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

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej równowagi reakcji dysocjacji kwasu octowego metodą miareczkowania pehametrycznego.

Termodynamiczna stała równowagi reakcji, K_a, 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 K_a.

Korzystając z zależności na K_a 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

Logarytmując równanie 3 i zmieniając znak po obu stronach równania, dochodzimy do równania Hendersona-Hasselbacha,

+log;

Jeżeli w czasie miareczkowania do roztworu zawierającego n_o 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 n_o – 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, V_NaOH, natomiast początkowe stężenie kwasu octowego, [kwas], jest proporcjonalne do równoważnikowej (stechiometrycznej) objętości (V_NaOH)_równ wodorotlenku wyznaczonej metodą miareczkowania pehametrycznego.

W rezultacie wzór (4) przybiera postać: (5)

Wykres zależności jest linią prostą, która na osi rzędnych odcina wartość pK_a.

1. 
   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.

3. 
   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.
   

3. 
   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

1. 
   Sporządzić wykres I przedstawiający zależność pH miareczkowanego roztworu kwasu od objętości dodanej zasady, V_NaOH
   

pH = f(V_NaOH) (wykres I)

Punkt przegięcia krzywej miareczkowania odpowiada objętości (V_NaOH)_równ roztworu zasady koniecznej do zobojętnienia całego kwasu (punkt równoważnikowy, punkt stechiometryczny).

2. 
   W celu dokładnego wyznaczenia (V_NaOH)_równ należy sporządzić wykres II przedstawiający pierwszą pochodną krzywej miareczkowania
   

(wykres II)

Z tego wykresu odczytać objetość, (V_NaOH)_równ.

3. 
   Wyznaczyć wartość pK_a graficznie po sporządzeniu wykresu III, przedstawiającego prostoliniową zależność
   

(wykres III)

4. Wyliczyć wartość stałej K_a. Porównać wyznaczoną wartość stałej dysocjacji kwasu octowego z wartością podawaną w tabelach danych fizykochemicznych, która wynosi 1,753 · 10⁵ (pK_a = 4,76).

Download 87 Kb.