Laboratorium z chemii fizycznej

Technologia chemiczna

Ćwiczenie nr 13

Wyznaczenie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną a wodną

Data wykonania: 18.03.2013r.

Milena Wojaczek

Anna Wiechecka

Grupa 13 Zespół A

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną (1-butanolem) a wodną w oparciu o prawo podziału Nernsta.

1. Przyrządy i odczynniki:

Przyrządy i aparatura:

• kolby miarowe (50cm³)

• cylindry miarowe (10 i 50cm³)

• pipety (2 i 50cm³)

• kolby stożkowe

• biurety z 0,1mol/dm³ roztworem NaOH

• rozdzielacze

Odczynniki:

• kwas octowy o stężeniu 2mol/dm³

• NaOH o stężeniu 0,1mol/dm³

• fenoloftaleina

• butanol

1. Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotowanie roztworów kwasu octowego o stężeniach 1mol/dm³, 0,75mol/dm³, 0,5mol/dm³ i 0,25mol/dm³ o objętości każdego 50 cm³.

2. Oznaczenie dokładnych stężeń przygotowanych roztworów poprzez miareczkowanie rozcieńczonych wodą destylowaną próbek o objętości 2 cm³ każdego roztworu 0,1-molowym roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny. Miareczkowano po trzy razy dla każdego roztworu.

3. Umieszczenie w czterech rozdzielaczach 25 cm³ każdego roztworu i dodanie 25cm³ rozpuszczalnika organicznego, zatkanie korkiem i wstrząsanie przez 30 min. Pozostawienie do całkowitego rozdzielenia warstw.

4. Oznaczenie stężenia kwasu octowego w wodnym roztworze po rozdzieleniu: wypuszczenie z rozdzielacza 10cm³ wodnego roztworu kwasu octowego i trzykrotne miareczkowanie 0,1-molowym roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny.

1. Opracowanie wyników

1. Obliczenie rzeczywistego stężenia kwasu octowego w wyjściowych roztworach – c₀ na podstawie miareczkowania 2 cm³ CH₃COOH 0,1-molowym roztworem NaOH

n_NaOH=n_CH3COOH (1)

Roztwór 1:

V_NaOH = 19,967cm³ = 0,019967dm³

n_NaOH=n_CH3COOH (1)

n_NaOH = V_NaOH • C_m NaOH (2)

n = 0, 019967 • 0, 1 = 1, 9967 • 10⁻³[mol]

$C_{0\ CH3COOH} = \frac{n}{V}$ (3)

$$C_{0\ CH3COOH} = \frac{1,9967 \bullet 10^{- 3}}{0,002} = 0,99835\ \lbrack\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Stężenia roztworów 2, 3, 4 obliczane są analogicznie do powyższego przykładu roztworu 1

1. Obliczenie stężenia kwasu octowego w wodnym roztworze po wytrząsaniu z rozpuszczalnikiem organicznym – c_H2O

n_NaOH=n_CH3COOH (1)

Roztwór 1:

V_NaOH = 8,9cm³ = 0,0089dm³

n_NaOH=n_CH3COOH (1)

n_NaOH = V_NaOH • C_m NaOH (2)

n = 0, 0089 • 0, 1 = 8, 9 • 10⁻⁴[mol]

$C_{H_{2}O(CH3COOH)} = \frac{n}{V}$ (3)

$$C_{H_{2}O(CH3COOH)} = \frac{8,9 \bullet 10^{- 4}}{0,002} = 0,445\ \lbrack\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Stężenia roztworów 2, 3, 4 obliczane są analogicznie do powyższego przykładu roztworu 1

1. Obliczenie stężenia kwasu octowego w rozpuszczalniku organicznym – c_org.

c_org = c₀ − c_H2O (4)

Roztwór 1:

$$c_{\text{org}} = 0,99835 - 0,445 = 0,5533\ \lbrack\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Stężenia roztworów 2, 3, 4 obliczane są analogicznie do powyższego przykładu roztworu 1

1. Obliczenie logarytmów ze stężenia niezdysocjowanego kwasu octowego w warstwie wodnej logc_H2O i warstwie organicznej – logc_org.

Roztwór 1

logc_H2O = log0, 445 = −0, 352 (5)

logc_org. = log0, 5533 = −0, 257 (6)

Logarytmy dla roztworów 2, 3, 4 obliczane są analogicznie do powyższego przykładu roztworu 1

1. Zestawienie wyników

Roztwór	V1 [cm^3]	V2 [cm^3]	C0 [mol/dm^3]	CH2O [mol/dm^3]	Corg. [mol/dm^3]	log cH2O	log corg.
	V1śr [cm^3]	V2śr [cm^3]
Roztwór 1	19,8	20	20,1	8,9	8,8	9	0,99835
	19,967	8,9
Roztwór 2	15,2	15	15,1	6,8	6,75	6,6	0,755
	15,1	6,6
Roztwór 3	9,9	10	10,1	4,6	4,5	4,55	0,5
	10,1	4,55
Roztwór 4	5,05	5,35	5,15	2,4	2,4	2,3	0,259
	5,183	2,367

1. Obliczenie współczynnika podziału dla poszczególnych roztworów wg wzoru:

$K_{N} = \frac{c_{\text{org}}}{c_{H_{2}O}}$ (7)

Roztwór 1

$$K_{N} = \frac{0,5533}{0,445} = 1,24$$

Roztwór 2

$$K_{N} = \frac{0,4192}{0,3358} = 1,25$$

Roztwór 3

$$K_{N} = \frac{0,2725}{0,2275} = 1,2$$

Roztwór 4

$$K_{N} = \frac{0,1408}{0,1183} = 1,19$$

1. Obliczenie procentowej ilości kwasu octowego, który uległ ekstrakcji do warstwy organicznej dla poszczególnych roztworów wg wzoru:

$E = \frac{c_{\text{org}}}{c_{0}} \bullet 100\%$ (8)

Roztwór 1

$$E = \frac{0,5533}{0,99835} \bullet 100\% = 55,42\%$$

Roztwór 2

$$E = \frac{0,4192}{0,755} \bullet 100\% = 55,52\%$$

Roztwór 3

$$E = \frac{0,2725}{0,5} \bullet 100\% = 54,5\%$$

Roztwór 4

$$E = \frac{0,1408}{0,259} \bullet 100\% = 54,36\%$$

1. Wykres zależności logc_H2O = f(logc_org)

2. Wyznaczenie liczby asocjujących cząsteczek kwasu octowego w warstwie organicznej (n) oraz wartość współczynnika podziału (K_N)