Wyznaczanie stałej dysocjacji pk a słabego kwasu metodą konduktometryczną Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej dysocjacji pk a słabego kwasu metodą konduktometryczną. Zakres wymaganych wiadomości: - przewodnictwo elektrolitów, - definicje przewodnictwa właściwego, równoważnikowego, granicznego przewodnictwa równoważnikowego, - zależność przewodnictwa równoważnikowego od stężenia, - wpływ temperatury na przewodnictwo, - miareczkowanie konduktometryczne, - zasada pomiaru przewodnictwa elektrolitów, - równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, - prawo rozcieńczeń Ostwalda. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tabela wyników pomiaru Rodzaj CH COOH CH COONa NaOH HCl κ (Ω - cm - )
SPRZĘT I ODCZYNNIKI - konduktometr, - zlewka 0 cm, - zlewka 0 cm szt., - cylinder miarowy 0 cm szt., - CH COOH, 0.00 mol/dm, - CH COONa, 0.00 mol/dm, - HCl o stężeniu 0.00 mol/dm, - NaCl o stężeniu 0.00 mol/dm - waga analityczna WYKONANIE POMIARÓW UWAGA Podczas pomiarów należy zwrócić uwagę, aby sonda konduktometryczna była właściwie zanurzona w roztworze i przy elektrodach nie było pęcherzyków powietrza.. Sporządzić 00 ml NaCl o stężeniu 0.00 mol/dm. W tym celu odważyć do zlewki, wcześniej obliczoną ilość soli, dodając 00 ml wody destylowanej.. Do zlewki o pojemności 0 cm wlać przy pomocy cylindra 0 cm kwasu octowego CH COOH i przy pomocy konduktometru zmierzyć jego przewodnictwo właściwe κ.. Przy pomocy pipety usunąć ze zlewki z kwasem cm, a następnie dodać cm wody (dwukrotne rozcieńczenie ). Zmierzyć przewodnictwo właściwe tego. Czynność rozcieńczania i pomiaru przeprowadzić tyle razy, aby uzyskać wyniki pomiaru przewodnictwa dla sześciu roztworów.. Pomiary opisane w punktach i przeprowadzić w ten sam sposób dla roztworów CH COONa, HCl i NaCl. OPRACOWANIE WYNIKÓW Wyznaczanie pk a metodą I. Obliczyć przewodnictwo równoważnikowe λ (Ω - cm mol - ) poszczególnych roztworów CH COOH korzystając z równania: gdzie: κ przewodnictwo właściwe (Ω - cm - ), c - stężenie molowe kwasu.. Obliczyć odwrotność przewodnictwa równoważnikowego /λ dla poszczególnych roztworów CH COOH.
. Obliczyć wartość wyrażenia c λ dla poszczególnych roztworów CH COOH.. Wyniki umieścić w tabeli: κ (Ω - cm - ) równoważnikowe λ (Ω - cm mol - ) /λ c λ. Narysować wykres zależności /λ = f(cλ).. Odczytać wartość /λ z przecięcia prostej z osią y przy zerowej wartości na osi x. Obliczyć λ. 7. Obrać na prostej dwa punkty P i P. Obliczyć nachylenie prostej a na podstawie współrzędnych x i y wybranych punktów. Obliczyć wartość stałej dysocjacji K a korzystając z równania: Wyznaczanie pk a metodą II 8. Obliczyć przewodnictwo równoważnikowe λ (Ω - cm mol - ) poszczególnych roztworów CH COONa, HCl i NaCl korzystając z równania: gdzie: κ przewodnictwo właściwe (Ω - cm - ), c - stężenie molowe kwasu. 9. Wyniki dla każdego umieścić w tabelach: κ (Ω - cm - ) równoważnikowe λ (Ω - cm mol - ) 0. Narysować dla tych trzech roztworów wykresy zależności przewodnictwa równoważnikowego λ od pierwiastka ze stężenia c ( ).
. Poprzez ekstrapolację do zerowej wartości c odczytać z wykresu wartości granicznego przewodnictwa równoważnikowego λ dla CH COONa, HCl i NaCl.. Obliczyć graniczne przewodnictwo równoważnikowe dla kwasu octowego korzystając z równania :. Na podstawie postulatu Arrheniusa (równ. 7) obliczyć stopień dysocjacji α, a następnie stałą dysocjacji K a (równ. ) dla poszczególnych roztworów kwasu octowego. Obliczyć wartość średnią K a, a następnie pk a.. Wyniki umieścić w tabeli: κ (Ω - cm - ) równoważnikow e λ (Ω - cm mol - ) α K a. Porównać uzyskane dwiema metodami wartości stałej dysocjacji pk a z wartością literaturową i obliczyć błąd względny. Omówić czynniki wpływające na dokładność wyznaczania tej wartości. Informacje uzupełniające: Słaby jednoprotonowy kwas HA dysocjuje zgodnie z równaniem: Równowaga tej reakcji zgodnie z prawem działania mas opisywana jest następującym równaniem: () Uwzględniając stopień dysocjacji α, stężenia poszczególnych składników można wyrazić jako część całkowitego stężenia kwasu c: () Po wstawieniu równań - do równania i uproszczeniu otrzymujemy równanie opisujące prawo rozcieńczeń Ostwalda: Stopień dysocjacji α można wyrazić jako stosunek przewodnictwa równoważnikowego λ danego elektrolitu do jego granicznego przewodnictwa równoważnikowego λ (postulat Arrheniusa): () () () () (7)
Po wstawieniu równania 7 do równania i przekształceniu otrzymujemy równanie opisujące stałą dysocjacji K a słabego kwasu z wykorzystaniem przewodnictwa równoważnikowego: Dalsze przekształcenie prowadzi do równania o następującej formie: (8) (9) Równanie to jest równaniem prostej typu : Po zmierzeniu przewodnictwa właściwego κ słabego kwasu dla różnych stężeń c można wyliczyć przewodnictwo równoważnikowe λ. Z wykresu funkcji /λ = f(cλ) w pierwszej kolejności wyznacza się λ (z przecięcia prostej z osią y przy zerowej wartości na osi x), a następnie z nachylenia prostej stałą dysocjacji K a. LITERATURA. Smoczyński L., Kalinowski S., Wasilewski J., Karczyński F., Podstawy chemii fizycznej z ćwiczeniami, Wyd. UWM, Olsztyn 000.. Chemia fizyczna, Praca zbiorowa, PWN Warszawa, 980.. Pigoń K., Ruziewicz Z., Chemia fizyczna, t.. Podstawy fenomenologiczne, PWN, Warszawa 00.. Barrow G.M., Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 978.. Sobczyk L., Kisza A., Chemia fizyczna dla przyrodników, PWN, Warszawa 98. 7. Eksperymentalna chemia fizyczna, Praca zbiorowa, SGGW, Warszawa 99. 8. Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna, T.: Analiza instrumentalna, PWN, Warszawa 978. Opracowała: dr inż. Magdalena Przybyło