Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
22	8	6	16.05.2000
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
Edyta Błaż Maria Borzęcka Joanna Jarosz		Równowaga chemiczna I2 + KI

1. Wstęp teoretyczny

Doświadczenie opiera się na reakcji
. Stała termodynamiczna dla tej reakcji ma postać:
. W warunkach prowadzenia reakcji, stężenie wolnego jodu I₂ w stanie równowagi jest tak małe, że przyjmuje się
. W celu obliczenia współczynników aktywności jonów
oraz
należy najpierw obliczyć siłę jonową roztworu J =
, a następnie logarytm współczynników aktywności jonów
i
korzystając z uproszczonego wzoru Debey'a ­- Hückla:
. Ponieważ powyższy wzór nie uwzględnia cech charakterystycznych jonów, więc współczynniki aktywności tych jonów, w tym samym roztworze, są sobie równe. Wynika z tego, że wyrażenie
= 1, i że stała stężeniowa reakcji jest w przybliżeniu równa stałej termodynamicznej, czyli K_a
K_c. Reakcja jest prowadzona w dwóch środowiskach: wodnym i niewodnym (CCl₄), w których stężenia jodu są różne. Po ustaleniu się stanu równowagi oznacza się zawartość jodu w mieszaninach reakcyjnych przez miareczkowanie roztworem tiosiarczanu sodu. Przez miareczkowanie warstwy wodnej oznacza się całkowitą zawartość jodu, sumę I₂ i
, ponieważ jony
są nietrwałe i ulegają rozpadowi w czasie miareczkowania:

Natomiast przez miareczkowanie warstwy niewodnej oznacza się stężenie I₂ w CCl₄ w stanie równowagi. Następnie oblicza się równowagowe stężenia poszczególnych reagentów, wykorzystując do tego celu współczynnik podziału jodu między warstwę wodną i CCl₄.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej równowagi reakcji
w roztworze wodnym na podstawie wyników miareczkowania i współczynnika podziału jodu między wodę i czterochlorek węgla.

3. Zadane parametry

nasycony roztwór I₂ w CCl₄

0,1 mol roztwór KI

0,01 mol roztwór Na₂S₂O₃ do miareczkowania

1% roztwór skrobi

temperatura: 21°C, 34°C

K_N (18°-25°) I₂ między CCl₄ a H₂O = 85

K_N (28°-35°) I₂ między CCl₄ a H₂O = 95

4. Sposób wykonania ćwiczenia

Kolbkę zawierającą, uprzednio wytrząśniętą, mieszaninę nasyconego roztworu I₂ w CCl₄ i 0,01 molowego wodnego roztworu KI umieszczono w termostacie na pół godziny w celu osiągnięcia przez układ zadanej temperatury (34°C). W drugiej kolbie sporządzono mieszaninę 20 cm³ nas. roztworu I₂ w CCl₄ i 120 cm³ 0,01molowego roztworu KI. Kolbę wytrząsano przez 30 minut w celu doprowadzenia układu do stanu równowagi chemicznej, fizycznej i termodynamicznej. Następnie pobrano z pierwszej kolbki po około 2 cm³ warstwy niewodnej i po około 12 cm³ warstwy wodnej (próbki pobierano od razu z obydwu warstw, aby zachować temperaturę reakcji). Do warstwy niewodnej dodano ok. 10 cm³ 0,1 molowego roztworu KI i miareczkowano 0,01 molowym roztworem tiosiarczanu sodu. Pod koniec miareczkowania dodano do roztworu 2 cm³ skrobi i prowadzono miareczkowanie do całkowitego odbarwienia się roztworu. Warstwę wodną miareczkowano bezpośrednio roztworem tiosiarczanu wobec skrobi, również do odbarwienia się roztworu. Analogicznie postąpiono z kolbką drugą, w której znajdowała się mieszanina w temperaturze pokojowej. Wyniki miareczkowania przedstawiono w punkcie 5.

5. Wyniki pomiarów

(2:1) warstwa niewodna → stężenie

,
(2:1) warstwa wodna → stężenie (
+ I₂)

roztwór I2 w CCl4 + KI	warstwa	objętość próbki [cm^3]	objętość Na2S2O3 [cm^3]	stężenie I2* [mol/dm^3]	stężenie I2 średnie	stężenie ( + I2)** [mol/dm^3]	stężenie ( + I2)** średnie
21°C KN = 85	wodna	15,00	11,35	-	-	6,608ּ10^-3	6,565ּ10^-3
		wodna	15,00	11,50		-			6,522ּ10^-3
		CCl4	2,00	25,70		3,891ּ10^-4		3,876ּ10^-4	-	-
		CCl4	2,00	25,90		3,861ּ10^-4			-
	34°C KN = 95	wodna	13,00	11,10		-		-	5,856ּ10^-3	5,732ּ10^-3
		wodna	12,00	10,90		-			5,607ּ10^-3
		CCl4	1,60	21,05		3,800ּ10^-4		3,775ּ10^-4	-	-
		CCl4	1,50	20,00		3,750ּ10^-4			-

* stężenie I₂ =

= 0,01 mol/dm³

** stężenie (
+ I₂) =

= 0,01 mol/dm³

roztwór I2 w CCl4 + KI	[mol/dm^3]	* [mol/dm^3]	** [mol/dm^3]	*** [mol/dm^3]
21°C KN = 85	3,876ּ10^-4	4,560ּ10^-6	6,560ּ10^-3	3,440ּ10^-3
34°C KN = 95	3,775ּ10^-4	3,974ּ10^-6	5,728ּ10^-3	4,272ּ10^-3

*
=

**
=
-

***
=
-
,
= 0,01 mol/dm³

K =
stała równowagi reakcji
w roztworze wodnym

K_21°C =
= 4,182ּ10⁵

K_34°C =
= 3,374ּ10⁵

Stała równowagi reakcji
maleje ze wzrostem temperatury.

2

---