Rok akademicki: 2003/2004 Rok studiów: II Kierunek studiów: Metalurgia Nr grupy: 4	Temat: Przewodnictwo elektryczne roztworów elektrolitów	Data wykonania ćwiczenia: 2003.12.12
Nr zespołu: 11	Pastucha Krzysztof Papierz Grzegorz	Ocena

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych pojęć i zależności dotyczących przewodnictwa elektrycznego wodnych roztworów elektrolitów, metod pomiaru przewodnictwa oraz zastosowania wyników pomiarów przewodnictwa.

Wykonanie ćwiczenia:

• Wyznaczanie stopnia dysocjacji i stałej dysocjacji kwasu octowego (CH₃COOH). Sporządzamy po 5 roztworów, z których każdy następny jest dwukrotnie rozcieńczony w stosunku do poprzedniego:(NaCl, HCl, CH₃COOH, CH₃COONa). Mierzymy następnie ich przewodnictwo za pomocą konduktometru CC-311.

• Miareczkowanie konduktometryczne.

Do zlewki odmierza się zadaną przez prowadzącego ilość CH₃COOH . Dokonujemy pomiarów każdorazowo po dodaniu 0,5 cm³ NaOH, po przekroczeniu punktu równoważnikowego miareczkowania wykonujemy jeszcze 3 pomiary.

Opracowanie wyników pomiarów:

Stopień dysocjacji i stała dysocjacji kwasu octowego:

1. Wyniki pomiarów przewodnictwa właściwego wpisujemy do tabeli:

Stężenie	NaCl		HCl		CH3COONa		CH3COOH
[mol/dm^3]	[S/m]	[Sm^2/wal]	[S/m]	[Sm^2/wal]	[S/m]	[Sm^2/wal]	[S/m]	[Sm^2/wal]
0,1	1,036	0,01036	3,913	0,0391	0,713	0,00713	0,052	0,00052
0,05	0,553	0,0112	2,010	0,0402	0,395	0,00792	0,039	0,00077
0,025	0,289	0,0117	0,983	0,0393	0,209	0,00835	0,027	0,00107
0,0125	0,147	0,0118	0,540	0,0432	0,105	0,00843	0,018	0,00147
0,00625	0,076	0,0121	0,257	0,0411	0,055	0,00885	0,014	0,00219

2. Dla każdego z roztworów obliczamy przewodnictwo równoważnikowe wg wzoru:

;

gdzie:

Λ_r - przewodnictwo równoważnikowe [Sm²/wal]

κ - przewodnictwo właściwe [S/m]

c_r - stężenie równoważnikowe roztworów [wal/dm³], (c_r=c_m.)

Wyniki obliczeń przewodnictwa równoważnikowego wpisujemy do powyższej tabeli.

3. Na podstawie otrzymanych wyników rysujemy wykresy zależności κ=f(c) oraz Λ_r=f(c).

4.Dla roztworów HCl, NaCl, CH₃COONa obliczamy metodą najmniejszych kwadratów równanie prostych Λ_r=f(
), sporządzamy wykresy zależności Λ_r=f(
) i zaznaczamy na wykresie graniczne przewodnictwa równoważnikowe.

1. Roztwory NaCl:

NaCl
c^0,5	[Sm^2/wal]
0,316	0,01036
0,224	0,0112
0,158	0,0117
0,112	0,0118
0,079	0,0121

Równanie prostej regresji:

y = -0,0071x + 0,0127

współczynnik b=0,0127 zatem Λ°_NaCl=0,0127 Sm²/wal;

b) Roztwory HCl:

HCl
c^0^,5	[Sm^2/wal]
0,316	0,0391
0,224	0,0402
0,158	0,0393
0,112	0,0432
0,079	0,04112

Równanie prostej regresji:

y = -0,0118x + 0,0427

współczynnik b=0,0427 zatem Λ°_HCl=0,0427 Sm²/wal;

3. Roztwory CH₃COONa:

CH3COONa
c^0,5	[Sm^2/wal]
0,316	0,00713
0,224	0,00792
0,158	0,00835
0,112	0,00843
0,079	0,00885

Równanie prostej regresji:

y = -0,0068x + 0,0093

współczynnik b=0,0093 zatem Λ°_CH3COONa=0,0093 Sm²/wal;

5.Na podstawie otrzymanych Λ° oraz reguły Kohlrauscha obliczamy graniczne przewodnictwo równoważnikowe kwasu octowego.

Λ°_CH3COOH=Λ°_HCl +Λ°_NaCl -Λ°_CH3COONa

Λ°_CH3COOH=0,0427 +0,0127 -0,0093=0,0461 Sm²/wal;

6.Korzystając z danych zawartych w tabeli (λ°+ oraz λ°−) obliczamy teoretyczne wartości granicznych przewodnictw równoważnikowych roztworów.

λ°+Na=0,00501 Sm²/wal;

λ°+H=0,03498 Sm²/wal;

λ°−Cl=0,007635 Sm²/wal;

λ°−CH₃COO=0,00409 Sm²/wal;

Λ°_HCl=λ°+H + λ°−Cl =0,0426 Sm²/wal;

Λ°_NaCl =λ°−Cl + λ°+Na =0,0126 Sm²/wal;

Λ°_CH3COONa=λ°+Na + λ°−CH₃COO =0,0091 Sm²/wal;

Λ°_CH3COOH=λ°+H + λ°−CH₃COO =0,0391 Sm²/wal;.

Na podstawie uzyskanych wartości obliczamy stopień dysocjacji i stałą dysocjacji kwasu octowego dla badanych stężeń, sporządzamy wykres zależności stopnia dysocjacji od stężenia kwasu.

Stopień dysocjacji i stałą dysocjacji obliczamy ze wzorów:


;


Wyniki obliczeń wpisujemy do tabeli: Λ°_CH3COOH=0,0461 Sm²/wal;


;
[…]

Stężenie	CH3COOH		Kdys
[mol/dm^3]	[Sm^2/wal]
0,1	0,00052	0,01128	0,00001272
0,05	0,00077	0,016703	0,00001395
0,025	0,00107	0,02321	0,00001347
0,0125	0,00147	0,031887	0,00001271
0,00625	0,00219	0,047505	0,00001410




8.Na podstawie zależności:




wyznaczamy graficznie wartość stałej dysocjacji, prowadząc przez punkty prostą regresji;


;


*c	1/
0,00005141	1923,077
0,00003786	1298,701
0,00002613	934,5794
0,00001779	680,2721
0,00001304	456,621




Równanie prostej regresji jest następujące:

y=3*10^-8x+7*10^-7

a=K_dys*Λ°²=3*10^-8

b=-K_dys*Λ°=-7*10^-7

a więc:

K_dys=b²/a =1,63*10^-5; Λ_CH3COOH=b/-K_dys=0,0429 Sm²/wal

9.Wnioski:

Wzrost stężenia powoduje wzrost przewodnictwa właściwego roztworów. Natomiast w przypadku przewodnictwa równoważnikowego jest odwrotnie, wzrost stężenia powoduje spadek przewodnictwa równoważnikowego. Stopień dysocjacji kwasu zależy od stężenia.

Jak widać na wykresach zależność Λ_r=f(
) jest prostoliniowa tylko dla mocnych roztworów elektrolitów, natomiast w przypadku roztworu słabego kwasu przy małych stężeniach, niewielki spadek stężenia powoduje nagły wzrost przewodnictwa. Wiąże się to z faktem wzrostu stopnia dysocjacji kwasu octowego ze spadkiem stężenia, co jest widoczne na odpowiednim wykresie. Stała dysocjacji kwasu octowego wynosi ok. 2*10^-6.

Błędy wyznaczonych przez nas wartości mogą być wynikiem niedokładnych pomiarów, lub nieustalonych warunków w laboratorium.

Miareczkowanie konduktometryczne.

1.Na podstawie dokonanych pomiarów przewodnictwa wykonanych dla roztworu HCl wykonujemy wykres zależności przewodnictwa od objętości dodawanego roztworu miareczkującego NaOH.

Z wykresu odczytujemy objętość zużytej podczas miareczkowania NaOH (punkt równoważnikowy).

Dane dla HCl

V NAOH [ml]	K[S/m]
0	,
0,5	1,725
1	1,657
1,5	1,548
2	1,447
2,5	1,342
3	1,208
3,5	1,091
4	1,036
4,5	0,962
5	0,883
5,5	0,826
6	0,777
6,5	0,716
7	0,675
7,5	0,568
8	0,546
8,5	0,503
9	0,441
9,5	0,392
10	0,337
10,5	0,297
11	0,319
11,5	0,359
12	0,386




2. Dla roztworu kwasu solnego punkt równoważnikowy jest dla 10,5 cm³ NaOH.

Na podstawie podanych objętości obliczamy stężenie badanego roztworów ze wzoru:




Vx=20 ml

Dla HCl:




Wnioski:

Na podstawie wykresów zależności przewodnictwa od objętości roztworu miareczkującego, odczytując objętość w punkcie minimum lub przegięciu możemy obliczyć stężenie badanego roztworu.

1

---