Physikalische Chemie Praktikum. Elektrolyte: Dissoziationskonstante von Essigsäure von NaCl ist zu ermitteln

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1 Hochschue Emden/Leer Physikaische Chemie Praktikum Vers. Nr. 16 pri 015 Eektroyte: Dissoziationskonstante von Essigsäure von NaC ist zu ermitten In diesem Versuch so die Dissoziationskonstante einer schwachen Säure durch Leitfähigkeitsmessungen und die moare Leitfähigkeit eines starken Eektroyten ermittet werden. gemeine Grundagen Eektroyteitfähigkeit, das Faraday'sche Gesetz, schwache und starke Eektroyte, Dissoziationskonstante, Messung der Eektroyteitfähigkeit Grundagen zum Versuch Viee Füssigkeiten haben wie Metae und Gase das Vermögen, eektrischen Strom zu eiten. Sie ermögichen demnach in ihrem Inneren die Bewegung von Ladungsträgern. Unabhängig von der Natur des Stromtransportes assen sich ae Leiter durch ein einheitiches Maßsystem charakterisieren. Die Grundgrößen sind Widerstand R, gemessen in Leitwert G, gemessen in S wobei der Leitwert der Kehrwert des Widerstandes ist, aso G 1/R Die Kenntnis von Widerstand oder Leitwert eines Stromeiters ergibt noch keine absoute ussage über das Leitvermögen des Stoffes, wenn die geometrischen bmessungen Länge und Querschnitt nicht bekannt sind. us diesem Grunde wurden Maße für das Leitvermögen eingeführt, die unabhängig von den bmessungen des Leiters sind. Spezifischer Widerstand: R, Einheit : m 1

2 spezifische Leitfähigkeit: 1 1 oder Einheit : S m Der Zusammenhang zwischen Leitwert und spezifischer Leitfähigkeit ergibt sich mit den Dimensionen des Leiters ( Länge, Querschnitt): G bzw. G 1 R I U I U i E Die spezifische eektrische Leitfähigkeit hängt von den Eigenschaften des Eektroyten ab: c z F c z F c c ci i mit c ± : Ionenkonzentrationen z ± : Ladungszah ± : Bewegichkeit der Ionen F : Faradaykonstante Um die eine Größe einzuführen, die von der Menge der geösten Substanz unabhängig ist, werden eingeführt: die moare eektrische Leitfähigkeit /c mit c: Sazkonzentration der Lösung und die Äquivaenteitfähigkeit /N mit N: Normaität der Lösung. s Starke Eektroyte bezeichnet man soche Sazösungen, in denen die Saze voständig in Ionen dissoziieren: v B v > v v B Wenn c 0 die Sazkonzentration ist, git für die Konzentrationen der Kationen und nionen: c v c 0 und c v c 0

3 Damit wird c ( z F z 0 F) und: c0 0 z F z F mit N c z c z F z F F 0 kann berechnet werden, wenn die Ionenbewegichkeiten bei der Konz. c 0 bekannt sind kann bei starken Eektroyten experimente bestimmt werden, wenn bei bekannter Sazkonzentration c 0, gemessen wird. 0 ist konzentrationsabhängig, mit c 0, 0 Bei Schwachen Eektroyten sind nicht ae Moeküe einer geösten Substanz in Ionen dissoziiert. v B v <> v v B In diesem Fa benötigt man den sogen. Dissoziationsgrad. Er ist definiert as Bruchtei der dissoziierten Teichen von den ursprüngich in das Lösungsmitte eingebrachten Teichen: c /c 0 c Konz. der dissoziierten Teichen c 0 nfangskonz. der Teichen 1 für voständige Dissoziation < 1 für unvoständändige Dissoziation c ± c 0 Unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten v fogt: c v c 0 und c v c 0 Damit wird c0 ( z F z F) c0 0 3

4 Experimente wird bei gegebener Sazkonzentration c 0, bestimmt und es ergibt sich eine gemessene moare spezifische Leitfähigkeit /c 0 Damit wird 0 c0 0 us bekannten 0 Werten und gemessenen Werten kann man bestimmen. Bei voständiger Dissoziation ist 0. Die Dissoziation eines binären Sazes B ( 1): B <> B ässt sich mit dem Massenwirkungsgesetz beschreiben: K D B B Mit c ± c 0 und / 0 wird daraus: bzw. K D c0 1 c (1) 1 c0 K D () ufgabensteung a) Bestimmen Sie experimente (bei konstanter Temperatur) die Leitfähigkeit des verwendeten Wassers die Leitfähigkeit einer wässrigen Lösung von Essigsäure in bhängigkeit vom Grad der Verdünnung. Ermitten Sie die spezifische Leitfähigkeit die moare Leitfähigkeit den Dissoziationsgrad die Dissoziationskonstante K D graphisch as Steigung aus () 4

5 b) Bestimmen Sie die Leitfähigkeit einer wässrigen Lösung von Natriumchorid in bhängigkeit vom Grad der Verdünnung. Versuchsdurchführung Die Leitfähigkeit eines Eektroyten ist stark temperaturabhängig, um Messwerte zu vergeichen, werden sie auf eine festgeegte Temperatur umgerechnet und auf dem Dispay angezeigt (FUNKTION : UTO). Die Referenztemperatur beträgt heute übicherweise 5 C. 1. Kaibrierung des Konduktometers mit 0,001 m KC Der Messzyinder wird mit 0,001 m KC gespüt und bis zur oberen Markierung gefüt. Die Eektrode wird bis zum oberen Rand eingetaucht. KC ( 1 cm 1 ) 5 C : 0, cm 1. Messung von des destiierten Wassers naog zur Kaibrierung. 3. Spez. Leitfähigkeit der Essigsäure Es werden 100 m Lösung fogender Konzentration hergestet und gemessen (Die Temperatur ist konstant zu haten): 0,1 mo/ 0,05 mo/ 0,05 mo/ 0,0 mo/ 0,01 mo/ 0,005 mo/ 4. Spez. Leitfähigkeit der NaCLösung Es werden 100 m Lösung fogender Konzentration hergestet und gemessen (Die Temperatur ist konstant zu haten): 0,1 mo/ 0,08 mo/ 0,06 mo/ 0,04 mo/ 0,0 mo/ 0,01 mo/ 0,005 mo/ 0,004 mo/ 0,00 mo/ 5

6 Versuchsauswertung a) für die Essigsäureösung: Der Dissoziationsgrad ist zu bestimmen. Die Ioneneitfähigkeiten des Hydroniumions und des cetations betragen bei 5 C: (CH 3 COO ): 40,9 1 cm mo 1 (H ): 349,8 1 cm mo 1 Die moare Leitfähigkeit und der Dissoziationsgrad sind as Funktion der Konzentration graphisch dazusteen. Die Konzentration ist as Funktion von 1 graphisch dazusteen. Die Dissoziationskonstante K D ist graphisch as Steigung aus () zu bestimmen. b) für die NaCLösung: Die moare Leitfähigkeit ist as Funktion der Konzentration c und c graphisch dazusteen. (c > 0) ist im Gütigkeitsbereich (c < 0,0 mo/) des KOHLRUSCHschen Quadratwurzegesetzes graphisch zu ermitten: k c k ist eine stoffabhängige Konstante. Die Ergebnisse von a) und b) sind zu diskutieren, vergeichen Sie K D von Essigsäure und von NaC mit den Literaturwerten. Zubehör 6 Messkoben (100 m) 1 Bechergas ( 50 m) KC 0,001 mo/ 1 Trichter CH 3 COOH ca. 0,1 mo/ 1 Messgefäß (ca. 50 m) NaC ca. 0,1 mo/ 1 Konduktometer mit Messeektrode 1 Bürette 6