Paulina Torke

197898

BINOŻ

Wtorek 8:15-12:00

ĆWICZENIE 43

MIARECZKOWANIE KONDUKTOMETRYCZNE

Wstęp

Konduktometria to dział chemii fizycznej, który obejmuje badania przewodnictwa elektronowego roztworów elektrolitów. Roztwory te są dobrymi przewodnikami prądu, gdyż zawierają jonu naładowane elektrycznie. Celem tego ćwiczenia jest wykorzystanie pomiaru przewodnictwa do oznaczenia zawartości kwasu w próbce. Do wykonania tego zadania potrzebne będzie naczynie konduktometryczne. Jest to naczynie, które zawiera wtopione elektrody platynowe, pokryte czernią platynową. Budowa tego naczynia powoduje zwiększenie efektywnej powierzchni elektrody . Przewodnictwem właściwym roztworu (к) nazywamy przewodnictwo roztworu znajdującego się pomiędzy dwiema równoległymi elektrodami, o powierzchni jednostkowej, odległymi od siebie o jednostkę długości. Wzór, który będę używać w celu wyznaczenia przewodnictwa elektrycznego, informuje nas że Г jest wprost proporcjonalne do powierzchni elektrody s i odwrotnie proporcjonalnie do długości słupa elektrolitu l i zależy od przewodnictwa właściwego к :

Jednostką przewodności jest [Ω^-1] zwany simensem [S].

[Ω^-1m^-1]

gdzie: k jest zwana stałą naczyńka o wzorze k=L/S, a R mierzymy za pomocą mostka Wheastone’a.

Inną wielkością charakteryzującą przewodnictwo roztworów jest przewodność molowa.

Przewodnictwem molowym elektrolitu nazywamy przewodnictwo takiej objętości roztworu, w której zawarty jest 1 mol elektrolitu i która znajduje się pomiędzy równoległymi elektrodami, oddalonymi od siebie o jednostkę długości:

$\Lambda = \frac{\kappa}{c}$ [Ω^-1m²mol^-1]

gdzie c to stężenie molowe badanego roztworu.

Miareczkowanie konduktometryczne polega na pomiarach zmian przewodnictwa roztworu miareczkowanego. Zmiany te są widoczne wówczas, gdy do roztworu wprowadza się jony różniące się znacznie ruchliwością od jonów obecnych pierwotnie w roztworze. Punkt końcowy miareczkowania ustala się graficznie na podstawie wykresu przedstawiającego zależność przewodnictwa miareczkowanego roztworu od objętości dodanego odczynnika miareczkującego. Podczas miareczkowania konduktometrycznego w miarę dodawania odczynnika miareczkującego objętość roztworu wzrasta, a jego stężenie ulega zmianie. Jedną głównych zasad miareczkowania jest prawo Kohlrauscha, jest to prawo o niezależnej wędrówce jonów. Mówi ona o tym, że w roztworze nieskończenie rozcieńczonym jony poruszają się swobodnie bez wzajemnego oddziaływania. W tych warunkach wszystkie elektrolity, słabe też, są całkowicie zdysocjowane i wartość Λ₀ da się obliczyć jako sumę przewodnictw granicznych jonów λ₀ i wchodzących w skład danego elektrolitu.

Λ₀ = ∑ν_iλ_0, i

Celem mojego doświadczenia jest również wyznaczenie punktu równoważnikowego miareczkowania. Jest to taki punkt, a właściwie moment, w którym ilość odczynnika miareczkującego jest równoważna chemicznie ilości składnika oznaczonego. Obliczę również liczbę moli i stężenie kwasu w roztworze dla każdego miareczkowania. Do obliczenia stężenia molowego kwasów użyję wzoru:

C_NaOH - stężenie zasady sodowej użytej do miareczkowania [0,2 mol/dm³]

V_PR- objętość zasady zużyta na zobojętnienie kwasu [ml]

V - objętość badanego roztworu odmierzona do oznaczenia [ml]

Natomiast do obliczenia liczby moli użyję przekształconego wzoru na stężenie molowe, które już po przekształceniu ma postać:

n = c * V

C- stężenie molowe kwasu w roztworze [M]
V- objętość kwasu w roztworze [dm³]
n- liczba moli kwasu w roztworze [mol]

Część doświadczalna

Do wykonania doświadczenia użyłam niezbędnych sprzętów i odczynników:

Sprzęt

• Konduktometr

• Biureta

• Dipol

• Mieszadło elektryczne

Odczynniki

• Roztwory badane kwasu solnego, kwasu octowego o nieznanych stężeniach

• 0,2 M roztwór NaOH

• Woda destylowana

1. Miareczkowanie mocnych kwasów mocną zasadą.

Miareczkowanie 5ml kwasu HCl mocną zasadą NaOH o stężeniu 0,2M.

VNaOH [ml]	Г[S]
0	2,64
0,5	2,39
1	2,16
1,5	1,83
2	1,52
2,5	1,25
3	0,89
3,5	0,82
4	1,01
4,5	1,22
5	1,45
5,5	1,64
6	1,87
6,5	2,08
7	2,31
7,5	2,48
8	2,68

1. Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą.

Miareczkowanie 5 ml kwasu CH₃COOH mocną zasadą NaOH o stężeniu 0,2M.

VNaOH [ml]	Г[S]
0	0,19
0,5	0,18
1	0,23
1,5	0,33
2	0,41
2,5	0,49
3	0,58
3,5	0,66
4	0,75
4,5	0,84
5	0,95
5,5	1,16
6	1,37
6,5	1,64
7	1,89

1. Miareczkowanie mieszaniny kwasów mocną zasadą.

Miareczkowanie 5ml kwasu HCl i 5ml kwasu CH₃COOH mocną zasadą NaOH o stężeniu 0,2M.

VNaOH [ml]	Г[S]
0	3,48
0,5	3,19
1	2,82
1,5	2,42
2	2,04
2,5	1,71
3	1,41
3,5	1,22
4	1,21
4,5	1,30
5	1,37
5,5	1,47
6	1,57
6,5	1,66
7	1,78
7,5	1,89
8	1,99
8,5	2,12
9	2,34
9,5	2,61
10	2,87
10,5	3,11
11	3,36
11,5	3,62

Część rachunkowa

1. Dla mocnego kwasu i mocnej zasady

(kolorem żółtym oznaczono punkt równoważnikowy miareczkowania)

Przed osiągnięciem punktu równoważnikowego miareczkowania spada przewodnictwo roztworu w wyniku rozcieńczania roztworu miareczkowanego, czyli zwiększania się jego objętości. Po przekroczeniu punktu równoważnikowego miareczkowania przewodnictwo Г wzrasta, gdyż wzrasta całkowita liczba jonów w roztworze.

Punkt równoważnikowy ma współrzędne : (3,5; 0,82)

Stężenie molowe kwasu w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack c = M*\frac{\text{dm}^{3}}{\text{dm}^{3}} = M\rbrack$$

$$c_{\text{HCl}} = \frac{0,2*0,035}{0,05} = 0,14M$$

Liczba moli kwasu w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack n = \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}*\text{dm}^{3} = \text{mol}\rbrack$$

n = 0, 14 * 0, 05 = 0, 007mol

1. Dla słabego kwasu i mocnej zasady

(kolorem żółtym oznaczono punkt równoważnikowy miareczkowania)

Efektem miareczkowania jest początkowe nieznaczne obniżenie przewodnictwa, a następnie wyraźny stopniowy wzrost przewodnictwa. Po przekroczeniu punktu równoważnikowego zależność przewodnictwa Г zmienia swój charakter i następuje silny wzrost przewodnictwa .

Punkt równoważnikowy ma współrzędne: (5; 0,95)

Stężenie molowe kwasu CH₃COOH w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack c = M*\frac{\text{dm}^{3}}{\text{dm}^{3}} = M\rbrack$$

$$c_{\text{CH}3\text{COOH}} = \frac{0,2*0,05}{0,05} = 0,2M$$

Liczba moli kwasu w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack n = \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}*\text{dm}^{3} = \text{mol}\rbrack$$

n = 0, 2 * 0, 05 = 0, 01mol

1. Dla mieszaniny kwasów i mocnej zasady:

(kolorem żółtym oznaczono punkt równoważnikowy miareczkowania)

Miareczkując mieszaninę kwasów o różnej mocy mocną zasadą otrzymuje się krzywą miareczkowania konduktometrycznego z dwoma punktami załamania. Pierwszy z nich odpowiada za zobojętnienie mocniejszego kwasu, drugi zaś za słabszego kwasu.

Punkt równoważnikowy dla mocniejszego kwasu ma współrzędne: (4; 1,21)

Punkt równoważnikowy dla słabszego kwasu ma współrzędne: (8,5; 2,12)

Stężenie molowe dla mocniejszego kwasu wynosi:

$$\lbrack c = M*\frac{\text{dm}^{3}}{\text{dm}^{3}} = M\rbrack$$

$$c_{\text{HCl}} = \frac{0,2*0,04}{0,05} = 0,16M$$

Liczba moli mocniejszego kwasu w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack n = \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}*\text{dm}^{3} = \text{mol}\rbrack$$

n = 0, 16 * 0, 05 = 0, 008mol

Stężenie molowe dla słabszego kwasu wynosi:

$$\lbrack c = M*\frac{\text{dm}^{3}}{\text{dm}^{3}} = M\rbrack$$

$$c_{\text{CH}3\text{COOH}} = \frac{0,2*(0,085 - 0,04)}{0,05} = 0,18M$$

Liczba moli słabszego kwasu w tym roztworze wynosi:

$$\lbrack n = \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}*\text{dm}^{3} = \text{mo}l\rbrack$$

n = 0, 18 * 0, 05 = 0, 009mol

Wnioski

Po dogłębnym przejrzeniu wyników i wykresów można wywnioskować, że dla roztworu zawierającego tylko mocny kwas solny HCl miareczkowanego mocną zasadą NaOH o stężeniu 0,2M stężenie kwasu, które wynosi 0,14M jest niższe od tego, gdzie kwas solny znajduje się w roztworze składającym się dodatkowo z słabego kwasu CH₃COOH. Różnica ta wynosi 0,02M. Natomiast stężenie słabego kwasu CH₃COOH w roztworze składającym się jedynie z tego kwasu wynosi 0,2M, czyli jest wyższe niż stężenie tego słabego kwasu w roztworze składającego się również z mocnego kwasu HCl. Różnica w tym przypadku wynosi również 0,02M.