KONDUKTOMETRIA
Temat: Ilościowe oznaczanie elektrolitów metodą bezpośrednią i metodą miareczkowania konduktometrycznego
Cel ćwiczenia - ilościowe oznaczanie elektrolitu metodą konduktometrii bezpośredniej;
określenie stężenia mocnego kwasu, słabego kwasu oraz mieszaniny
kwasów metodą miareczkowania konduktometrycznego;
Konduktometria jest metodą elektroanalityczną polegającą na pomiarze przewodnictwa elektrolitycznego roztworu znajdującego się między dwoma elektrodami. . Badanie przewodnictwa dotyczy przede wszystkim wodnych roztworów elektrolitów, które charakteryzują się określonym przewodnictwem elektrycznym G, definiowanym jako odwrotność oporu R
G = 1 / R
Opór elektrolitu jest wprost proporcjonalny do jego długości l i odwrotnie proporcjonalny do jego przekroju s
Przewodnictwo właściwe elektrolitu (c) jest odwrotnością oporu właściwego elektrolitu. Jest to przewodnictwo elektrolitu zawartego między elektrodami o powierzchni 1 cm2 i odległymi od siebie o 1 cm.
χ = 1/R x l/s [S·cm-1]
Przewodnictwo właściwe zależy od rodzaju elektrolitu, jego stężenia i temperatury. W obszarze małych stężeń przewodnictwo rośnie niemal liniowo, co jest wynikiem zwiększania się ilości jonów przypadających na jednostkę objętości roztworu. W roztworach stężonych przewodnictwo początkowo rośnie a następnie maleje, związane jest to z niecałkowitą dysocjacją elektrolitów i wzrastającym oddziaływaniem międzyjonowym. Przewodnictwo rośnie ze wzrostem temperatury.
W analizie konduktometrycznej można wyróżnić dwie metody: konduktometrię bezpośrednią i miareczkowanie konduktometryczne.
Konduktometria bezpośrednia polega na pomiarze przewodnictwa właściwego elektrolitów i na tej podstawie określa się stężenie substancji.
Miareczkowanie konduktometryczne polega na pomiarach zmian przewodnictwa roztworu miareczkowanego. Zmiany te są widoczne wówczas, gdy do roztworu wprowadza się jony różniące się znacznie ruchliwością od jonów obecnych pierwotnie w roztworze. Punkt końcowy miareczkowania ustala się graficznie na podstawie wykresu przedstawiającego zależność przewodnictwa miareczkowanego roztworu od objętości dodanego odczynnika miareczkującego. Podczas miareczkowania konduktometrycznego w miarę dodawania odczynnika miareczkującego objętość roztworu wzrasta, a jego stężenie ulega zmianie. Rzeczywistą wartość przewodnictwa uzyskuje się, uwzględniając poprawkę na rozcieńczenie roztworu. Miareczkowanie konduktometryczne znajduje zastosowanie przede wszystkim w reakcjach zobojętniania i strącania.
Ćwiczenie 1 – oznaczanie stężenia chlorku sodu
metodą konduktometrii bezpośredniej
Konduktometr Orion Star
· 1 mol/l roztwór NaCl (roztwór podstawowy)
· Badany roztwór chlorku sodu (zadanie)
· Woda destylowana
v Do siedmiu ponumerowanych kolb miarowych o pojemności 100 ml odmierzyć odpowiednio: 5; 10; 20; 40; 60; 80 i 100 ml roztworu podstawowego NaCl (1 mol/l).
v Uzupełnić wodą destylowaną do kreski kalibracyjnej.
v Otrzymuje się roztwory wzorcowe chlorku sodu o stężeniu: 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 i 1 mol/l.
Ø Roztwory wzorcowe chlorku sodu przelać do zlewek o pojemności 50 ml.
Ø Zmierzyć przewodnictwo właściwe wzorcowych roztworów NaCl (zaczynając od roztworu o najmniejszym stężeniu) zgodnie z instrukcją obsługi konduktometru.
Ø Przepłukać czujnik konduktometryczny wodą destylowaną i osuszyć bibułą.
Ø Zmierzyć przewodnictwo badanego roztworu (zadanie).
Ø Należy zwrócić uwagę na utrzymywanie jednakowego poziomu zanurzenia czujnika konduktometrycznego przy wykonywaniu pomiarów.
Ø Wyniki pomiarów umieścić w tabeli i sporządzić wykres kalibracyjny ilustrujący zależność przewodnictwa właściwego (mS x cm-1) od stężenia NaCl (mol/l) .
c [mol/l]
χ [mS x cm-1]
Ø Znając przewodnictwo właściwe badanego roztworu (zadanie) odczytać z wykresu kalibracyjnego stężenie zawartego w nim NaCl.
Ø Obliczyć błąd bezwzględny i błąd względny pomiaru
Błąd bezwzględny (Dx) - bezwzględna wartość różnicy między wartością rzeczywistą (x) a wartością otrzymanego wyniku (xi).
Dx = ½x – xi ½
Błąd względny (Dx wzgl.), wyraża stosunek wielkości błędu bezwzględnego (Dx) do mierzonej wartości prawdziwej (x).
Dx
Dx wzgl = x 100%
x
Błąd względny jest wartością niemianowaną. Wyrażony w procentach ułatwia porównanie wielkości błędów pomiędzy sobą.
Ćwiczenie 2: Miareczkowanie
konduktometryczne typu kwas –
zasada
v Roztwory badane kwasu solnego, kwasu octowego o nieznanych stężeniach
v 0,1 mol/l roztwór NaOH
v Woda destylowana
Przeprowadzić miareczkowanie następujących układów:
a) mocny kwas - mocna zasada
b) słaby kwas - mocna zasada
Ø Do naczynia pomiarowego odmierzyć 20 ml badanego roztworu i uzupełnić wodą do objętości 200 ml.
Ø Wykonać miareczkowanie zgodnie z instrukcją obsługi titratora konduktometrycznego
Ø Wyznaczyć PR miareczkowania.
1. W zeszycie laboratoryjnym umieścić krzywe miareczkowania wraz z wyznaczonymi punktami równoważnikowymi.
2. Obliczyć stężenia kwasów w badanych próbkach korzystając ze wzorów:
CNaOH - stężenie zasady sodowej użytej do miareczkowania [0,1 mol/l]
VPR- objętość zasady zużyta na zobojętnienie kwasu [ml]
V - objętość badanego roztworu odmierzona do oznaczenia [20ml]
3. Obliczyć błąd bezwzględny i względny oznaczeń.
Ćwiczenie 3: Miareczkowanie konduktometryczne mieszaniny mocnego i słabego kwasu
Ø 0,1 mol/l roztwór NaOH
Ø Badany roztwór mieszaniny kwasu mocnego i słabego
Ø Do naczynia pomiarowego odmierzyć 50 ml badanego roztworu mieszaniny kwasów, ustawić na mieszadle magnetycznym, wrzucić mieszadełko i uruchomić mieszanie.
Ø Zmierzyć przewodnictwo badanego roztworu przed dodaniem pierwszej porcji titranta zgodnie z instrukcją obsługi konduktometru.
Ø Roztwór miareczkować z biurety 0,1 mol/l roztworem NaOH dodając za każdym razem 1 ml tego roztworu. Po dokładnym wymieszaniu zmierzyć przewodnictwo i zapisać w zeszycie.
Ø Miareczkowanie należy prowadzić do uzyskania co najmniej 7 punktów po przekroczeniu drugiego punktu równoważnikowego.
Opracowanie wyników
v Do każdej odczytanej wartości przewodnictwa należy wyliczyć poprawkę na rozcieńczenie roztworu spowodowane dodawaniem NaOH.
v Poprawkę oblicza się ze wzoru:
gdzie: V0 - wyjściowa objętość roztworu miareczkowanego
V1 - objętość sumaryczna dodanego NaOH
v Obliczyć skorygowane przewodnictwo właściwe :
v Przewodnictwo skorygowane = przewodnictwo odczytane x poprawka (P)
v Wyniki zestawić w tabeli. W kolejnych rubrykach umieścić: objętość dodanego NaOH (ml), przewodnictwo właściwe χ (mS x cm-1) i wyliczone przewodnictwo skorygowane χ P (mS x cm-1).
VNaOH
[mL]
χ
[mS x cm-1]
P
...
jiso