Ć w I c z e n I e nr 57

Ć W I C Z E N I E Nr 57
WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU METODĄ POTENCJOMETRYCZNĄ
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej równowagi reakcji dysocjacji kwasu octowego metodą miareczkowania pehametrycznego.
Termodynamiczna stała równowagi reakcji, Ka, dysocjacji słabego kwasu zachodzącej według równania: HA + H2O = H+ + A- , zdefiniowana jest zależnością
; (1)
gdzie: , , są aktywnościami odpowiednio kationu, anionu i niezdysocjowanego kwasu. W czasie miareczkowania słabego kwasu, np. kwasu octowego mocną zasadą stężenie jonów H3O+ w roztworze zależy od stopnia dysocjacji tego kwasu. Dodanie titranta przeprowadza część kwasu w sól, octan sodowy. W każdym punkcie miareczkowania ustala się stan równowagi opisanej stałą równowagi Ka.
Korzystając z zależności na Ka można napisać, że aktywność jonów wodorowych jest równa = (2)
Jeśli pominiemy niewielki ubytek stężenia słabego kwasu spowodowany jego dysocjacją oraz założymy, że jego aktywność, , jest równa stężeniu kwasu w roztworze, [kwas], a ponadto, że współczynnik aktywności jonów octanowych w roztworze jest zbliżony do 1, to możemy napisać, że aktywność, , jest w przybliżeniu równa stężeniu jonów octanowych w roztworze, [sól]. Stąd mamy
(3)
Logarytmując równanie 3 i zmieniając znak po obu stronach równania, dochodzimy do równania Hendersona-Hasselbacha,
pH = pKa +log; gdzie: pKa = - log Ka (4)
Jeżeli w czasie miareczkowania do roztworu zawierającego no moli kwasu octowego doda się k moli wodorotlenku sodowego rozpuszczonych w objętości V, część kwasu ulega zobojętnieniu i jednocześnie utworzy się k moli octanu sodowego.
CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O no – k k k
Przy małym stopniu dysocjacji kwasu octowego można przyjąć, że stężenie jonów octanowych w roztworze, [sól], jest proporcjonalne do objętości dodanego roztworu NaOH, VNaOH, natomiast początkowe stężenie kwasu octowego, [kwas], jest proporcjonalne do równoważnikowej (stechiometrycznej) objętości (VNaOH)równ wodorotlenku wyznaczonej metodą miareczkowania pehametrycznego.
W rezultacie wzór (4) przybiera postać: (5)
Wykres zależności jest linią prostą, która na osi rzędnych odcina wartość pKa.
Wykonanie ćwiczenia
-
Pobrać dipol magnetyczny do mieszadła. Przygotować pehametr do pomiaru pH: nacisnąć czerwony przycisk sieć oraz przycisk pH. Po około 10 min wykalibrować przyrząd. W tym celu nalać do zlewki około 50 ml buforu ftalanowego o pH = 4,00, ostrożnie wrzucić dipol magnetyczny, przykryć zlewkę pokrywką zawierającą elektrody szklaną i kalomelową oraz włączyć mieszadło. Po około 5 min wyłączyć mieszadło i pokrętłem kalibracji nastawić pH w pozycji 4,00. Położenia pokrętła kalibracji nie zmieniać w trakcie pomiarów.
2. Po usunięciu buforu i przepłukaniu elektrod wodą destylowaną nalać 50 ml
roztworu badanego kwasu. Jeśli elektrody nie są dostatecznie zanurzone dodać
wody destylowanej.
-
Biuretę napełnić roztworem NaOH o stężeniu 0,3 mol/dm3. Roztwór z biurety dodawać do roztworu kwasu porcjami początkowo po 0,5 ml, później po 0,2 ml,
a w pobliżu punktu równoważnikowego po 0,1 ml. Po dodaniu każdej porcji mieszać roztwór przez około 5 min, a następnie po wyłączeniu mieszadła zmierzyć pH.
-
Wyniki pomiarów pH i odpowiadające im objętości zużytego do miareczkowania NaOH zapisać w tabeli. Po zakończeniu pomiarów wyłączyć pehametr, wyjąć dipol magnetyczny, wylać roztwór ze zlewki, elektrody przemyć wodą destylowaną, pozostawić je zanurzone w wodzie destylowanej. Uporządkować stanowisko pracy.
Opracowanie wyników
-
Sporządzić wykres I przedstawiający zależność pH miareczkowanego roztworu kwasu od objętości dodanej zasady, VNaOH
pH = f(VNaOH) (wykres I)
Punkt przegięcia krzywej miareczkowania odpowiada objętości (VNaOH)równ roztworu zasady koniecznej do zobojętnienia całego kwasu (punkt równoważnikowy, punkt stechiometryczny).
-
W celu dokładnego wyznaczenia (VNaOH)równ należy sporządzić wykres II przedstawiający pierwszą pochodną krzywej miareczkowania
(wykres II)
Z tego wykresu odczytać objetość, (VNaOH)równ.
-
Wyznaczyć wartość pKa graficznie po sporządzeniu wykresu III, przedstawiającego prostoliniową zależność
(wykres III)
4. Wyliczyć wartość stałej Ka. Porównać wyznaczoną wartość stałej dysocjacji kwasu octowego z wartością podawaną w tabelach danych fizykochemicznych, która wynosi 1,753 · 105 (pKa = 4,76).
|