ENTALPIA DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie entalpii dysocjacji słabego kwasu przez pomiar przewodności w kilku temperaturach. Do wyznaczenia entalpii dysocjacji słabego kwasu wykorzystuje się równanie Arrheniusa oraz związek przewodności molowej (Λ) słabych elektrolitów z ich stopniem dysocjacji (α) i prawo rozcieńczeń Ostwalda, z którego wyznaczamy stałe dysocjacji kwasu w danej temperaturze (K_T).

Sprzęt: Konduktometr CC-101, Termostat, Termometr obejmujący zakres temperatur 25°C - 60°C, Cylinder miarowy – 50 cm^3, Zlewki - 50 cm^3 - 2 szt. Kolba stożkowa (Erlenmeyera) z szeroką szyjką – 100 cm^3 lub 200 cm^3, tryskawka.

Odczynniki: 0,05 M i/lub 0,01 M roztwór kwasu octowego

Informacje wprowadzające:

Zdolność jonów roztworu elektrolitu do przewodzenia prądu nazywamy przewodnością elektrolityczną, przewodnością elektrolityczną właściwą lub przewodnością elektrolityczną molową.

Przewodność elektrolityczna G elektrolitu jest odwrotnością oporu elektrycznego (R) danego roztworu.

Przewodność elektrolityczną własciwą κ (kappa) roztworu elektrolitu definiuje się jako odwrotność oporu właściwego ρ (ρ = (R × S) / l ) próbki elektrolitu o przekroju S i grubości l.

Jednostką przewodności właściwej jest simens na metr [S/m] (1 S = 1 Ω^-1 (om^-1)). Przewodność elektrolityczna właściwa jest ilorazem współczynnika k = l/S do oporu elektrycznego (R) elektrolitu:

$$= \frac{k}{R}$$

Współczynnik k jest wielkością stałą dla danego układu pomiarowego zwaną: stała naczynka lub pojemność oporowa. Stała naczynka jest to iloraz odległości między elektrodami do powierzchni elektrod. Ze względu na rozpowszechnienie się elektrod zanurzeniowych spotyka się również pojęcie – stała elektrody konduktometrycznej. Stała elektrody konduktometrycznej jest zwykle podawana przez producenta elektrody.

Wykonanie ćwiczenia:

1. Pomiary wykonywane są konduktometrem ELMETRON CC-101 z elektrodą zanurzeniową. Elektroda posiada wyznaczoną przez producenta stałą naczynka, która wynosi 2,5 cm^-1, dlatego wartością mierzoną jest przewodnictwo właściwe κ [mS/cm].

2. Zmierzyć przewodnictwo właściwe wody destylowanej. W przypadku, gdy wskazania miernika będą większe niż 30 µS/cm elektrodę należy dokładnie przemywać wodą destylowaną. Używane naczynia muszą być starannie umyte, wypłukane wodą destylowaną i osuszone. Po każdym pomiarze przewodności elektrolitu o danym stężeniu w danej temperaturze, elektrody konduktometru opłukać wodą destylowaną i osuszyć delikatnie bibułą lub ligniną.

3. Do zlewki wysokiej o pojemnosci 50 cm³ wlać około 30 cm³ 0,05 M kwasu octowego. Przykryć zlewkę Parafilmem®.

4. Czynności z punktu 3. wykonać dla 0,01 M kwasu octowego.

5. Włączyć termostat/łaźnię wodną i ustawić temperaturę 25°C. Gdy temperatura w łaźni wodnej jest wyższa ochłodzić ją dodając lód. W razie potrzeby odlać nadmiar wody z łaźni.

6. Umieścić zlewki z elektrolitem (CH₃COOH) w łaźni wodnej. Gdy temperatura się ustali odczekać 10 min i zmierzyć przewodnictwo właściwe κ za pomocą konduktometru. Pomiar powtórzyć 3-krotnie dla danej temperatury.

Konduktometr należy umieścić w roztworze zgodnie z instrukcją pracy aparatu i sprawdzić, czy pomiędzy elektrodami nie ma pęcherzyków powietrza!! Wartość przewodnictwa właściwego odczytać po jej ustaleniu na aparacie.

1. Pomiary przewodnictwa właściwego κ powtórzyć dla temperatur 30°C, 35°C, 40°C, 45°C, 50°C i 55°C.

Po każdym pomiarze dla danej temperatury elektrody konduktometru opłukać wodą destylowaną i osuszyć delikatnie bibułą.

1. Po zakończeniu pomiarów elektrodę należy przemywać wodą destylowaną, aż do momentu, kiedy wskazania przewodnictwa będą nie większe niż uzyskane w punkcie (2).

Opracowanie wyników:

1. Przeliczyć temperatury pomiaru t na skalę temperatury bezwzględnej T.

2. Korzystając z równania: $\Lambda = \frac{\ \bullet 1000}{c}\lbrack\frac{S \bullet \text{cm}^{2}}{\text{mol}}\rbrack$, gdzie κ [S/cm], c [mol/dm³], obliczyć przewodnictwo molowe roztworu w badanych temperaturach.

3. Na podstawie empirycznej zależności przewodnictwa granicznego kwasu octowego od temperatury obliczyć wartości przewodnictwa granicznego Λ⁰ w badanych temperaturach t [°C].

Λ⁰ = Λ₂₅⁰[1 + 0, 017(t−25)],

gdzie: $\Lambda_{25}^{0} = 390,5\ \frac{S \bullet \text{cm}^{2}}{\text{mol}}$ – przewodnictwo graniczne CH₃COOH w temperaturze 25°C.

1. Obliczyć stopień dysocjacji α roztworu kwasu octowego w każdej temperaturze na podstawie wzoru:

$$\alpha = \frac{\Lambda}{\Lambda^{0}}$$

1. W oparciu o prawo rozcieńczeń Ostwalda obliczyć stałą dysocjacji kwasu (K_c):

$$K_{c} = \frac{{c \bullet \alpha}^{2}}{1 - \alpha}$$

1. Wykreślić zależność: ${\ln K}_{c} = f(\frac{1}{T})$. Wyznaczyć metodą najmniejszych kwadratów współczynnik kierunkowy prostej ${\ln K}_{c} = f(\frac{1}{T})$, a następnie entalpię reakcji dysocjacji ΔH_dys na podstawie równania Arrheniusa:

$${\ln K}_{c} = A + \frac{B}{T}$$

gdzie: A – stała, $B = - \frac{{H}_{\text{dys}}}{R}$, R - stała gazowa 8,31$\frac{J}{mol \bullet K}$

1. Obliczyć błąd wyznaczenia entalpii i przedyskutować wyznaczoną wartość entalpii dysocjacji kwasu octowego.

2. Wykonać wykresy Λ=f(T) i α=f(T). Przedyskutować wpływ temperatury na przewodnictwo molowe Λ i stopień dysocjacji α.

Tabela wyników:

Stężenie kwasu octowego: 0,05 M (taką samą tabelę wykonać dla stężenia 0,01 M)

T []	T [K]	Τ^−1 [$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{K}}$]	κ [$\frac{\mathbf{S}}{\mathbf{\text{cm}}}$]	Λ [ $\frac{\mathbf{S \bullet cm}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\text{mol}}}$]	α	Kc	ln Kc
25
30
35
40
45
50
55
BMNKW [K] =
ΔHdys [J mol^-1] =