Zakład Chemii Fizycznej

Laboratorium Studenckie

SPRAWOZDANIE

ĆWICZENIE 14

WYZNACZANIE STAŁEJ RÓWNOWAGI REAKCJI

J₂ + J ^- = J₃ ^-

WYKONALI:

Kozieł Urszula

Piotr Gawroński

Technologia Chemiczna

rok III grupa II

SZCZECIN 2002

CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej równowagi reakcji:

J₂ + J ^- = J₃ ^-

a także wykazanie, że wielkość ta nie zależy od stężeń reagentów w roztworze.

WSTĘP:

Jeżeli rozpatrujemy układ zamknięty, to układ ten znajduje się w równowadze termodynamicznej, jeżeli jego stan termodynamiczny nie zmienia się w czasie.

Równowaga reakcji chemicznej jest stanem końcowym po zajściu reakcji chemmicznej, gdzie w jednostce czasu powstaje tyle samo produktów z substratów, co substratów z produktów.

W rozpatrywanym układzie znajdującym się w warunkach stałego ciśnienia i temperatury T,p=const warunkiem ustalenia się stanu równowagi reakcji jset równanie:

Ponieważ potencjały chemicznne wyraża wzór:

Więc powyższy wzór można przedstawić:

Skąd warunek ten można przedstawić następująco:

czyli:

Jeżeli prawa strona równania jest funkcją wyłącznie T i p to można zapisać:

Tak zapisane równanie definiuje prawo działania mas, a wielkość K(T,p) nazywa się termodynamiczną stałą równowagi.

Wielkość tę obliczono dla dwóch roztworów,

Rozdzielacz 1- 20 cm³ nasyconego r-ru J₂ w CCl₄

100 cm³ 0,1m KJ

Rozdzielacz 2- 10 cm³ nasyconego r-ru J₂ w CCl₄

10 cm³ CCl₄

100 cm³ 0,1m KJ

w których stężenia jodu są różne, a które oznaczano za pomocą miareczkowania r-rem tiosiarczau sodu. W taki sposób oznaczono stężenie jodu (J₂+J₃^-) w roztworze wodnym zgodnie z równaniami reakcji:

oraz

Jony
są nietrwałe i rozpadają się w czasie miareczkowania. Otóż stężenie jonu w mieszaninie reakcyjnej można wyznaczyć na podstawie prawa podziału Nernsta, stąd wynika nazwa metody - metoda podziału. W tym celu wodny roztwór, w którym zachodzi reakcja chemiczna, wytrząsa się z czterochlorkiem węgla. Praktycznie tylko J₂ rozpuszcza się CCl₄ i przechodzi do warstwy organicznej w takich ilościach , że stosunek jego stężeń w obu warstwach równa się współczynnikowi podziału. Ustala się równowaga dwóch procesów : równowaga reakcji chemicznej l. w roztworze wodnym oraz równowaga podziału J₂ pomiędzy wodą i CCl₄. Stężenie J₂ w CCl₄ w stanie równowagi obu procesów oznacza się również za pomocą miareczkowania roztworem Na₂S₂O₃. Znając współczynnik podziału J₂ pomiędzy CCl₄ i wodą oraz stężenie J₂ w warstwie czterochlorkowej oblicza się stężenie wolnego J₂ w warstwie wodnej. Na tej podstawie można już obliczyć stężenia poszczególnych reagentów oraz stałą równowagi.

OBLICZENIA:

1. Stężenie molowe jodu w warstwie CCl₄ rozdzielaczy:

R1=18,16

= 0,5*18,16*0,01*10^-3*200=1,816*10^-2

R2=9,13

=0,5*9,13*0,01*10^-3*200=9,13*10^-3

2. Suma stężeń molowych jodu J₂ i jonów J₃^- w warstwach wodnych rozdzielaczy:

Rw1=13,2

=0,5*13,2*0,01*10-3*200=1,32*10-2 [mol/dm3]

Rw2=7,1

=0,5*7,1*0,01*10^-3*200=7,1*10^-3 [mol/dm³]

3. Stężenie wolnego jodu J₂ w warstwach wodnych obliczonych na podstawie prawa podziału Nernsta

dla k=0,01:

=k*
=0,01*1,816*10^-2=1,816*10^-4 [mol/dm³]

=k*
=0,01*9,13*10^-3=9,13*10^-5 [mol/dm³]

4. Stężenie molowe jonów J₃^- w warstwie wodnej rozdzielaczy:

=
-
=1,32*10^-2 - 1,816*10^-4=1,30184*10^-2 [mol/dm³]

=
-
=7,1*10^-3 - 9,13*10^-5=7,0087*10^-3 [mol/dm³]

5. Stężenie molowe jonów J^- w warstwach wodnych:

=0,1-1,30184*10^-2=8,69816*10^-2 [mol/dm³]

=0,1-7,0087*10^-3=9,29913*10^-2 [mol/dm³]

6. Stała równowagi reakcji:

K₁=
=
=824,21019

K₂=
=
=825,52414

7. Tabela wyników:

	ROZDZIELACZ 1	ROZDZIELACZ 2
WYNIK MIARECZKOWANIA [ml/5ml]	1. 18,1	1. 9,2
	2. 18,2	2. 9,1
	3. 18,2	3. 9,1
WYNIK UŚREDNIONY	18,16	9,13
WARSTWA WODNA[ml/5ml]	13,2	7,1
[mol/dm^3]	1,816*10^-2	9,13*10^-3
[mol/dm^3]	1,32*10^-2	7,1*10^-3
[mol/dm^3]	1,816*10^-4	9,13*10^-5
[mol/dm^3]	1,30184*10^-2	7,0087*10^-3
[mol/dm^3]	8,69816*10^-2	9,29913*10^-2
K	8,2421019*102	8,2552414*102

8. Wnioski

Na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń - uwzględniając błędy pomiarowe a także błędy czynnika ludzkiego, wykazano niezależność stałej równowagi od stężeń reagentów w roztworze.

---