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 (KT).
Sprzęt: Konduktometr CC-101, Termostat, Termometr obejmujący zakres temperatur 25°C - 60°C, Cylinder miarowy – 50 cm3, Zlewki - 50 cm3 - 2 szt. Kolba stożkowa (Erlenmeyera) z szeroką szyjką – 100 cm3 lub 200 cm3, tryskawka. |
|
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:
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].
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.
Do zlewki wysokiej o pojemnosci 50 cm3 wlać około 30 cm3 0,05 M kwasu octowego. Przykryć zlewkę Parafilmem®.
Czynności z punktu 3. wykonać dla 0,01 M kwasu octowego.
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.
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.
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.
Po zakończeniu pomiarów elektrodę należy przemywać wodą destylowaną, aż do momentu, kiedy wskazania przewodnictwa będą nie większe niż uzyskane w punkcie (2).
Opracowanie wyników:
Przeliczyć temperatury pomiaru t na skalę temperatury bezwzględnej T.
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.
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.
Obliczyć stopień dysocjacji α roztworu kwasu octowego w każdej temperaturze na podstawie wzoru:
$$\alpha = \frac{\Lambda}{\Lambda^{0}}$$
W oparciu o prawo rozcieńczeń Ostwalda obliczyć stałą dysocjacji kwasu (Kc):
$$K_{c} = \frac{{c \bullet \alpha}^{2}}{1 - \alpha}$$
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 ΔHdys 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$\frac{J}{mol \bullet K}$
Obliczyć błąd wyznaczenia entalpii i przedyskutować wyznaczoną wartość entalpii dysocjacji kwasu octowego.
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] = |