Izabela Klaban 04.2005

Ćwiczenie nr 19

Wyznaczanie szybkości przenikania tlenu przez granicę faz powietrze - roztwór metodą woltamperometrii z wirującą elektrodą platynową

Wykonanie ćwiczenia:

Do niskiej zlewki na 100 cm³ odmierzyłam pipetą 50 cm³ 0,1 m KCl.

Na wadze analitycznej w krokodylku odważyłam około 0,1 g bezwodnego Na₂SO₃ Odważkę tę rozpuściłam w kolbce stożkowej w 10 cm³ wody, odmierzonej za pomocą pipety.

Oba pokrętła regulacji napięcia obróciłam w lewo do oporu.

Pomiary:

Włączyłam obroty silnika. Rozpoczęłam rejestrację krzywej woltamperometrycznej dla procesu redukcji rozpuszczonego w roztworze tlenu. Zwiększając stopniowo co 0,05V napięcie przyłożone do elektrod, odczytywałam odpowiadające mu każdorazowo natężenie prądu. Natężenie prądu wykazywało pewne wahania (odczytywałam wartości maksymalne). Odczyty prądu prowadziłam aż do osiągnięcia napięcia 1,2V.

Przyłożone do elektrod napięcie sprowadziłam do 0V, dodając od 0,1 do 0,3 cm³ przygotowanego roztworu Na₂SO₃ do roztworu 0,1 m KCl w zlewce i ostrożnie mieszałam go. Notowałam czas zegarowy dodania roztworu Na₂SO₃. Po upływie 5 min. rejestrowałam krzywą woltamperometryczną. Notowałam czas zegarowy, w którym zostaje osiągnięte napięcie 0,9 V.

Dodałam kolejną porcję roztworu Na₂SO₃ i postępowałam jak powyżej rejestrując krzywe woltamperometryczne, aż do uzyskania takich trzech, dla których wartości natężenia prądu przy potencjale 0,9 V są sobie równe.

• Zestawienie uzyskanych wyników:

Natężenie prądu [μA]

masa naważki: 0,1008g

średnica naczyńka: 4,75 cm

temperatura: 21^oC

• Obliczam jaka objętość tlenu jest rozpuszczona w 50cm³ wody na podstawie tabeli:

Temperatura °C	14	16	18	20	22	24	26	28	30
cm^3 O2 w 1dm^3 wody	7,19	6,89	6,61	6,36	6,11	5,89	5,67	5,46	5,26

W 1000cm³ rozpuszcza się w temp 21^oC 6,235 cm³ tlenu.

W 50cm³ rozpuszcza się 0,3118cm³ tlenu.

• Obliczam liczbę moli Na₂SO₃, która jest potrzebna do związania tlenu rozpuszczonego w roztworze KCl:

0,5 mola tlenu odpowiada 1 mol siarczanu (IV) sodu, więc na

1,29*10^-05 mola tlenu przypada 2,58*10^-05 mola siarczanu (IV) sodu.

• Punkt równoważnikowy miareczkowania amperometrycznego:

1. regresja przed punktem równoważnikowym (dla 3 pierwszych punktów):

2. regresja za punktem równoważnikowym (dla pozostałych punktów):

Punkt równoważnikowy miareczkowania amperometrycznego jest punktem przecięcia się powyższych prostych:

V (PR) = 0,76cm3

• Obliczam liczbę moli i objętość w cm³ tlenu związanego w trakcie miareczkowania - w oparciu o punkt równoważnikowy wyznaczony z wykresu miareczkowania amperometrycznego:

Masa naważki = 0,1008g

Masa molowa soli = 125,86 g/mol

Na₂SO₄

Więc stężenie roztworu Na₂SO₄:

Znając objętość Na₂SO₄ obliczam ile moli siarczynu zużyto w PR:

Obliczam ilość O_2, która jest niezbędna do związania siarczynu (reakcja przebiega w stosunku 1 : 2):

cm³

• Obliczam objętość tlenu, która przeszła z atmosfery do roztworu od momentu rozpoczęcia miareczkowania do czasu, kiedy został osiągnięty PR:

Vp=Vc - Vp

gdzie:

Vp - objętość która przeniknęła;

Vc - objętość całkowita;

Vp - objętość początkowa.

Vp= 0,7345cm³ - 0,3118cm³ = 0,4227 cm³

• Obliczam powierzchnię granicy faz:

• Obliczam szybkość przenikania tlenu przez granicę faz na podstawie wzoru:
  

gdzie:

- objętość tlenu;

S - powierzchnia cieczy zlewce;

T - czas od podania pierwszej objętości Na₂SO₃ do osiągnięcia PR

T = 13 minut = 780 s

S = 17,72 cm²

Wnioski:

Założyłam, że rozpuszczalność tlenu w wodzie w zakresie temp. 14 - 30 ⁰C jest zależnością liniową, co pozwoliło mi wyznaczyć objętości tlenu rozpuszczonego w stanie równowagi w temp. 21 ⁰C.

Metoda woltamperometrii cechuje się dość dużym stopniem skomplikowania pomiarów. Są one wymagające, jednak przy pewnej wprawie można je wykonywać dość szybko i precyzyjnie.

Szybkość przenikania tlenu jest dość duża 3,06*10^-5 [cm³/(cm² s)].

Jeśli przerwy pomiędzy poszczególnymi pomiarami były zbyt długie to roztwór nasycałby się niemal całkowicie tlenem i miareczkowanie trwałoby bez końca. Pomiary takich wartości jak szybkość przenikania tlenu są pomiarami złożonymi, zależącymi od wielu zmiennych. Dopiero uwzględnienie tych czynników zapewnia rzetelności i prawidłowość pomiarów.

Natężenie prądu maleje podczas dodawania większych objętości titrantu (Na₂SO₄). Związki - siarczyny (IV) są używane do usuwania tlenu z roztworu.

Wykres krzywych i=f(-E) wykonałam dla objętości od 0 do 1,5 cm³. Kolejne krzywe zmniejszyły by czytelność wykresu, ponieważ krzywe nakrywają się na siebie.

---