Ćwiczenie II WYZNACZENIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORAZ ROZPUSZCZALNOŚCI SOLI TRUDNOROZPUSZCZALNYCH METODĄ POMIARÓW PRZEWODNICTWA

Transkrypt

1 Ćwizenie II WYZNACZENIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORAZ ROZPUSZCZALNOŚCI SOLI TRUDNOROZPUSZCZALNYCH METODĄ POMIARÓW PRZEWODNICTWA oprownie: Brbr Stypuł Wprowdzenie Celem ćwizeni jest poznnie włśiwośi fizykohemizyh elektrolitów, wielkośi, które je hrkteryzują, zleżnośi między nimi orz prostego sposobu pomiru tyh wielkośi.. Przewodnitwo elektrolityzne Zdolność przewodzeni prądu elektryznego nzywmy przewodnitwem, ił, które tą zdolność posidją, przewodnikmi. Rozróżnimy dw typy przewodników: I i II-go rodzju. W przypdku przewodników I-go rodzju (metli, stopów) nośnikmi łdunku są elektrony, ntomist w przypdku przewodników II-go rodzju (elektrolitów) jony. Wielkość oporu przewodnik, zrówno I jk i II-go rodzju określ II prwo Ohm: gdzie: R - opór l R [ ] s - oporność włśiw [ m] lub [ m] l - w przypdku elektrolitu odległość elektrod s w przypdku elektrolitu powierzhni elektrod. Przewodniki elektrolityzne zzwyzj hrkteryzuje się poprzez przewodnitwo włśiwe, oznzone przez (lub ), będąe odwrotnośią oporu włśiwego. R l s [ - m - ] lub [ - m - ] Njzęśiej stosowną jednostką przewodnitw w elektrohemii jest S m -, przy zym S (simens) jest zdefiniowny jko odwrotność oporu. - m -, oznzny również Wielkość s l - nzywn jest stłą nzyńk pomirowego lub jego pojemnośią oporową: k l s

2 Stłą nzyńk wyznz się doświdzlnie mierzą opór nzyńk npełnionego elektrolitem o znnym przewodnitwie. Pomir przewodnitw roztworu elektrolitu poleg n wyznzeniu jego oporu z pomoą mostk Whetstone Kohlrush. Różni się od mostk Whetstone stosownego do pomirów siły elektromotoryznej ogniw tym, że zsilny jest prądem zmiennym z genertor o wysokiej zęstośi, około Hz. Dzięki temu unik się zhodzeni elektrolizy, uniemożliwijąej poprwny pomir. W przyrządh do pomiru przewodnitw - konduktometrh, stosuje się mostki pomirowe utomtyzne, w któryh doprowdzenie mostk do stnu równowgi nstępuje smozynnie z pośrednitwem tzw. ukłdu śledzego, przy równozesnym wyświetleniu wrtośi mierzonego przewodnitw.. Zleżność przewodnitw elektrolitów od stężeni Przewodnitwo elektrolityzne zleży od stężeni elektrolitu. W większośi przypdków krzywe zleżnośi przewodnitw od stężeni wykzują hrkterystyzny przebieg, przedstwiony n Rys.. Rys.. Zleżność przewodnitw od stężeni soli. W zkresie niskih stężeń elektrolitu wzrost przewodnitw włśiwego ze stężeniem jest wynikiem wzrostu lizby jonów w jednoste objętośi roztworu. W zkresie wyższyh stężeń spdek przewodnitw związny jest ze wzrostem oddziływni między jonmi i spdkiem ruhliwośi orz mlejąym stopniem dysojji. W elektrohemii wprowdzono pojęie przewodnitw równowżnikowego lub molowego m. W przypdku przewodnitw równowżnikowego stężenie wyrżone jest w [wl dm - ] (inzej

3 w [grmorównowżnik dm - ]). Grmorównowżnik jest zęśią mol przypdjąą n jedną wrtośiowość (wl = mol/wrtośiowość). Przewodnitwo molowe odnosi się do przewodnitw roztworu, którego stężenie wyrżone jest w molh dm -. Jest to przewodnitwo roztworu zwierjąego w objętośi V mol elektrolitu. m V Dl elektrolitów wrtośiowyh przewodnitwo równowżnikowe jest równe przewodnitwu molowemu. Dl pozostłyh elektrolitów związek między i m przedstwi równnie: m Z m Z gdzie: +, - lizb jonów n jkie dysojuje elektrolit Z +, Z - - łdunki jonów Jednostką przewodnitw równowżnikowego jest - [ - m wl - ] lub [ - m wl - ], przewodnitw molowego [ - m mol - ] lub[ - m mol - ]. Njzęśiej, stosowną w prktye jednostką przewodnitw równowżnikowego jest [ - m wl - ]. Jeżeli [ m ] : wl dm wtedy: gdzie: oznz m n dm, stąd: m m wl dm dm [ m wl ]. Zleżność przewodnitw równowżnikowego od stężeni Doświdzlnie stwierdzono, że przewodnitwo równowżnikowe mleje ze wzrostem stężeni. Dl elektrolitów monyh ( ) w znznym zkresie stężeń istnieje liniow zleżność przewodnitw równowżnikowego od, (Rys.). lim gdzie: wrtość stł, - przewodnitwo grnizne (przewodnitwo roztworu nieskońzenie rozieńzonego).

4 Wrtośi o mogą być łtwo wyznzone dl elektrolitów monyh poprzez ekstrpolję wyznzonej doświdzlnie zleżnośi od. Rys.. Zleżność przewodnitw równowżnikowego od. Słbe elektrolity nie wykzują liniowej zleżnośi od, dltego tej ekstrpolji dl elektrolitów słbyh nie możn dokonć. Dl tyh elektrolitów przewodnitwo równowżnikowe wzrst gwłtownie, gdy stężenie zmierz do zer (krzyw zbliż się symptotyznie do osi rzędnyh nie przeinją jej). Dl elektrolitów słbyh wyznz się niezleżnej wędrówe jonów: o korzystją z prw Kohlrush o gdzie: i - grnizne przewodnitwo równowżnikowe jonów (ktionów i nionów). Wielkośi i są stłe w stłej temperturze, hrkterystyzne dl dnego jonu rozpuszzonego w dnym rozpuszzlniku. T ddytywność przewodnitw dowodzi, że jony w rozieńzeniu nieskońzenie wielkim wędrują w sposób niezleżny. Grnizne przewodnitw dl większośi jonów zostły wyznzone doświdzlnie i zmieszzone w tblih wrtośi grniznyh. Korzystją z przewodnitw równowżnikowyh jonów możn łtwo zleźć o dowolnego elektrolitu. 4. Związek przewodnitw równowżnikowego ze stłą dysojji słbego elektrolitu Stosunek przewodnitw równowżnikowego przy dnym stężeniu do przewodnitw grniznego nosi nzwę współzynnik przewodnitw. Dl brdzo słbyh elektrolitów wg Arhenius równy jest stopniowi dysojji. 4

5 5. Zdnie i sposób wykonni 5.. Wyznzenie stłej dysojji słbyh elektrolitów z pomirów przewodnitw Związek pomiędzy przewodnitwem równowżnikowym słbyh elektrolitów ih stopniem dysojji, pozwl wyznzyć stłą dysojji słbyh kwsów (HA): HA H + + A - K H HA A gdzie: W roztworh brdzo rozieńzonyh współzynniki ktywnośi γ w przybliżeniu są równe jednośi, toteż współzynniki ktywnośi możn zstąpić stężenimi,wtedy K K, stąd: K [H ][A [HA] ] Poniewż w przypdku słbego elektrolitu jednowrtośiowego stężenie ząstek zdysojownyh: [H + ] = [A ] = ntomist stężenie zęśi niezdysojownej: [HA] = wówzs: K stąd dohodzimy do prw rozieńzeń Ostwld: wstwiją z zleżnośi Arhenius: K otrzymujemy: K ( ) po przeksztłeniu: K K 5

6 Ztem sporządzją wykres zleżnośi od otrzymmy linię prostą (Rys.) o równniu: y = x + b zyli: y K x K gdzie: = K b = K Z równni i wykresu wynik, że gdy y = to: zyli: x = ntomist, gdy x=: K x = K y = K Y X C Rys.. Wykres zleżnośi od Z powyższego wykresu, (Rys.), możn wię wyznzyć o i K. 5.. Oznznie rozpuszzlnośi soli metodą pomiru przewodnitw Pomir przewodnitw może być wykorzystny do oznzeni rozpuszzlnośi i ilozynów rozpuszzlnośi soli trudno rozpuszzlnyh. Możliwość t opier się n zleżnośi pomiędzy przewodnitwem równowżnikowym włśiwym: 6

7 Nsyony roztwór soli trudno rozpuszzlnej, możn trktowć jko nieskońzenie rozieńzony i przyjąć jego przewodnitwo równowżnikowe z równe przewodnitwu grniznemu możn oblizyć z grniznyh przewodnitw jonowyh podnyh w tblih., które Dl roztworu nsyonego soli trudno rozpuszzlnej, możemy wię npisć: stąd: gdzie będzie stężeniem soli trudno rozpuszzlnej, w roztworze nsyonym, wyrżone w wl/dm. 5.. Wykonnie ćwizeni Aprtur: konduktometr, zujnik konduktometryzny, łźni wodn z termosttem, szkło lbortoryjne. Odzynniki:,M kws hlorootowy, CH ClCOOH, wod destylown, nsyone roztwory soli PbSO 4, PbI, CSO 4, SrCO.. Npełnić łźnię wodną wodą z krnu.. Włązyć termostt i nstwić wrtość tempertury n 5 o C. Odzekć, ż wod osiągnie żądną temperturę.. Wstwić do łźni wodnej nzynie z wodą destylowną i odzekć ok. 5 min. ż osiągnie temperturę wody w łźni. 4. Wykonć pomir przewodnitw włśiwego (κ) wody destylownej u z pomoą konduktometru zgodnie z instrukją podną n nstępnej stronie, 5. Zmierzyć przewodnitwo roztworów kwsu hlorootowego o stężenih:,m;,4m;,5m;,6m;,7m pozynją od roztworów njbrdziej rozieńzonyh w wrunkh termosttownyh, jk dl wody destylownej. 6. Z roztworu wyjśiowego kwsu hlorootowego o stężeniu.m sporządzić smodzielnie m roztworu o stężeniu podnym przez systent. Zmierzyć jego przewodnitwo włśiwe w wrunkh termosttownyh i porównć z wrtośią otrzymną dl gotowego roztworu o identyznym stężeniu. 7. Zmierzyć przewodnitwo nsyonyh roztworów PbSO 4, PbI, CSO 4, SrCO w wrunkh termosttownyh. Uwg: przed kżdym pomirem zujnik konduktometryzny przemyć wodą destylowną. Wyniki umieśić n formulrzu sprwozdni. 7

8 Instrukj pomiru przewodnitw miernikiem CX-55. W gnizdo ond włązyć zujnik konduktometryzny.. W gnizdo power włązyć przewód zsilni.. Nisnąć przyisk on/off. 4. Wisnąć przyisk ond, wówzs lewy wyświetlz podje mierzoną wrtość przewodnośi Zwróć uwgę n jednostki wyświetlne obok lizb! Oprownie wyników. Oblizyć przewodnitwo równowżnikowe z pomirów przewodnitw włśiwego (oblizeni wykonć n odwroie strony). Wyniki umieśić w Tbeli 4.. Nrysowć wykres zleżnośi od i oblizyć stłą dysojji K.. Porównć wyznzoną stłą dysojji z wrtośią tbliową K =,4 - i przedyskutowć wyniki. 4. Oblizyć grnizne przewodnitwo równowżnikowe grniznyh przewodnitw jonowyh zmieszzonyh w tbeli. bdnyh soli, korzystją z wrtośi Tbel. Wrtośi grniznyh przewodnitw jonowyh wybrnyh jonów. o 98 Jon [m wl ] (/)Pb + 7, (/)C + 59,5 (/)Sr + 59,5 Ag + 6,9 I - 76, - (/)SO 4 79,8 - (/)CO 7, 5. Oblizyć rozpuszzlność bdnyh soli w molh/dm (oblizeni wykonć n odwroie strony). 6. Oblizyć ilozyn rozpuszzlnośi bdnyh soli i porównć z wrtośią tbliową. Wyniki zpisć w tbeli 5). Wrtośi ilozynu rozpuszzlnośi wybrnyh soli: LPbSO,6 4 8 LCSO 6, LPbI 8,7 LSrCO 6. 8

9 Njwżniejsze zgdnieni (pytni). Przewodnitwo, przewodnitwo włśiwe, przewodnitwo równowżnikowe, definije, jednostki, metod pomiru.. Sens fizyzny stłej i stopni dysojji, od zego zleżą te wielkośi, związek między tymi wielkośimi.. Prwo niezleżnej wędrówki jonów. 4. Rozpuszzlność, ilozyn rozpuszzlnośi, związek między nimi. 5. Stężeni i przeliznie stężeń. Litertur P.W. Atkins, Podstwy hemii fizyznej, PWN, Wrszw, K. Pigoń, Z. Ruziewiz, Chemi fizyzn, PWN, Wrszw 98, M. Holtzer, A. Stronk, Chemi fizyzn wprowdzenie, wyd. AGH, Krków. Wykonno w rmh pry włsnej nr Sprwozdnie przygotowć wg złązonego wzoru 9

10 WYZNACZENIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORAZ ROZPUSZCZALNOŚCI SOLI TRUDNOROZPUSZCZALNYCH Nzwisko: Imię: Wydził: Grup: Zespół: Dt: Podpis prowdząego: Tbel. Pomir przewodnitw włśiwego roztworów kwsu hlorootowego. [wl/dm ] H O [ ] *,,4,5,6,7 * wpisć jednostkę odzytną z konduktometru. Tbel. Pomir przewodnitw włśiwego nsyonyh roztworów soli. sól [ ] * PbSO 4 PbI CSO 4 SrCO wpisć jednostkę odzytną z konduktometru. Tbel 4. Wyniki oblizeń przewodnitw równowżnikowego [wl/dm ] H O - O H,,4,5,6,7

11 Anliz wyników: Tbel 5. Wyniki oblizeń ilozynu molowego bdnyh soli sól - O H PbSO 4 rozpuszzlność, s [mol/dm ] ilozyn rozpuszzlnośi, L PbI CSO 4 SrCO Anliz wyników: