Kufelin Sandra
Inżynieria chemiczna i procesowa
rok 2
grupa 1
sekcja 8
„WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU METODA KONDUKTOMETRYCZNĄ I POTENCJOMETRYCZNĄ”
LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ
CEL ĆWICZENIA
Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie stałej dysocjacji słabego kwasu dwoma metodami elektrochemicznymi, konduktometryczną i potencjanometryczną.
WSTĘP TEORETYCZNY
Stałą dysocjacji nazywamy stosunek iloczynu stężeń jonów zdysocjowanych, czyli produktów do stężenia cząstek niezdysocjowanych, czyli substratów w stanie równowagi słabego elektrolitu.
Stała ta nie zależy od stężenia substratów, natomiast zależna jest od temperatury.
Przykładowo, stała dysocjacji fosforanu wapnia wygląda następująco:
METODA POTENCJOMETRYCZNA
Jest prostszą i szybszą w wykonaniu metodą pomiaru stałej dysocjacji kwasu. W przypadku słabych kwasów stałą dysocjacji możemy wyznaczyć mierząc pH roztworu buforowego tego kwasu. W tym celu sporządzany jest bufor kwasu i jego soli z mocną zasadą (np. NaOH).
Stała dysocjacji przybiera wtedy postać :
gdzie: c, jest są to stężenia jonów
Przekształcamy powyższy wzór w taki sposób, żeby po zlogarytmowaniu jednym członów równania była wartość pH.
METODA KONDUKTOMETRYCZNA
Tak samo jak w przypadku metody potencjometrycznej dysocjacja zachodzi do etapu, w którym zostanie ustalony stan równowagi i można zastosować prawo działania mas.
Występują w nim równowagowe aktywności jonów i cząstek niezdysocjowanych, które równe są a = C · f. Równanie przedstawia się następująco:
Jeżeli przyjmiemy, że
to:
W rozcieńczonych roztworach słabych elektrolitów współczynniki aktywności można przyrównać do 1,a powyższe równanie zapisujemy jako postać prawa rozcieńczeń Ostwalda.
Prawo Ostwalda używamy tylko w przypadku słabych kwasów i zasad oraz do hydrolizy soli tych kwasów.
Stopień dysocjacji występujący powyższym równaniu prawa Ostwalda jest stosunkiem ilości cząsteczek zdysocjowanych do całkowitej ilości cząsteczek w badanym roztworze. Podawany jest w procentach lub jako ułamek dziesiętny. Zależy on od stężenia i temperatury, wraz z jej wzrostem stopień dysocjacji rośnie. Dla silnych elektrolitów oraz w nieskończenie dużych rozcieńczeniach słabych elektrolitów stopień dysocjacji wynosi zawsze 1.
Natomiast według postulatu Arrheniusa stopień dysocjacji jest stosunkiem przewodnictwa molowego w danym stężeniu do granicznego przewodnictwa molowego tego kwasu.
Kiedy podstawimy postać stopnia dysocjacji z postulatu Arrheniusa do równania na stałą dysocjacji otrzymujemy równanie do obliczenia tej stałej metodą konduktometryczną, postaci:
WYKONANIE
METODA POTENCJANOMETRYCZNA
Aparatura:
pH- metr N- 517
elektroda uniwersalna
Odczynniki:
woda destylowana
NaOH, jako mocna zasada
roztwór buforowy o pH= 4, do wycechowania pH- metru
Pomiary:
sporządzamy równowagowy roztwór kwasu podanego w ćwiczeniu i jego soli z mocną zasadą NaOH o stężeniu 0,025 [mol · dm-3]
wykorzystując gotowy bufor wzorcowy o pH= 4 cechujemy pH- metr według instrukcji
nie zmieniając ustawień pH- metru po jego wycechowaniu mierzymy pH otrzymanego roztworu kwasu i soli z NaOH
METODA KONDUKTOMETRYCZNA
Aparatura:
mostek uniwersalny E- 316
termostat
naczynko konduktometryczne
Odczynniki:
woda destylowana
KCl
Kwas podany w temacie ćwiczenia
Wykonanie:
ustawiamy termostat na temperaturę 298 K
przemywamy kilka razy naczynko termostatowane i elektrodę wodą destylowaną
mierzymy wartość oporu dla wody
mierzymy opór dla serii roztworów kwasu podanego w temacie (0,003; 0,0125; 0,025; 0,050; 0,075; 0,1)
przygotowujemy roztwór KCl o stężeniu 0,001 M z roztworu tej soli o stężeniu 0,1 M, mierzymy opór potrzebny nam do obliczenia stałej naczynka
OBLICZENIA
METODA POTENCJOMETRYCZNA
pH zmierzone w ćwiczeniu wynosi: 3,4
pK =pH
METODA KONDUKTOMERTYCZNA
C [mol · m-3] |
R [Ω] |
3 |
1900 |
12,5 |
980 |
25 |
850 |
50 |
580 |
75 |
270 |
100 |
190 |
Opór dla wody wynosi : 210 [Ω]
Opór dla KCl wynosi: 1800 [Ω]
Przewodnictwo właściwe 0,001 M KCl wynosi: 0,0147 [Ω-1m-1]
Obliczam stałą naczynka:
Obliczam kolejno przewodnictwo równoważnikowe dla każdego ze stężeń, według wzoru:
Obliczam dla każdego stężenia przewodnictwo molowe:
Następnie obliczam dla każdego stężenia wartość stałej dysocjacji K', logarytmy dziesiętne tych wartości logK' oraz wartość α. Wszystkie wartości znajdują się w tabeli.
Po wykonaniu wykresu zależności log K' od (cα)1/2 i z wykresu otrzymujemy wartość stałej dysocjacji:
K=1,2971 · 10-8
BŁĘDY POMIAROWE
Obliczam błąd wyznaczania stałej dysocjacji dla każdego ze stężeń (wyniki w tabeli) a następnie wyciągając średnią ustalam błąd obliczeniowy.
WNIOSKI
Ćwiczenie polegało na zastosowaniu dwóch metod pomiaru stałej dysocjacji kwasu mrówkowego. Przy zastosowaniu metody potencjometrycznej wartość stałej dysocjacji kwasu mrówkowego wyniosła
, natomiast po wyliczeniu wartości K z danych metody konduktometrycznej stała dysocjacji wyniosła K=1,2971 · 10-8.
W trakcie wykonywania ćwiczenia nie zauważyłam większych trudności.
Te, które jednak wystąpiły miały zazwyczaj związek z niedoskonałością wykonania roztworu buforowego w metodzie potencjometrycznej oraz niedokładnych stężeń rozcieńczeń roztworu wyjściowego w metodzie konduktometrycznej. Kolejnym błędem który pojawiał się przy wykonywaniu ćwiczenia to nie odpowiedni dobór temperatury, która wahała się 25o ~ 25,5o.
Błędem obliczeniowym jest tu błąd obliczania wartości stałej dysocjacji w metodzie konduktometrycznej, której wartość opisana jest w pkt. błędy pomiarowe. Wartość tego błędu jest dosyć duża.