Czapla Joanna Data wykonania: 7.03.2005

Czernikowska Katarzyna

ZESPÓŁ A AGH

IMiC

OGNIWA CHEMICZNE

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zmierzenie siły elektromotorycznej (SEM) ogniw Daniella o różnych stężeniach roztworów oraz wyznaczenie iloczyny rozpuszczalnosci trudnorozpuszczalnej soli srebra na podstawie pomiarów SEM ogniwa miedziowo-srebrowego podczas miareczkowania roztworu AgNO3 roztworem odpowiedniej soli.

Przyrządy i odczynniki

Półogniwo cynkowe, półogniwo miedziowe, półogniwo srebrowe, klucze elektrolityczne, woltomierz cyfrowy, komplet przewodów, szkło laboratoryjne, roztwory: 0,1M, 0,5M, 1,0M ZnSO4 i CuSO4, klucz elektrolityczny- roztwór nasycony KCl, 0,01M AgNO3, klucz elektrolityczny NH4NO3

Wykonanie ćwiczenia

1. Ogniwa Daniella napełniliśmy kolejno następującymi roztworami:

0,1M ZnSO4, 0,1M CuSO4, klucz elektrolityczny KCl

0,5M ZnSO4, 0,5M CuSO4, klucz elektrolityczny KCl

1,0M ZnSO4, 1,0M CuSO4, klucz elektrolityczny KCl

Zanurzaliśmy w naczyńkach elektrodowych odpowiednie elektrody i mierzyliśmy woltomierzem cyfrowym SEM kolejno otrzymanych ogniw Daniella. Każdy pomier powtarzaliśmy pięciokrotnie.

2. Zetawiliśmy ogniwo miedziowo-srebrowe: jedno naczyńko napełniliśmy do połowy 1M CuSO4, do drugiego zaś odmierzyliśmy 50ml 0,01M AgNO3. Kontakt miedzy roztworami zapewniliśmy za pomocą klucza elektrolitycznego NH4NO3 i zmierzyliśmy SEM badanego ogniwa woltomierzem. Pomiar powtórzyliśmy pięciokrotnie. Postępując w identyczny sposób zmierzyliśmy SEM badanego ogniwa w trakcie miareczkowania roztworu AgNO3 roztworem KCl.

Opracowanie wyników

1. Porównanie wartości SEM ogniwa Daniella zmierzonej i teoretycznej, w zależności od stężenia elektrolitu.

Korzystamy ze wzoru:

E=E⁰-(RT/2F)*LN(a_Cu²⁺/a_Zn²⁺)

Uniwersalna stała gazowa R:	8,314	[J/mol*K]
Temperatura pomiarów T:	298	[K]
Stała Faradaya F:	96500	[C/mol]

Tablicowe wartości współczynników aktywności i standardowej SEM dla Cu i Zn
	f			Eo [V]
c [M]	0,1	0,5	1
Zn	0,206	0,102	0,062	-0,7611
Cu	0,21	0,104	0,063	0,339

E⁰= 1,1001 V

Rodzaj ogniwa	E dośw [V]	Edośw śr [V]	E teor [V]	Edyf [V]	δ 
Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu	1,063	1,0644	1,1003	0,0359	3,262747
	1,064
	1,065
	1,065
	1,065
Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu	1,084	1,0852	1,0999	0,0147	1,336485
	1,085
	1,085
	1,085
	1,087
Zn/ZnSO4/KCl/CuSO4/Cu	1,085	1,0884	1,0999	0,0115	1,04555
	1,087
	1,089
	1,09
	1,091

E_dyfuzyjny = E_teoret - E_dośw

δ  (Edyf/ Eteor) * 100%

Odchylenia standardowe Edośw średniego:

 (, 0,0008 V

 (, 0,00098 V

 ( 0,002154 V

WNIOSKI:

Przyczynami rozbieżności mogą być: miejscowe wahania temperatury, wpływ polaryzacji elektrod, powierzchniowe zanieczyszczenia elektrod np. przez osad.

Największe rozbieżności wartości SEM występują dla najmniejszego stężenia elektrolitu, są one dwukrotnie większe niż przy pozostałych stężeniach.

Przyczyną błędu mogła być również niestabilność ogniw, spowodowana częściowo przez dyfuzję jednego elektrolitu do drugiego przez klucz elektrolityczny, stąd otrzymujemy potencjał dyfuzyjny.

2. Obliczanie SEM dla ogniwa miedziowo-srebrowego i porównanie z wartością doświadczalna.

E⁰ = 0,799 - 0,339= 0,46 [V]

a_Cu2+=f*c=0,0630*1M=0,0630M

a_Ag+=f*c=0,901*0,01M=0,0090M

Rodzaj ogniwa	E dośw [V]	Edośw śr [V]	E teor [V]	Edyf [V]	δ 
Cu/CuSO4/NH4NO3/AgNO3/Ag	0,354	0,358	0,375	0,017	4,533333
	0,355
	0,359
	0,36
	0,362

 0,0030332 V

WNIOSKI:

Wielkość doświadczalna różni się od teoretycznej o 4,53%. Przyczyny rozbieżności mogą mieć takie same podłoże jak w poprzednim przypadku.

3. Wyznaczenie aktywności jonów Ag+ przy której SEM badanego ogniwa przyjmuje wartość zero. SEM jest równa zero, gdy ogniwo jest w równowadze.

Er=0

a_Ag⁺ = 4,17E-09 M

4. Wyznaczenie aktywności Ag+ w punkcie równoważnikowym i iloczyny rozpuszczalności AgCl.

cKCl [M]	VKCl [ml]	Eśr [V]	V [ml]	 V]	V
					[V/ml]
0,1	0	0,358	2,1	0,004	0,001905
0,1	2,1	0,354	0,9	0,011	0,012222
0,1	3	0,343	1	0,018	0,018
0,1	4	0,325	0,1	0,001	0,01
0,1	4,1	0,324	0,1	0,002	0,02
0,1	4,2	0,322	0,1	0,003	0,03
0,1	4,3	0,319	0,1	0,004	0,04
0,1	4,4	0,315	0,1	0,003	0,03
0,1	4,5	0,312	0,1	0,005	0,05
0,1	4,6	0,307	0,1	0,005	0,05
0,1	4,7	0,302	0,1	0,007	0,07
0,1	4,8	0,295	0,1	0,006	0,06
0,1	4,9	0,289	0,1	0,01	0,1
0,1	5	0,279	0,1	0,022	0,22
0,1	5,1	0,257	0,1	0,073	0,73
0,1	5,2	0,184	0,05	0,039	0,78
0,1	5,25	0,145	0,05	0,014	0,28
0,1	5,3	0,131	0,05	0,009	0,18
0,1	5,35	0,122	0,05	0,007	0,14
0,1	5,4	0,115	0,05	0,006	0,12
0,1	5,45	0,109	0,05	0,004	0,08
0,1	5,5	0,105	0,05	0,004	0,08
0,1	5,55	0,101	0,05	0,002	0,04
0,1	5,6	0,099	0,05	0,004	0,08
0,1	5,65	0,095	0,05	0,002	0,04
0,1	5,7	0,093	0,05	0,003	0,06
0,1	5,75	0,09	0,05	0,001	0,02
0,1	5,8	0,089	0,05	0,002	0,04
0,1	5,85	0,087	0,05	0,002	0,04
0,1	5,9	0,085	0,05	0,002	0,04
0,1	5,95	0,083	0,05	0,001	0,02
0,1	6	0,082	1	0,017	0,017
0,1	7	0,065	1	0,01	0,01
0,1	8	0,055	1	0,006	0,006
0,1	9	0,049	1	0,005	0,005
0,1	10	0,044	5	0,015	0,003
0,1	15	0,029	10	0,014	0,0014
0,1	25	0,015	5	0,005	0,001
0,1	30	0,01	10	0,005	0,0005
0,1	40	0,005	10	0,002	0,0002
0,1	50	0,003	1	0,027	0,027
(1) 0,1	51	-0,024

Obliczam wartość V_KCl w punkcie równoważnikowym. Miareczkowaliśmy

roztwór AgNO₃ w V=50* 10^-3 dm³ i C = 0,01 mol/dm³

50* 10^-3 * 0,01= V* 0,1

V= 5 cm³

Na podstawie maksimum wykresu drugiego ( DE/DV=f(V)) odczytujemy wartość objętości VKCl w punkcie równoważnikowym:

V_KClmax= 5,2 ml

Wartość SEM w tym punkcie wynosi:

Emax= 0,184 V

Znając wartość SEM badanego ogniwa w punkcie równoważnikowym wyznaczamy iloczyn rozpuszczalności AgCl

Emax=E⁰-(RT/2F)*LN(a_Cu2+/a_Zn²⁺)²)

(a_Ag+)²=a_Cu2+/(_e(2F(Emax-E⁰))/RT)

a_Ag+= 5,4E-6 M

L_AgCl = a_Ag⁺ * a_Cl^-

L_AgCl = (a_Ag⁺ )²

L_AgCl = 2,91E-11

Wartość tablicowa iloczynu rozpuszczalności AgCl wynosi:

L_AgCl = 9,3E-10

WNIOSKI:

Wynik doświadczalny różni się od tablicowego o ponad rząd wielkości. Uważamy, że różnica ta jest spowodowana niedokładnym miareczkowaniem. Punktów pomiarowych powinno być jak najwiecej, aby precyzyjniej wyznaczyć punkt równoważnikowy.

Wpływ na błąd pomiaru ma także niedokładny odczyt objętości wprowadzanego roztworu KCl, oraz bład biurety (+/-0,075ml).

---