Środa 7³⁰-11⁰⁰ TP Grupa K

Data wykonania ćwiczenia: 16.10.2013r.

Sylwia Gaik 209177

Kinga Halupka 193718

ĆWICZENIE 5:

SEPARACJA MEMBRANOWA, WYDZIELENIE PRODUKTU REAKCJI Z MIESZANINY REAGENTÓW

1. Cel ćwiczenia:

Celem doświadczenia było wyznaczenie selektywności membrany w procesie dializy.

1. Wstęp teoretyczny:

Membrana to faza rozdzielająca dwie inne fazy przez którą odbywa się transport masy lub energii. Procesy membranowe zachodzą w wyniku różnicy stężeń, a dokładniej w wyniku różnicy potencjałów chemicznych. Membrana jonowymienna wykazuje selektywne właściwości w stosunku do jonów jednego ładunku (np. membrana anionowymienna przyciąga aniony a odpycha kationy).

W naszym przypadku mamy do czynienia z układem: kwas/membrana anionowymienna/woda. Przez membranę przechodzą aniony kwasowe, ale także kationy wodorowe. Umożliwia to rozdział kwasu od soli.

1. Wyniki pomiarowe:

Mieszanina	20cm^3 1M H2SO4 i 20cm^3 1M CuSO4	1M HCl i 20cm^3 1M CuCl2
Czas prowadzenia pomiarów	85 min = 5100s	80 min=4800s
Ilość titranta (miareczkowanie 0,05M NaOH)	5,85cm^3	3,4 cm^2
Stężenie miedzi wyznaczone metodą ASA	0,2 mg/dm^3 = 1,57*10^-4mol/dm^3	0,525mg/dm^3 = 4,13*10^-4mol/dm^3
Powierzchnia czynna membrany	4,91cm^2	4,91cm^2

1. Obliczenia:

Strumienie kwasu (J_k) i soli (J_s) ze wzoru:

W którym:

C_t – stężenie jonu wodoru i miedzi, odpowiednio po czasie t w komorze prawej, mol/dm³

t – czas trwania pomiaru, s

A – powierzchnia czynna membrany, cm²

Selektywność membrany (S) ze wzoru :

1. Mieszanina 20cm³ 1M H₂SO₄ i 20cm³ 1M CuSO₄:

t = 85min = 5100s A = π(d/2)² = 4,91cm²

V_NaOH = 5,85cm³

C_H⁺=$\frac{0,00585 \times 0,05}{0,01} = 0,02925\text{mol}/\text{dm}^{3}$

C_cu2+=50*0,2mg/dm³ = 10mg/dm³ = 1,57*10^-4mol/dm³

$$J_{k} = \frac{0,02925}{4,91 \times 5100} = 1,17 \times 10^{- 6}\lbrack\frac{\text{mol}}{\text{cm}^{2} \times s}\rbrack$$

$${}_{J_{s} = \frac{1,57 \times 10^{- 3}}{4,91 \times 5100} = 6,27 \times 10^{- 8}\lbrack\frac{\text{mol}}{\text{cm}^{2} \times s}\rbrack}$$

$$S = \frac{1,17 \times 10^{- 6}}{6,27 \times 10^{- 8}} = 18,66$$

1. Mieszanina 1M HCl i 20cm³ 1M CuCl₂:

t = 80min = 4800s A = π(d/2)² = 4,91cm²

V_NaOH = 3,4cm³

$c_{H +} = \frac{0,0034 \times 0,05}{0,01}$=0,017mol/dm³

$$c_{Cu2 +} = 50 \times \frac{0,525mg}{\text{dm}^{3}} = \frac{26,25mg}{\text{dm}^{3}} = 4,13 \times 10^{- 4}mol/\text{dm}^{3}$$

$$J_{k} = \frac{0,017}{4,91 \times 4800} = 7,21 \times 10^{- 7}\lbrack\frac{\text{mol}}{\text{cm}^{2} \times s}\rbrack$$

$$J_{s} = \frac{4,13 \times 10^{- 4}}{4,91 \times 4800} = 1,75 \times 10^{- 8}\lbrack\frac{\text{mol}}{\text{cm}^{2} \times s}\rbrack$$

$$S = \frac{7,21 \times 10^{- 7}}{1,75 \times 10^{- 8}} = 41,2$$

1. Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia i wykonanych obliczeń można wywnioskować, że membrana wykazuje większą selektywność dla mieszaniny 1M HCl i 20cm³ 1M CuCl₂. Jest to spowodowane mniejszym stężeniem jonów H⁺ w tej mieszaninie. W wyniku dysocjacji w pierwszej mieszaninie powstają dwa kationy wodorowe, natomiast w drugiej tylko jeden. Powoduje to większe stężenie tych kationów, większy strumień jonów H⁺ przechodzący przez membranę, a tym samym wpływa to na mniejszą selektywność tej membrany.