Ćwiczenie 7.1
Miareczkowanie konduktometryczne
Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z takimi pojęciami teoretycznymi jak: przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo właściwe, molowe, równoważnikowe, jonowe, ruchliwość jonów. Wpływ danego typu jonów i ich ilości na przewodnictwo roztworu. Opanowanie techniki pomiaru oporu elektrycznego roztworu elektrolitu lub elektrolitów oraz prześledzenie zmian przewodnictwa roztworu elektrolitu podczas miareczkowania konduktometrycznego.
Wstęp teoretyczny: Miareczkowanie konduktometryczne polega na oznaczaniu 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 pojawiania się nowych jonów o innym przewodnictwie jonowym niż jony pierwotnie zawarte w roztworze. Metody konduktometryczne można stosować tylko wtedy, gdy stężenie jonu usuwanego w wyniku reakcji zachodzącej podczas miareczkowania jest wystarczająco duże w stosunku do stężeń innych składników miareczkowanego roztworu. Miareczkowanie konduktometryczne stosuje się głównie do analizy roztworów zawierających jeden elektrolit, a jeżeli kilka-to muszą się one znacząco różnić, np. wartościami stałych dysocjacji lub wartościami iloczynu rozpuszczalności. Zwykle postępujemy w ten sposób, że roztwór miareczkujący jest dziesięć razy bardziej stężony od roztworu miareczkowanego. Metodę konduktometryczną można stosować w przypadku miareczkowania mocnych kwasów o stężeniach wyższych niż 0,0001mol*dm3. Ze względu na liniową zmianę przewodnictwa elektrycznego wystarcza wykonanie 4 do 5 pomiarów zawartych w przedziale stężeń przed punktem końcowym zobojętnienia i po nim oraz wykreślenie dwóch prostych przechodzących przez te punkty. Wartość objętości roztworu miareczkującego w punkcie przecięcia prostych odpowiada punktowi końcowemu zobojętnienia. Znając tę objętość i stężenie roztwory miareczkującego, można obliczyć zawartość substancji w roztworze miareczkowanym. Duża zaletą metody miareczkowania konduktometrycznego jest możliwość wykonania analizy mieszaniny mocnego kwasu i słabego kwasu podczas jednego miareczkowania. Metodę miareczkowania konduktometrycznego można stosować również do oznaczania zawartości soli w roztworze, prowadząc reakcje wytrącania osadów. Przed punktem końcowym miareczkowania krzywa możne przebiegać w różny sposób zależnie od tego, czy jony zastępujące się w roztworze będą miały jednakowe, czy też różne wartości przewodnictwa. Po osiągnięciu punktu równoważności molowej dodanie nadmiaru roztworu z biurety powoduje gwałtowny wzrost przewodnictwa, co pozwala na wyznaczenie punktu końcowego miareczkowania.
Wykonanie ćwiczenia: 1) Otrzymany w kolbie miarowej o pojemności 100 cm3 roztwór HCl dopełniliśmy wodą destylowaną do kreski i dobrze wymieszaliśmy.
2) Pobraliśmy z pipety 20 cm3 tego roztworu do zlewki.
3) Po ustawieniu zlewki z roztworem na płytce mieszadła magnetycznego, umieściliśmy w niej naczynko konduktometryczne podłączone do konduktometru.
4) Dodaliśmy taką ilość wody destylowanej, aby elektrody naczynka konduktometrycznego były całkowicie zanurzone w roztworze oraz aby poruszające się mieszadełko nie uderzało w szkło naczynka.
5) Po włączeniu mieszadła magnetycznego i wymieszaniu roztworu włączyliśmy konduktometr.
6) Odczytaliśmy początkową wartość przewodnictwa roztworu kwasu i przystąpiliśmy do miareczkowania roztworem zasady o znanym stężeniu, dodając po 1 cm3 roztworu z biurety odczytywaliśmy po krótkim odczekaniu każdorazowe przewodnictwo roztworu. Miareczkowanie prowadziliśmy do momentu uzyskania 20 pomiarów po wzroście przewodnictwa.
7) Miareczkowanie powtórzyliśmy dla nowej porcji oznaczonego kwasu. Miareczkowanie mocnego kwasy CH 3COOH przeprowadziliśmy analogicznie.
Opracowanie wyników:
Wyniki pomiarów zestawione w tabelach:
Tabela 1 miareczkowanie konduktometryczne mocnego kwasu (HCl)mocną zasadą(NaOH)
Objętość dodanego NaOH V[cm3] |
Przewodnictwo l [mS] |
0,0 |
0,645 |
1,0 |
0,588 |
2,0 |
0,527 |
3,0 |
0,470 |
4,0 |
0,415 |
5,0 |
0,354 |
6,0 |
0,300 |
7,0 |
0,245 |
7,5 |
0,219 |
8,0 |
0,183 |
8,5 |
0,176 |
9,0 |
0,186 |
9,5 |
0,198 |
10,0 |
0,211 |
10,5 |
0,224 |
11,0 |
0,242 |
12,0 |
0,274 |
13,0 |
0,309 |
14,0 |
0,345 |
15,0 |
0,390 |
16,0 |
0,426 |
17,0 |
0,460 |
18,0 |
0,494 |
19,0 |
0,528 |
20,0 |
0,557 |
Tabela 2 Miareczkowanie konduktometryczne słabego kwasu (CH 3COOH) mocną zasadą(NaOH)
objętość V dodanego CH 3COOH |
Przewodnictwo [mS] |
0,0 |
0,0305 |
1,0 |
0,0242 |
2,0 |
0,0363 |
3,0 |
0,0494 |
4,0 |
0,0639 |
5,0 |
0,0796 |
6,0 |
0,1036 |
6,5 |
0,1193 |
7,0 |
0,1374 |
7,5 |
0,1560 |
8,0 |
0,1727 |
8,5 |
0,1899 |
9,0 |
0,2080 |
9,5 |
0,2240 |
10,0 |
0,2390 |
11,0 |
0,2740 |
12,0 |
0,3090 |
13,0 |
0,3410 |
14,0 |
0,3870 |
15,0 |
0,4210 |
Obliczenia:
a) NaOH+HCl→NaCl+H2O
V NaOH=8,65 cm3 = 0,00865 dm3 ; C NaOH =0,1003mol/dm3 ; M NaOH =40g
M HCl = 36,5g ; V HCl =20 cm3
C=n/V n NaOH = 0,0008676 moli
0,0008676 moli NaOH-xg
1 mol-40g
x=0,034704 g
0,0008676 moli HCl-xg
1 mol-36,5g
x=0,0316674g
0,0316674g-20 cm3
xg-100 cm3
x=0,158337g
b) NaOH+ CH 3COOH→ CH 3COONa+H2O
V NaOH = 5,5cm3 =0,0055 dm3 ; C NaOH =0,1003mol/dm3 ; M NaOH =40g
M CH 3COOH =60g ; V CH 3COOH= 20 cm3
C=n/V n NaOH =0,00055165 moli
0,00055165 moli CH 3COOH-xg
1mol-60g
x=0,033099g
0,033099g-20 cm3
xg-100 cm3
x=0,1655g
Wnioski:
Cel ćwiczenia został osiągnięty.
W trakcie pomiarów zmiany przewodnictwa następują w wyniku pojawiania się nowych jonów o innym przewodnictwa jonowym niż jony pierwotne zawarte w roztworze.
Podczas miareczkowania mocnego kwasu HCl, mocną zasadą NaOH dodawanie niewielkich porcji zasady (po 1cm3) powoduje widoczne zmiany przewodnictwa roztworu. Początkowo obserwujemy spadek przewodnictwa. Spowodowany jest zmianom przewodnictwa roztworu na skutek ubywania jonów hydroniowych, które zastępowane są jonami sodu. Po dodaniu 8,5cm3 NaOH przewodnictwo roztworu osiąga wartość 0,176mS(jest to nasz punkt równoważnikowy miareczkowania). Po przekroczeniu tego punktu przewodnictwo roztworu zaczyna wzrastać. Spowodowane jest to zmianom przewodnictwa roztworu, który zawiera stałą ilość soli i wzrastającą ilość zasady. Punkt przecięcia prostych reprezentuje roztwór, którego przewodnictwo elektryczne zależny tylko od ilości soli w rozpuszczalniku. Proces ten jest zilustrowany na wykresie.
Podczas miareczkowania słabego kwasu (CH 3COOH) mocną zasadą (NaOH) następują trzy stopniowe zmiany. Początkowo roztwór słabego kwasu wykazuje niski przewodnictwo, a dodatek zasady powoduje jego dalsze zmniejszanie. Po przekroczeniu punktu końcowego miareczkowania, przewodnictwo wzrasta w skutek pojawienia się nadmiaru zasady, dostarczając bardzo ruchliwych jonów OH¯.
Można zauważyć, że linie wykresu nie przechodzą dokładnie przez wszystkie punkty pomiarowe zaznaczone na wykresie. Przyczyną tego jest prawdopodobnie: wahania i szybkie zmiany wartości przewodnictwa na sprzęcie pomiarowym, trudność w ustaleniu zera na biurecie i wydzielaniu odpowiednich porcji, niedoskonałość oka ludzkiego, stary sprzęt.
4