

Stąd korzystając z poniższej proporcji obliczono liczbę moli KCl zawartą w sporządzonych roztworach:

1,5 mola KCl 1111,9 g roztworu

n _KCl m_{r KCl}

czyli:

Masę wody zawartą w sporządzonych roztworach obliczono przez dodanie do masy wody użytej w doświadczeniu (V_w × 0,9996) masy wody zawartej w 1,5 m KCl (m_{r KCl} - n_KCl × M_KCl) .

Molalność sporządzonych roztworów obliczono korzystając z proporcji:

n_KCl m_w [g]

m 1000 g

Wykonano obliczenia i otrzymano:

Lp.	VKCl [cm^3]	Vw [cm^3]	dr [g/cm^3]	mr KCl [g]	nKCl	mw[g]	m [mol/kg]	Φ
1	0	25	0,9996	0	0	24,99	0	-
2	0,75	24,25	1,0016	0,80025	1,0796×10^-3	24,9600	0,0432	28,2310
3	2,5	22,5	1,0064	2,6675	3,5986×10^-3	24,8900	0,1446	27,3797
4	5	20	1,0134	5,3350	7,1971×10^-3	24,7900	0,2903	26,6863
5	10	15	1,0270	10,6700	0,0144	24,5898	0,5856	27,0610
6	15	10	1,0406	16,0050	0,0216	24,3896	0,8856	27,1816
7	25	0	1,0670	26,6750	0,0360	23,9894	1,5	27,7869

6. Sporządzono wykres funkcji Φ = f(
   i wyznaczono współczynnik kierunkowy prostej
   

Lp.	m [mol/kg]		Φ
1	0	0	-
2	0,0432	0,2078	28,2310
3	0,1446	0,3803	27,3797
4	0,2903	0,5388	26,6863
5	0,5856	0,7652	27,0610
6	0,8856	0,9411	27,1816
7	1,5	1,2247	27,7869

Ponieważ dwa pierwsze punkty w znaczny sposób odbiegają do pozostałych odrzucono je, wykres narysowano ponownie i dopasowano do niego linię prostą:

jest współczynnikiem kierunkowym tej prostej, stąd
= 1,556.

7. Obliczono cząstkowe objętości molowe wody i KCl.

Cząstkowe objętości molowe wody i KCl obliczono korzystając z następujących wyrażeń:

,

przy czym
,

gdzie d_w jest gęstością wody destylowanej.

Otrzymano:

Lp.	VKCl [cm^3]	Vw [cm^3]	Φ
1	0	25	-	-	-
2	0,75	24,25	28,2310	-	^-
3	2,5	22,5	27,3797	-	-
4	5	20	26,6863	27,1055	18,0210
5	10	15	27,0610	27,6563	18,0169
6	15	10	27,1816	27,9138	18,0115
7	25	0	27,7869	28,7397	17,9975

8. Wykreślono zależność cząstkowej objętości molowej KCl w zależności od
   . W celu przeliczenia stężeń molalnych na molowe zastosowano wzór:

Lp.	m [mol/kg]	dr [g/cm^3]		c
1	0	0,9996	-	-	-
2	0,0432	1,0016	-	-	-
3	0,1446	1,0064	-	-	-
4	0,2903	1,0134	27,1055	0,2879	0,5366
5	0,5856	1,0270	27,6563	0,5762	0,7591
6	0,8856	1,0406	27,9138	0,8644	0,9297
7	1,5	1,0670	28,7397	1,4394	1,1998

Cząstkowa objętość elektrolitu w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim wynosi 25,788.

1

---