Zakład Chemii Fizycznej

Laboratorium Studenckie

ĆWICZENIE 25

TEMAT: POMIAR pH W ZASTOSOWANIU DO

WYZNACZANIA STAŁEJ RÓWNOWAGI

REAKCJI DYSOCJACJI.

SPORZĄDZILI:

Tomasz Dziadosz

Łukasz Daniel

Rok II gr I

WSTĘP TEORETYCZNY:

ODCZYNNIKI:

• Roztwory:

3 cm³ Na₂HPO₄ + 27 cm³ KH₂PO₄

6 cm³ Na₂HPO₄ + 24 cm³ KH₂PO₄

9 cm³ Na₂HPO₄ + 21 cm³ KH₂PO₄

12 cm³ Na₂HPO₄ + 18 cm³ KH₂PO₄

15 cm³ Na₂HPO₄ + 15 cm³ KH₂PO₄

18 cm³ Na₂HPO₄ + 12 cm³ KH₂PO₄

21 cm³ Na₂HPO₄ + 9 cm³ KH₂PO₄

24 cm³ Na₂HPO₄ + 6 cm³ KH₂PO₄

27 cm³ Na₂HPO₄ + 3 cm³ KH₂PO₄

W roztworach wodnych słabego kwasu HA ustala się równowaga protolityczna:

HA + H₂O ⇔ H₃O⁺ + A⁻

W przypadku, gdy roztwór jest dostatecznie rozcieńczony (a H₂0 = 1), wartość stałej równowagi można przedstawić jako:

a H₃0⁺ ⋅ a A⁻

K = ______

a HA

Zlogarytmowane równanie prowadzi do zależności

a A⁻

log K = log a H₃0⁺ + log ___

a HA

C A⁻ f A⁻

log K = −pK = −pH + log ___ + log ___

C HA f HA

Wprowadzenie do roztworu kwasu HA pewnej ilości soli MA tego kwasu i mocnej zasady prowadzi do otrzymania roztworu buforowego, którego pH zależy od stosunku stężeń kwasu i soli oraz w niewielkim stopniu od współczynników aktywności f A⁻ i f HA , natomiast nie zależy od wielkości stężeń CA⁻ i C HA .

Można to uzasadnić przyjmując, że sól MA, która jest mocnym elektrolitem, ulega całkowitej dysocjacji. Równocześnie jej obecność wywołuje cofnięcie dysocjacji kwasu HA tak, że występuje on wyłącznie w formie niezdysocjowanej.

C_{0 SÓL} = C M⁺ = C A⁻

C_{0 KWAS} = C HA

Podstawiając te zależności oraz przyjmując, że:

f A⁻

log ___ = 0

f HA

otrzymujemy:

C_{0 SÓL}

pK = pH − log ____

C_{0 KWAS}

Wzór umożliwia ustalenie stosunku stężeń kwasu i soli w roztworze, który musi być zachowany, aby uzyskiwać wzorcowy roztwór buforowy o określonym pH. Konieczna jest w tym przypadku znajomość stałej dysocjacji kwasu. Z drugiej strony wzór ten pozwala określić wartość stałej równowagi K w oparciu o oznaczenia pH roztworów o znanym stosunku stężeń soli i kwasu.Oznaczenie pH można dokonać metodą potencjometryczną. Metoda ta jest oparta na pomiarach siły elektromotorycznej ogniwa, w którego skład wchodzi elektroda robocza o potencjale zależnym od aktywności jonów wodorowych w roztworze i elektroda odniesienia - o stałym i znanym potencjale.

PRZEBIEG POMIARU:

Sprawdzenie pH- metru

Cechowanie pH- metruprzy zastosowaniu dwóch roztworów buforowych o pH = 4 i pH = 8

Pomiar pH roztworów:

W kolbach sporządzamy 9 roztworów zawierających 3,6,9,...,27 cm³ Na₂HPO₄ i odpowiednio 27,24,21,...,3 cm³ KH₂PO₄. Badane roztwory umieszczamy w zlewkach, wykonujemy pomiary pH.

OPRACOWANIE WYNIKÓW:

L.p.	Skład roztworów		PH	CH^+	CHPO4^2- ^____ CH2PO4^-	CHPO4^2- log^____ CH2PO4^-	K obl.
		Na2HPO4 [cm^3]						KH2PO4 [cm^3]
1.	3	27	5.81	2.09⋅10^-6	0.11	-0.96	2.29 ⋅10^-7
2.	6	24	6.12	8.91⋅10^-7	0.25	-0.60	2.22 ⋅10^-7
3.	9	21	6.30	5.37⋅10^-7	0.43	-0.37	2.30 ⋅10^-7
4.	12	18	6.46	3.47⋅10^-7	0.67	-0.17	2.32 ⋅10^-7
5.	15	15	6.56	2.51⋅10^-7	1.00	0	2.51 ⋅10^-7
6.	18	12	6.68	1.78⋅10^-7	1.50	0.18	2.67 ⋅10^-7
7.	21	9	6.84	1.20⋅10^-7	2.34	0.37	2.80 ⋅10^-7
8.	24	6	7.00	7.58⋅10^-8	4.00	0.60	3.03 ⋅10^-7
9.	27	3	7.33	3.71⋅10^-8	9.01	0.95	3.34 ⋅10^-7

Wzory stosowane w obliczeniach:

pH = − log [H⁺] ⇒ [H⁺] = 10 ^-pH

n

C_HPO4^2- = _____ [ mol/dm³]

V Na₂HPO₄

n

C_H2PO4^- = _____ [ mol/dm³]

V KH₂PO₄

Stała równowagi reakcji dysocjacji:

H₂PO₄⁻ ⇔ H⁺ + HPO₄²⁻

[H⁺] ⋅ [HPO₄²⁻] C HPO₄⁻²

Kc = ______ = C H⁺ _____

[H₂PO₄⁻] C H₂PO₄⁻

WYKRES ZALEŻNOŚCI
=f / pH /

WNIOSKI:

Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia i sporządzonego wykresu stwierdzamy, że roztwór zwiększając pH (w tym przypadku przechodząc z odczynu lekko kwaśnego w lekko zasadowy) zmniejsza wartość zależności:

C_HPO4^2-

log ^____

C_H2PO4 ^-

a dla przypadku, gdy objętości obu składników roztworu są sobie równe zależność ta wynosi zero.

Σx = 59.28 Σy = 0

(Σx)² = 3514.12 Σxy = 2.397

Σx² = 392.818

n ⋅Σxy − Σx⋅Σy

a = _______

n ⋅Σx² − (Σx)²

Σy − n ⋅Σx

b = _____

n

stąd: a = 1.0159

b = 6.6914

C_{0 SÓL}

pK = pH − log ____

C_{0 KWAS}

C_{0 SÓL}

pH = pK + log ____

C_{0 KWAS}

Stąd: pH = 7.71

pH = pK

K = 1.962⋅10^-8

---