Nr i tytuł ćwiczenia: Ćwiczenie 7-1 Miareczkowanie konduktometryczne.
Imię i nazwisko osoby prowadzącej ćwiczenia: dr. Marta Łobacz
Data wykonania ćwiczenia
18.05.2010 r.
Uwagi prowadzącego:

1. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z takimi pojęciami teoretycznym, jak : przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo właściwe, przewodnictwo równoważnikowe, przewodnictwo molowe, przewodnictwo jonowe oraz ruchliwość jonów. Oraz opanowanie techniki pomiaru oporu elektrycznego (lub przewodnictwa) roztworu elektrolitu lub elektrolitów oraz prześledzenie zmian przewodnictwa roztworu elektrolitu podczas miareczkowania konduktometrycznego.

2. WSTĘP TEORETYCZNY.

Przepływ prądu elektrycznego przez substancje polega na ruchu elektronów lub jonów.

Z punktu widzenia zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego substancje dzielimy na :

• Przewodniki metaliczne – udział w przewodzeniu prądu biorą elektrony.

• Przewodniki jonowe lub elektrolityczne – przewodzą prąd na skutek ruchu jonów.

• Półprzewodniki – nośnikami prądu elektrycznego są elektrony lub tzw. Dziury, czyli miejsca, w których brakuje elektronu i dlatego zachowują się jak ładunki dodatnie.

• Izolatory – substancje te nie przewodzą prądu elektrycznego w danych warunkach.

RUCHLIWOŚĆ JONU – jest to współczynnik proporcjonalności pomiędzy szybkością przemieszczania się jonu w roztworze a natężeniem pola elektrycznego wywołującego ten ruch.

PRZEWODNICTWO WŁAŚCIWE. - to miara zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego. Odwrotnością przewodnictwa właściwego jest opór właściwy. Jednostką przewodnictwa właściwego jest S/m ( S- simens ; m- metr).

PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE – jest to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu w ośrodku pod pływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego.

PRZEWODNICTWO RÓWNOWAŻNIKOWE – jest zdefiniowane następująco :

λ_r = χ / C_r = χ / z*c

gdzie: λ_r - przewodnictwo równoważnikowe roztworu [S*m² / mol]

C_r- stężenie równoważnikowe roztworu [mol/m³]

z – sumaryczna wartościowość jonów tego samego znaku powstających z jednej cząsteczki elektrolitu.

c- stężenie molowe roztworu [mol/m³]

PRZEWODNICTWO MOLOWE – λ_m = χ / C

RÓWNANIE KOHLRAUSCHA :

λ^∞ = F(u_k^∞ + u_A^∞)

W równaniu tym występują po prawej stronie iloczyny :

F*u_k^∞ = l_k^∞

F*u_A^∞ = l_A^∞

Iloczyny te nazywamy granicznymi przewodnictwami jonowymi.

Przewodnictwem jonowym nazywamy iloczyny :

F*u_k = l_k

F*u_A = l_A

Graniczne przewodnictwo równoważnikowe roztworu elektrolitu jest sumą granicznych przewodnictw jonowych kationu i anionu występujących w roztworze.

Równania Kohlrauscha są słuszne tylko dla roztworów nieskończenie rozcieńczonych. Dla roztworów o określonym stężeniu należy wyprowadzić współczynnik α, zwany stopniem dysocjacji, i otrzymuje się równanie :

λ_r = αF(u_k + u_A)

MIARECZKOWANIE KONDUKTOMETRYCZNE – polega na oznaczeniu końcowego punktu miareczkowania z obserwacji zmian przewodnictwa elektrycznego miareczkowanego roztworu. Podczas miareczkowania dodaje się porcje odczynnika i mierzy przewodnictwo badanego roztworu. W trakcie pomiarów zmiany przewodnictwa następują w wyniku pojawienia się nowych jonów o innym przewodnictwie jonowym niż pierwotnie zawarte w roztworze.

3. APARATURA I MATERIAŁY.

• Konduktometr

• Naczynko konduktometryczne

• Zlewka o pojemności 250 cm³

• 2 kolby miarowe o pojemności 100 cm³

• 2 pipety o pojemności 10 cm³ i 20 cm³

• Biureta z przelewem

• Mieszadło magnetyczne

• Mianowany roztwór NaOH.

4. WYKONIANIE ĆWICZENIA.

1. Otrzymany w kolbie miarowej o pojemności 100 cm³ roztwór HCl dopełniamy wodą destylowaną do kreski, mieszamy następnie pobieramy 20 cm³ tego roztworu do zlewki.

2. Po ustawieniu zlewki z roztworem na płytce mieszadła magnetycznego, umieszczamy w niej naczynko konduktometryczne podłączone do konduktometru.

3. Do zlewki dodajemy taką ilość wody destylowanej, aby elektrody naczynka konduktometrycznego były całkowicie zanurzone w roztworze oraz aby poruszające się mieszadełko nie uderzało w szkło konduktometru.

4. Po włączeniu mieszadła magnetycznego i wymieszaniu roztworu włączamy konduktometr.

5. Odczytujemy początkową wartość przewodnictwa roztworu kwasu i przystępujemy do miareczkowania roztworem zasady, dodajemy po 1 cm³ roztworu z biurety i odczytujemy po krótkim odczekaniu każdorazowo przewodnictwo roztworu.

6. Miareczkowanie prowadzimy do momentu uzyskana 15 pomiarów po wzroście przewodnictwa.

7. Miareczkowanie powtarzamy dla nowej porcji oznaczonego kwasu.

5. OPRACOWANIE WYNIKÓW.

Próba dla HCl
Objętość NaOH[cm^3]
0
1
2
3
4
4,5
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Próba dla CH3COOH
Objętość NaOH [cm^3]
0
1
2
3
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
8
9,5
10
11
12
13
14
15
16

Odczytując z wykresu widzimy, że objętość roztworu zasady zużytej na zobojętnienie kwasu solnego (HCl) wynosi 4 cm³, natomiast na zobojętnienie kwasu octowego (CH₃COOH) wynosi 5 cm³.

OBLICZENIA :

C_NaOH =0,1003 mol/dm³= 0,0001003 mol/cm³

M_NaOH=40 g/mol

Obliczamy masę HCl:

NaOH + HCl -> NaCl + H₂O

M_k=36,5 g/mol

V_NaOH = 4 cm³

n_NaOH=n_HCl = V_NaOH * C_NaOH

n_NaOH = 0,0001003mol/cm³*4cm³= 0,0004012 mola

n_HCl=0,0004015 mola

m_HCl= M_HCl*n_HCl= 36,5 g/mol * 0,0004012 mol= 0,0146 g

m_HCl = 0,0146g w 10 cm³ ( 10 cm³ było rozcieńczono do miareczkowania)

0,0146g – 10 cm³

x – 100 cm³

x = 0,146 g. (HCl w kolnie miarowej zadania kontrolnego)

Obliczamy masę CH₃COOH:

CH₃COOH + NaOH -> CH₃COONa + H₂O

M_CH3COOH=60 g/mol

n_CH3COOH=n_NaOH

n_CH3COOH = V_NaOH * C_NaOH = 5 cm³ * 0,0001003 mol/cm³ = 0,0005015 mola

n_CH3COOH= 0,0005015 mola

m_CH3COOH=M_CH3COOH * n_CH3COOH= 60g/mol * 0,0005015 mola= 0,0301 g

m_CH3COOH = 0,0301 g w 20 cm³ ( 20 cm³ rozcieńczono do miareczkowania)

0,0301 g – 20 cm³

y – 100 cm³

y= 0,1505 g. (CH₃COOH w kolbie w kolbie miarowej zadania kontrolnego)

6. WNIOSKI.

1. Na podstawie wykresy możemy stwierdzić , że objętość roztworu zasady zużytej na zobojętnienie kwasu solnego (HCl) wynosi 4 cm³, natomiast na zobojętnienie kwasu octowego (CH₃COOH) wynosi 5 cm³.

2. Na zobojętnienie mocnego kwasu (HCl) zużywamy mniej zasady, natomiast na zobojętnienie słabego kwasu ( CH₃COOH) więcej.

3. Zaratość HCl w zadaniu kontrolnym w kolnie miarowej na 100 cm³ wynosi 0,146 g.

4. Zawartość CH₃COOH w zadaniu kontrolnym w kolbie miarowej na 100 cm³ wynosi

0,1505 g.

5. Dla mocnego kwasu początkowo przewodnictwo spada, ponieważ bardzo ruchliwe jony H₃O⁺ zostają zastąpione przez mniej ruchliwe Na⁺, natomiast po przekroczeniu punktu końcowego, przewodnictwo wzrasta co jest spowodowane zwiększeniem ilości dodawanej zasady a co się z tym wiąże większą ilością ruchliwych jonów OH^- w roztworze.

6. Dla słabego kwasu najpierw zauważamy spadek przewodnictwa spowodowany tym, iż aniony pochodzące z dysocjacji powstałej wcześniej soli cofają dysocjacje kwasu. Po przekroczeniu punktu końcowego miareczkowania, przewodnictwo wzrasta wskutek pojawienia się nadmiaru zasady, dostarczającej bardzo ruchliwych jonów OH^-