WYZNACZANIE ILOCZYNU ROZPUSZCZALNOŚCI METODĄ POMIARU PRZEWODNICTWA

ĆW.26.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie iloczynu rozpuszczalności K_sp dla kilku słabo rozpuszczalnych związków jonowych, na przykład CaSO₄. Takie sole jak CaSO₄ są zaliczane do mocnych elektrolitów; cała ilość CaSO_4, która rozpuści się w wodzie, całkowicie dysocjuje na jony Ca²⁺ i SO₄^2- zgodnie z równaniem reakcji:

CaSO_4(s) Ca²⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

W reakcjach heterogenicznych stężenie fazy stałej nie zmienia się, dlatego stałą równowagi reakcji dysocjacji CaSO₄ można wyrazić równaniem:

K_sp = [Ca²⁺ ]·[ SO₄ ^2-]

Iloczyn rozpuszczalności K_sp jest to iloczyn stężeń molowych jonów soli trudno rozpuszczalnej w jej roztworze nasyconym. K_sp ma wartość stałą w stałej temperaturze. W celu wyznaczenia iloczynu rozpuszczalności związku należy precyzyjnie wyznaczyć stężenia molowe jonów w nasyconym roztworze. Ze względu na bardzo małą rozpuszczalność tej soli, molowe stężenia jonów są bardzo małe, więc wyznaczenie ich wartości wymaga specjalnych metod, na przykład pomiarów przewodnictwa.

Odczynniki:

► nasycony roztwór siarczanu(VI) wapnia, CaSO₄

► nasycony roztwór chlorku ołowiu(II), PbCl₂

► woda destylowana

Sprzęt laboratoryjny:

► 2 zlewki o pojemności 50 cm³

► zestaw do sączenia

► konduktometr

Wykonanie ćwiczenia:

• Nasycony roztwór siarczanu(VI) wapnia, CaSO₄ (lub chlorku ołowiu(II), PbCl₂) należy przesączyć przez bibułę filtracyjną do uzyskania ok. 30 cm³ przesączu w zlewce.

• Przygotuj konduktometr do pomiaru. W tym celu przepłucz wodą destylowaną elektrodę i dokładnie osusz.

• Następnie zmierz przewodnictwo badanego roztworu i zanotuj jego wartość (κ_r).

• Zmierz przewodnictwo wody destylowanej i zanotuj wynik (κ_w).

• Na termometrze odczytaj temperaturę panującą w laboratorium.

Obliczenia:

Obliczenie przewodnictwa właściwego soli rozpuszczonej.

Przewodnictwo właściwe roztworu nasyconego trudno rozpuszczalnej soli jest bardzo małe. W celu uniknięcia błędu oznaczenia należy uwzględnić przewodnictwo właściwe wody destylowanej, na bazie której został sporządzony roztwór soli nasyconej.

Następnie wartość przewodnictwa właściwego rozpuszczonej soli otrzymaną w warunkach pomiaru należy przeliczyć na warunki standardowe.

Przewodnictwo właściwe soli rozpuszczonej obliczamy korzystając ze wzoru:

κ_s = κ_r - κ_w

κ_s - przewodnictwo właściwe soli rozpuszczonej [S/cm]

κ_r - przewodnictwo właściwe nasyconego roztworu badanej soli (zmierzone w ćwiczeniu i podane w jednostkach [S/cm])

κ_w - przewodnictwo właściwe wody destylowanej [S/cm])

Przyjmując, że przewodnictwo zmienia się o 2% przy zmianie temperatury o 1º otrzymaną wartość przewodnictwa należy przeliczyć na warunki standardowe korzystając z tabeli 1.

Tabela 1. Sposób przeliczenia wartości przewodnictwa właściwego soli rozpuszczonej wyznaczonego w temperaturze T na warunki standardowe:

T (º)	18	19	20	21	22	23	24	25
wartość κs^298K	κs+0,14κs	κs+0,12κs	κs+0,1κs	κs+0,08κs	κs 0,06κs	κs+0,04κs	κs+0,02κs	κs

gdzie κ_s - przewodnictwo właściwe soli rozpuszczonej obliczone w temperaturze pomiaru

Obliczenie granicznego przewodnictwa molowego

Graniczne przewodnictwo molowe (
) badanej soli obliczamy na podstawie równania:

- graniczne przewodnictwo molowe soli rozpuszczonej [S⋅cm²/mol];

ν₊ i ν_- - liczba kationów i anionów, na jakie dysocjuje dana sól;

i
- graniczne przewodnictwo molowe kationu i anionu [S⋅cm²/mol]

(odczytane z tabeli 2)

Tabela 2. Wartości granicznych przewodnictw molowych jonów w 298K.

jon	[S⋅cm^2/mol]	jon	[S⋅cm^2/mol]
Pb^2+	141	Cl^-	76,44
Ca^2+	118,97		159,9

Obliczanie stężenia soli w oparciu o wartość granicznego przewodnictwa molowego.

Dla soli trudno rozpuszczalnych można przyjąć, że graniczne przewodnictwo molowe (
) jest równe przewodnictwu molowemu (
), czyli:
=

Ponieważ:

κ - przewodnictwo właściwe [S/cm]

c - stężenie roztworu [mol/dm³]

λ_M - przewodnictwo molowe [S⋅cm²/mol]

1000 - oznacza zamianę dm³ na cm³ (1000 cm³ = 1dm³)

stąd:

κ_s - przewodnictwo właściwe soli rozpuszczonej w 298K [S/cm]

- graniczne przewodnictwo molowe soli rozpuszczonej [S⋅cm²/mol]

zatem stężenie badanej soli możemy obliczyć ze wzoru:

Stężenie (c) badanej soli w roztworze nasyconym jest równe jej rozpuszczalności (R) w jednostkach [mol/dm³].

Iloczyn rozpuszczalności analizowanej soli obliczamy następująco:

♦ dla soli typu AB:

AB A⁺ + B^-

R = [A⁺] = [B^-] [mol/dm³ ]

♦ dla soli typu AB₂:

AB₂ A²⁺ + 2B^-

R = [A⁺] = 1/2[B^-] [mol/dm³ ]

Obliczanie rozpuszczalności badanej soli w [g/dm³].

Znając wartość rozpuszczalności soli w jednostkach [mol/dm³] (R) oraz jej masę molową (M) oblicz rozpuszczalność soli w [g/dm³] (R′) korzystając ze wzoru:

R′ = R⋅M

Wyniki:

Uzupełnij poniższą tabelę:

sól

κr [S/cm]

κw [S/cm]

κs^* [S/cm]

[S⋅cm^2/mol]

rozpuszczalność

Ir

R [mol/dm^3]

R′ [g/dm^3]

* wartość przeliczona na warunki standardowe

Dyskusja:

1. Na przykładzie BaSO₄ wyjaśnij różnicę pomiędzy rozpuszczalnością, stężeniem molowym a iloczynem rozpuszczalności.

2. Dlaczego nie stosuje się pojęcia iloczynu rozpuszczalności dla dobrze rozpuszczalnych związków jonowych?

3. Napisz równanie dysocjacji oraz wyrażenie na iloczyn rozpuszczalności dla następujących związków chemicznych: Ag₂CrO₄; AuCl₃; Mn₃(PO₄)₂.

4. W jaki sposób można przewidzieć, czy wytrąci się osad po zmieszaniu dwóch roztworów?

5. W jaki sposób możemy rozdzielić jony Cl^-, Br^{- ,} oraz I^- z wodnego roztworu?

6. Wyjaśnij zasadę metody frakcjonowanego wytrącania.

---