Politechnika Świętokrzyska Wydział Inżynierii Środowiska, Geomatyki i Energetyki Katedra Inżynierii i Ochrony Środowiska
Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: CHEMIA
Student: Sylwia Rzepa		Temat: Równowagi w roztworach wodnych.
				Nr ćwiczenia:	4	Ocena pkt ćwiczenia
		Rok akademicki 2013/2014		Kierunek Inżynieria Środowiska		1.	teoria
										2,0 pkt -
		Studia stacjonarne I stopnia Rok studiów I, semestr 1		Data wykonania ćwiczenia:	26.11.13		2.	cel, wniosek
										1,5 pkt -
Grupa laboratoryjna:	IŚ104 L07	Data oddania sprawozdania	10.12.13				3.	opracowanie merytoryczne ćwiczenia
										5,0 pkt -
Prowadzący: dr Małgorzata Widłak							4.	estetyka, podpis, literatura,
										1,5 pkt -
Uwagi: Ćwiczenie zostało wykonane z zachowaniem wszelkiej ostrożności i przepisów BHP					suma uzyskanych pkt max 10 pkt / ……..

1. Wstęp teoretyczny

Dysocjacja elektrolityczna

Kwasy, zasady i sole nazywa się elektrolitami, ponieważ przewodzą prąd elektryczny
w roztworach wodnych. Elektrolity mocne (np. roztwory HCl, NaOH, itd.) przewodzą dobrze prąd elektryczny. Elektrolity słabe (np. roztwór kwasu octowego) o tym samym stężeniu
co elektrolity mocne, wykazują znacznie słabsze przewodnictwo elektryczne.

Zjawisko zróżnicowanego przewodnictwa prądu wyjaśnia teoria dysocjacji elektrolitycznej
S. Arrheniusa. Według tej teorii wszystkie lub niektóre cząsteczki elektrolitów rozpadają się (dysocjują) samorzutnie w wodnych roztworach na jony dodatnie i ujemne (kationy i aniony).

Dysocjacja elektrolityczna jest odwracalna. W roztworze ustala się równowaga dynamiczna, czyli
w danej jednostce czasu tyle samo cząsteczek elektrolitu ulega dysocjacji ile ich równocześnie powstaje z jonów.

Stopień dysocjacji

Dysocjacja może być całkowita lub częściowa. Ilościowo przedstawia to wprowadzony przez Arrheniusa stopień dysocjacji, który określa, jaka część ogólnej liczby rozpuszczonych cząsteczek elektrolitu ulega rozpadowi na jony i jest liczbą ułamkową.

Stopień dysocjacji zależy od:

- rodzaju rozpuszczalnika

- stężenia roztworu

- temperatury

- obecności innych elektrolitów w roztworze.

Stała dysocjacji

Stała równowagi reakcji dysocjacji zwana jest stałą dysocjacji i równa jest stosunkowi iloczynu stężeń jonów, na które rozpadł się dany elektrolit do stężenia cząsteczek, które nie uległy dysocjacji. Stała dysocjacji lepiej charakteryzuje elektrolit niż stopień dysocjacji, ponieważ
nie zależy od stężenia, lecz tylko od temperatury i rodzaju rozpuszczalnika.

Wykładnik stężenia jonów wodorowych

Kwasowość lub zasadowość roztworu określa ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych, wyrażonych w mol/dm³. Wielkość ta nazywana jest mianem pH.

pH = - log [H⁺]

pOH = - log [OH^-]

pH + pOH = 14

W roztworach obojętnych pH = 7. Roztwór kwaśny wykazuje pH < 7, a roztwór zasadowy
pH > 7

Roztwory buforowe

Roztworami buforowymi nazywa się odpowiednio dobrane roztwory, które nie zmieniają wyraźnie wartości pH, ani po rozcieńczeniu, ani po dodaniu niewielkich ilośi mocnego kwasu
lub mocnej zasady. Są one stosowane wówczas, gdy należy utrzymać stałą wartość pH roztworu.

Najczęściej roztworami buforowymi są mieszaniny słabego kwasu i soli tego kwasu z mocną zasadą lub odwrotnie słabej zasady i soli tej zasady z mocnym kwasem.

2. Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest pomiar pH roztworów, obliczenie stężenia jonów, stałej dysocjacji, stopnia dysocjacji oraz sformułowanie wniosków.

3. Sprzęt i odczynniki

Do wykonania doświadczenia potrzebne są:

- pehametr

- zlewki

- cylindry miarowe

- woda destylowana

- roztwory kwasu octowego o stężeniu molowym 1 mol/dm³, 0,5 mol/dm³, 0,1 mol/dm³

- roztwór octanu sodu o stężeniu molowym 1 mol/dm³

- roztwory wodorotlenku amonu o stężeniu molowym 1 mol/dm³, 0,5 mol/dm³, 0,1 mol/dm³

4. Przebieg doświadczenia

- opłukanie wodą destylowaną i osuszenie sprzętu

- odmierzanie cylindrem miarowym 20 cm³ kwasu octowego o stężeniach molowych: 1 mol/dm³, 0,5 mol/dm³, 0,1 mol/dm³ i przelanie do odpowiednio oznaczonych zlewek o pojemności 25 cm³

- odmierzanie cylindrem miarowym 20 cm³ wodorotlenku amonu o stężeniach molowych:

1 mol/dm³, 0,5 mol/dm³, 0,1 mol/dm³ i przelanie do zlewek o pojemności 25 cm³

- sporządzenie pięciu roztworów buforowych poprzez odmierzenie i zmieszanie wody destylowanej, kwasu octowego i octanu sodu w objętościach wynoszących odpowiednio:
0 cm³, 25 cm³, 25 cm³;
10 cm³, 20 cm³, 20 cm³;
20 cm³, 15 cm³, 15 cm³;
30 cm³, 10 cm³, 10 cm³;
40 cm³, 5 cm³, 5 cm³.

- pomiar wartości wykładnika stężenia jonów wodorowych skalibrowanym pehametrem.

5. Analiza wyników

Zadanie 1.

	Całkowite stężenie roztworu CH3COOH	pH	[H^+]	[CH3COO^-]	[CH3COOH]	Stopień dysocjacji α	Stała dysocjacji K
1.	0,1 mol/dm^3	2,87	1,35×10^-3	1,35×10^-3	0,099865	0,0135	1,7×10^-5
2.	0,5 mol/dm^3	2,55	2,82×10^-3	2,82×10^-3	0,49718	0,00564	1,7×10^-5
3.	1,0 mol/dm^3	2,39	4,07×10^-3	4,07×10^-3	0,99593	0,00407	1,7×10^-5

CH₃COOH ⇒ H⁺ + CH₃COO^-

[CH₃COO^-] = [H⁺] = x (ilość cząsteczek zdysocjowanych)

[CH₃COOH] = c - α×c = c - x

[H⁺] = 10^-pH

α = x/c

α ≤ 0,05, więc K = x²/c

1. [H⁺] = 10^-2,87 = 1,35×10^-3

[CH₃COOH] = 0,1 - 1,35×10^-3 = 0,099865

α = (1,35×10^-3) : 0,1 = 0,0135

2. [H⁺] = 10^-2,55 = 2,82×10^-3

[CH₃COOH] = 0,5 - 2,82×10^-3 = 0,49718

α = (2,82×10^-3) : 0,5 = 0,00564

3. [H⁺] = 10^-2,39 = 4,07×10^-3

[CH₃COOH] = 1,0 - 4,07×10^-3 = 0,99593

α = (4,07×10^-3) : 1,0 = 0,00407

Zadanie 2.

	Całkowite stężenie roztworu NH4OH	pH	[H^+]	[OH^-]	[NH4OH]	Stopień dysocjacji α	Stała dysocjacji K
1.	0,1 mol/dm^3	11,55	2,82×10^-^12	3,55×10^-3	0,097765	0,0355	1,6×10^-4
2.	0,5 mol/dm^3	11,90	1,26×10^-12	7,94×10^-3	0,49206	0,016	1,6×10^-4
3.	1,0 mol/dm^3	12,17	6,76×10^-^1^3	0,015	0,985	0,15	1,6×10^-4

NH₄OH ⇒ NH₄⁺ + OH^-

pOH = 14 - pH

1. [H⁺] = 10^-11,55 = 2,82×10^-12

pOH = 14 - 11,55 = 2,45

[OH^-] = 10^-2,45 = 3,55×10^-3

α = (3,55×10^-3) : 0,1 = 0,0355

[NH₄OH] = 0,1 - 3,55×10^-3 = 0,097765

2. [H⁺] = 10^-11,90 = 1,26×10^-12

pOH = 14 - 11,90 = 2,1

[OH^-] = 10^-2,1 = 7,94×10^-3

α = (7,94×10^-3) : 0,5 = 0,016

[NH₄OH] = 0,5 - 7,94×10^-3 = 0,49206

3. [H⁺] = 10^-12,17 = 6,76×10^-13

pOH = 14 - 12,17 = 6,76

[OH^-] = 10^-6,76 = 0,015

α = (0,015) : 1,0 = 0,15

[NH₄OH] = 1,0 - 0,015 = 0,985

Zadanie 3.

V H2O	V CH3COOH	V CH3COONa	pH	[CH3COOH]	[CH3COONa]	[CH3COOH] : [CH3COONa]
	25 cm^3	25 cm^3	4,73	0,5	0,5	1
10 cm^3	20 cm^3	20 cm^3	4,66	0,4	0,4	1
20 cm^3	15 cm^3	15 cm^3	4,62	0,3	0,3	1
30 cm^3	10 cm^3	10 cm^3	4,56	0,2	0,2	1
40 cm^3	5 cm^3	5 cm^3	4,53	0,1	0,1	1

6. Wnioski

Stopień dysocjacji wzrasta wraz z rozcieńczeniem roztworu, zaś na stałą dysocjacji rozcieńczenie nie ma wpływu.

W roztworze buforowym pomimo różnych objętości kwasu i soli pH zmienia się nieznacznie.

7. Literatura

- Ewa Ozimina, Kazimierz Sułko, „Laboratorium z chemii budowlanej”, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, 2010, str. 9 - 21.

---