Ćw. 11 Miareczkowanie konduktometryczne II

Ćw. 11 Miareczkowanie konduktometryczne II
Podstawy teoretyczne
Metody oparte na pomiarze przewodnictwa roztworów nazywamy metodami
konduktometrycznymi. Znajdują one zastosowanie w przypadku roztworów rozcieńczonych,
zabarwionych lub mętnych, dla których przeprowadzenie analizy innymi metodami jest
trudne lub niemoŜliwe.
JeŜeli do roztworu elektrolitu o stałej temperaturze wprowadzimy dwie elektrody platynowe
o powierzchni a cm2, odległe od siebie o l cm i przyłączymy do nich prąd zmienny
o napięciu E woltów to prąd płynący przez zawarty między nimi słup elektrolitu wyrazi się
zgodnie z prawem Ohma równaniem:
E
I=
(1)
R
Opór R jest wprost proporcjonalny do odległości l elektrod i odwrotnie proporcjonalny do ich
powierzchni a:
1
R=ρ⋅
(2)
a
gdzie ρ jest oporem właściwym elektrolitu.
Odwrotność oporu nazywamy przewodnictwem [om-1]:
1 a ℵ⋅ a
= =
(3)
R ρ
l
przy czym:
1
ℵ=
ρ
-1
-1
i jest to przewodnictwo właściwe [om cm ].
Fakt, Ŝe przewodnictwo właściwe jest funkcją stęŜenia elektrolitu wykorzystywany jest
w analizie. W roztworach rozcieńczonych przewodnictwo właściwe rośnie liniowo ze
wzrostem stęŜenia elektrolitu:
λ ⋅ crówn
ℵ=
(4)
1000
gdzie: λ - przewodnictwo równowaŜnikowe elektrolitu
crówn – stęŜenie wyraŜone w równowaŜnikach
Po podstawieniu (4) do równania (3) otrzymujemy:
1 λ ⋅ crówn ⋅ a
=
(5)
R
1000 ⋅ l
Dokładne wyznaczenie wielkości a oraz l nie jest moŜliwe, dlatego wyznacza się
doświadczalnie 1/a posługując się roztworami o znanym przewodnictwie właściwym.
Wielkość 1/a=k nazywamy stałą konduktometryczną naczyńka.
W trakcie dowolnego miareczkowania (alkacymetrycznego, strąceniowego, oksydacyjnoredukcyjnego i in.) zmienia się skład jonowy roztworu, a poniewaŜ jony róŜnią się
ruchliwością zatem zaleŜność przewodnictwa od ilości dodanego odczynnika
miareczkującego musi posiadać charakterystyczną postać.
1
Na rys.1 przedstawiono kilka typowych krzywych miareczkowania konduktometrycznego.
W kaŜdym przypadku końcowy punkt miareczkowania otrzymuje się jako wynik przecięcia
się dwóch lini prostych.
1/R
1/R
1/R
a)
V[cm3]
b)
V[cm3]
c)
V[cm3]
Rys. 1 Krzywe miareczkowania konduktometrycznego: a) HCl + NaOH, b) HCl + CH3COOH
+ NaOH, c) strąceniowe.
Dla przykładu omówimy przypadek b) – jest to miareczkowanie alkacymetryczne mieszaniny
kwasów (HCl + CH3COOH) przy pomocy silnej zasady (NaOH). W pierwszej fazie
miareczkowania następuje zobojętnienie mocnego kwasu:
H+ + Cl- + Na+ + OH- = H2O + Na+ + ClNastępuje tu silny spadek przewodnictwa w wyniku wprowadzenia do roztworu mniej
ruchliwych jonów Na+ w miejsce jonów H+ o najwyŜszej ruchliwości. Po wyczerpaniu się
kwasu solnego rozpoczyna się neutralizacja CH3COOH:
CH3COOH + Na+ + OH- = H2O + Na+ + CH3COOKtóra prowadzi do wzrostu przewodnictwa w wyniku zastąpienia słabo zdysocjowanego
kwasu octowego całkowicie zdysocjowaną solą CH3COO-Na+. Po wyczerpaniu się kwasu
octowego obserwuje się bardzo silny wzrost przewodnictwa wynikający juŜ z dodania NaOH
nie ulegającego reakcji neutralizacji. Analogiczne rozwaŜania moŜna prowadzić dla
dowolnego typu miareczkowania.
Opis aparatury i metody pomiaru.
Pomiar przewodnictwa przeprowadza się przy pomocy urządzenia wielofunkcyjnego CPC502 firmy Elmetron. (rys.2).
Rys.2 Wygląd konduktometru.
2
Obsługa miernika
1. Włączyć aparat do sieci, nacisnąć przycisk „ON”.
2. Nacisnąć przycisk „cond”, przyrząd jest gotowy do pomiarów.
3. Umieścić elektrodę w badanym roztworze tak, aby cała powierzchnia płytek elektrody
była zanurzona w roztworze. Sprawdzić czy na powierzchni głowicy elektrody nie
utworzyły się pęcherzyki powietrza, których obecność fałszuje pomiary
przewodnictwa.
4. Odczytać wynik z wyświetlacza.
Aby uniknąć wyznaczania stałej naczyńka (k) zamiast przewodnictwa właściwego roztworu
wyznacza się zaleŜność odwrotności oporu od ilości dodanych mililitrów odczynnika
miareczkującego.
Wykonanie ćwiczenia
W czasie ćwiczenia naleŜy wykonać trzy miareczkowania acydymetryczne:
1. miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą
2. miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą
3. miareczkowanie mieszaniny mocnego i słabego kwasu mocną zasadą.
Roztwory do analizy znajdują się w kolbkach 100cm3, a odczynnik miareczkujący, którym
jest w obu przypadkach 0,1-molowy NaOH w kolbie à 1dm3.
Opis wykonywanych czynności
1. Otrzymane do analizy roztwory rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski.
2. Do zlewki 250 cm3 odpipetować 10 cm3 roztworu badanego i rozcieńczyć wodą
destylowaną tak, aby całkowita objętość roztworu była tak duŜa, by moŜna było
zaniedbać poprawkę na rozcieńczenie roztworu i by cała powierzchnia płytek była
w nim zanurzona ( ok. 2/3 objętości zlewki). Umieścić mieszadełko magnetyczne
w roztworze.
3. Napełnić biuretę 0,1-molowym roztworem NaOH.
4. Uruchomić mieszadło magnetyczne i wyregulować jego bieg.
5. Umieścić elektrodę w badanym roztworze i zmierzyć początkową wartość
przewodnictwa.
6. Następne pomiary przewodnictwa wykonywać w czasie miareczkowania dodając
kaŜdorazowo po 0,5cm3 0,1-molowego roztworu NaOH. Pomiary przewodnictwa
wykonuje się tak długo, aŜ otrzyma się co najmniej 10 punktów po przekroczeniu
punktu równowaŜnikowego.
7. W podobny sposób wykonać miareczkowanie drugiego roztworu.
8. Po zakończeniu ćwiczenia wyłączyć miernik, przemyć elektrodę wodą destylowaną,
odłączyć ją od miernika. Umyć szkło laboratoryjne, uwaŜając, Ŝeby nie wylać wraz
z roztworem mieszadełka magnetycznego do pojemnika na odpady.
9. Wyniki pomiaru naleŜy nanieść na wykresy w układzie 1/R=f(V). Podać jaką objętość
kwasów (w mililitrach) otrzymano do analizy. StęŜenia kwasów przyjąć za równe
0,1 mol/dm3.
3