24.10.2001 Szczecin

Rat. „A” Michał Maksimczuk

Krzysztof Nagórski

Sprawozdanie

Temat: Dysocjacja elektrolityczna

I. CEL DOŚWIADCZEŃ

Celem doświadczeń jest zbadanie wpływu czynników zewnętrznych na szybkość reakcji chemicznych.

II. DEFINICJE

Stopień dysocjacji - elektrolitycznej α wyraża stosunek stężenia cząsteczek zdysocjowanych do początkowego stężenia elektrolitu w roztworze. Stopień dysocjacji jest odwrotnie proporcjonalny do stężenia i w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim zbliża się do 100%. Jest on również zależny od temperatury i rośnie wraz z jej wzrostem.

Stała równowagi - wyrażona za pomocą stosunku stężeń, zależy tylko od temperatury, z tego też względu dla określonej dysocjacji. Im wyższa wartość K_C, tym silniejszy jest elektrolit.

Prawo rozcieńczeń - [prawo Ostwald'a] stopień dysocjacji jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z początkowego stężenia elektrolitu.

Własności kwasowe - elektrolitu związane są z obecnością nadmiarem jonów wodorowych, zasadowe - z nadmiarem jonów hydroksylowych w roztworze. W zależności od liczby jonów dysocjujących z cząsteczki, kwasy dzielimy na: jedno-, dwu- i wieloprotonowe, a zasady na: jedno-, dwu-, i wielohydroksylowe. Każdemu stopniowi dysocjacji elektrolitycznej odpowiada określona wartość stałej dysocjacji. Szczególne miejsce zajmują elektrolity amfoteryczne, takie jak: H₂O, Be(OH)₂, Zn(OH)₂, Al(OH)₂, Sn(OH)₂, Pb(OH)₂, As(OH)₃, Sb(OH)₃, Ga(OH)₃, In(OH)₃ i wiele innych. Wymienione elektrolity mogą dysocjować jako kwasy i jako zasady, dlatego w ich roztworach wodnych ustala się złożona równowaga, którą można przedstawić w uproszczonej formie.

III. DOŚWIADCZENIA

Substraty: chlorek miedzi (II) CuCl₂, aceton CH₃COOH₃, chlorek kobaltu (II) CoCl₂, stężony kwas solny HCl, siarczan (VI) żelaza (III) Fe₂(SO­₄)₃, tiocyjanian potasu KSCN, azotan (V) ołowiu (II) Pb(NO₃)₂, octan ołowiu (CH₃COO)­₂Pb, chlorek ołowiu (III) PbCl₂, kwas siarkowy H₂SO₄, siarczan potasowy K₂SO₄, siarczan amonowy (NH₄)₂SO₄, kwas octowy CH₃COOH wodorotlenek amonowy NH₄OH, siarczan sodowy Na₂SO₄.

• Doświadczenie 1

Do próbówek wprowadzamy roztwór chlorku miedzi (II). Do jednej dodajemy aceton do zmiany barwy, do drugiej wody destylowanej. Następnie do próbówki z acetonem dodajemy wody destylowanej.

• Doświadczenie 2

Do próbówki z roztworem chlorku kobaltu (II) dodajemy kroplami stężony kwas solny rozcieńczając roztwór wodą destylowaną. Obserwujemy zmianę barwy.

• Doświadczenie 3

W zlewce mieszamy roztwór siarczanu (VI) żelaza (III) z tiocyjanem potasu. Dodajemy wodę destylowaną mieszając i stawiamy na białym papierze. Rozcieńczamy roztwór wodą destylowaną do zaniku czerwonego zabarwienia. Powstały roztwór dzielimy na dwie części. Do jednej dodajemy roztwór siarczanu (VI) żelaza (III), a do drugiej roztwór tiocyjanu potasowego. Przez cały czas obserwujemy zmianę barwy.

• Doświadczenie 4

Do trzech próbówek wprowadzamy:

• azotan (V) ołowiu (II) Pb(NO₃)₂

• octan ołowiu (CH₃COO)­₂Pb

• chlorek ołowiu (II) PbCl₂

Następnie dodajemy do nich kwas siarkowy (VI).

• Doświadczenie 5

Do dwóch próbówek zawierających CH₃COOH dodajemy oranż metylowy otrzymując roztwór o barwie pomarańczowej. Do pierwszej próbówki dodajemy CH₃COONa, przez co roztwór zmienił barwę na lekko żółtą. Obecność wspólnego jonu CH₃COO^- cofa dysocjację w stronę CH₃COOH.

Dysocjacja kwasu octowego:

Stała dysocjacji kwasu octowego:

W części drugiej doświadczenia do drugiej próbówki wprowadzamy NH₄OH, który zabarwiamy fenoloftaleiną (kolor malinowy).

IV. OBSERWACJE i WNIOSKI

• Doświadczenie 1

Dysocjacja CuCl₂ w obecności H₂O

Przebieg reakcji zależy od stałej dielektrycznej rozpuszczalnika ε. Gdy
ε<10 dysocjacja nie zachodzi, a gdy 10<ε<40 dysocjacja zachodzi częściowo, gdy ε>40 dysocjacja zachodzi całkowicie. Następuje tu zmiana barwy z żółtej na niebieską. Natomiast dysocjacja CuCl­₂ w obecności acetonu zachodzi częściowo. Na dnie znajdują się niebieskie jony Cu²⁺, a u góry żółte niezdysocjowane CuCl₂. Oznacza to, że w obecności acetonu dysocjacja zachodzi częściowo.

• Doświadczenie 2

Dysocjacja CoCl₂ w obecności H₂O:

Stała równowagi:

Dodatek wspólnego jonu chloru Cl^- cofnął dysocjację. Roztwór zmienił barwę z różowej na niebieską. Nadmiar jonu chlorkowego przesuwa równowagę w stronę zdysocjowanego CoCl₂.

• Doświadczenie 3

Dysocjacja roztworu Fe(SCN)3:

Równanie stałej równowagi

Obecność wspólnego jonu Fe³⁺ cofnęła dysocjację na stronę Fe(SCN)₃. W danym przypadku dodano SCN. Miało to taki sam wpływ jak w pierwszym przypadku - dysocjacja została cofnięta.

• Doświadczenie 4

Do trzech probówek wprowadziliśmy następujące związki Pb(NO₃)₂, (CH₃COO)₂Pb oraz PbCl₂.Następnie kolejno do każdej z nich nalaliśmy kwasu siarkowego ( po dwie krople). W pierwszej probówce roztwór zmienił konsystencje i wydzielił się z niego osad. W drugiej także wydzielił się osad, to samo, ale z mniejszą intensywnością zaszło w trzeciej probówce

1) Pb(NO₃)₂ + H₂SO₄ → 2HNO₃ + ↓PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się mały osad

2) Pb²⁺ + 2NO₃^- + SO₄^2- → 2H⁺ + 2NO₃^- + PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się średni osad

3) (CH₃COO)₂Pb + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się osad w małych ilościach

4) 2CH₃COO^- + Pb²⁺ + 2H⁺ + SO₄^2- → 2CH₃COO^- + H⁺ + PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się osad w dużej ilości

5) PbCl₂ + H₂SO₄ → 2HCl + PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się osad w dużej ilości

6) Pb²⁺ + 2Cl^- + 2H⁺ + SO₄^2- → 2H⁺ + 2Cl^- + PbSO₄

Zmętnienie - wytrącił się osad w bardzo dużej ilości

W drugiej części doświadczenia do kolejnych trzech probówek wlaliśmy kolejno Na₂So_4, K₂SO₄, (NH₄)₂SO_4. Do każdej z nich dodaliśmy po dwie krople Pb(NO₃)₂, co spowodowało wytrącenie się osadu w każdej probówce.

Na₂SO₄ + (CH₃COO)₂Pb → 2CH₃COONa + PbSO₄

2Na⁺ + SO₄^2- + 2 CH₃ COO^- + Pb²⁺ → 2CH₃COO^- + 2Na^- + PbSO₄

K₂SO₄ + (CH₃COO)₂Pb → 2CH₃COOK + PbSO₄

2K⁺ + SO₄^2- + 2CH₃COO^- + Pb²⁺ → 2CH₃COO^- + 2K⁺ + PbSO₄

(NH₄)₂SO₄ + (CH₃COO)₂Pb → 2CH₃COONH₄ + PbSO₄

2NH₄⁺ + SO₄^2- + 2CH₃COO^- + Pb²⁺ → 2CH₃COO^- + 2NH₄⁺ + PbSO₄

• Doświadczenie 5

Obecność wspólnego jonu CH₃COO^- cofa dysocjację w stronę CH₃COOH.

Dysocjacja kwasu octowego:

Stała dysocjacji kwasu octowego:

Dodanie do jednej z dwóch próbówek NH₄Cl₂ spowodowało całkowite odbarwienie roztworu. Także tu obecność wspólnego jonu cofa dysocjację.

Dysocjacja wodorotlenku amonu:

żółty czerwony

niebieski róż bezbarwny

H⁺+Cl^-

krwisto czerwony żółty bezbarwny

żółty niebieski bezbarwny

żółty czerwony

żółty czerwony

---