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 odmierzyć z pipety 50 cm³ 0,1 m KCl.

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

Oba pokrętła regulacji napięcia obrócić ostrożnie w lewo do oporu.

Pomiary:

Włączyć obroty silnika. Rozpocząć rejestrację krzywej woltamperometrycznej dla procesu redukcji rozpuszczonego w roztworze tlenu. Zwiększając stopniowo co 0,05V napięcie przyłożone do elektrod, odczytywać odpowiadające mu każdorazowo natężenie prądu. Natężenie prądu wykazuje pewne wahania, odczytywać należy wartości maksymalne. Odczyty prądu prowadzić aż do osiągnięcia napięcia 1,2V.

Przyłożone do elektrod napięcie sprowadzić do 0V, dodać od 0,1 do 0,3 cm³ przygotowanego roztworu Na₂SO₃ do roztworu 0,1 m KCl w zlewce i ostrożnie zamieszać go. Zanotować czas zegarowy dodania roztworu Na₂SO₃. Po upływie 5 min. rejestrować krzywą woltamperometryczną. Notować czas zegarowy, w którym zostaje osiągnięte napięcie 0,9 V.

Dodać kolejną porcję roztworu Na₂SO₃ i postępować jak powyżej rejestrując krzywe woltamperometryczne, aż do uzyskania takich trzech, dla których wartości natężenia prądu przy potencjale 0,9 V będą sobie równe (i dużo niższe niż 10 μA). Po osiągnięciu takiego stanu wyłączyć silnik WEPt, podnieść WEPt ze zlewki i nad krystalizatorem przemyć ją wodą destylowaną z tryskawki. Łącznik agarowy opłukać wodą destylowaną i umieścić w przeznaczonym dla niego naczyniu.

• 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 przenikneła;

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

Wnoiski:

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. Gdyby przerwy pomiędzy poszczególnymi pomiarami były zbyt długie to roztwór nasycałby się niemal całkowicie i miareczkowanie 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.

---