Обработка результатов

Строят график зависимости удельной электропроводности титруемого раствора от объёма добавленной щёлочи. Находят точку излома и определяют начальную концентрацию кислоты по данным кондуктометрического титрования, считая, что концентрация щёлочи известно точно.

По графику определяют удельную электропроводность  в точке излома и угловые коэффициенты прямолинейных участков зависимостей УЭП от количества прилитого титранта в кислой и щелочной областях.

В точке эквивалентности единственным электролитом в растворе является KCl, ожидаемое значение  при концентрации KCl 0,01 М равно 0,001411 Ом^–1см^–1 при 25 ^oС. При сопоставлении измеренного значения с ожидаемым следует учесть результат измерения УЭП контрольного раствора KCl.

По значениям угловых коэффициентов, используя уравнения (1.7–1.9), оценивают ионные электропроводности и принимая, что

Оценивают подвижности и числа переноса ионов H⁺ и OH^– в растворах HCl и KOH.

Оценивают по формуле Стокса радиусы сольватированных ионов K⁺ и Cl^–.

Отчёт о работе должен содержать график, показанный на рис. 1.6 и перечисленные выше величины.

Другие варианты выполнения работы К-1

Задача К-1 может выполняться в нескольких вариантах. Во всех случаях будем полагать, что: 1) для титрования используется раствор сильной щёлочи KOH; 2) концентрация титрующего раствора достаточно велика, чтобы можно было пренебречь изменением объёма исследуемого раствора или учесть это изменение, как поправку; 3) подвижность ионов не зависит от концентрации. Будем использовать обозначения:    – исходная концентрация кислоты, y – число молей прилитой щёлочи отнесённое к объёму исследуемого раствора.

Вариант № 1. Титрование сильной кислоты. Этот вариант рассмотрен в основной части описания работы К-1.

Вариант № 2. Титрование слабой кислоты. Можно использовать, например, уксусную кислоту.

.

В этом случае кривая титрования имеет иной вид, нежели в предыдущем варианте. Для того чтобы понять причины этого различия введём упрощающие допущения.

Предположим, что соль KA полностью диссоциирована, а степень диссоциации кислоты  невелика, но все же достаточна, чтобы пренебречь диссоциацией воды. При этом в «кислой» области (y < a) уже при небольших добавках KOH к титруемой кислоте оказывается, что концентрации ионов A^– и K⁺ примерно одинаковы и равны величине у. Концентрация протонов может быть найдена из выражения для константы равновесия

Для качественного анализа ситуации предположим, что (a – y)  a, то есть рассмотрим вид кривой титрования в начальной области, где, как оказывается, концентрация H⁺ изменяется приблизительно обратно пропорционально величине y.

В «кислой» области удельная электропроводность  связана с концентрациями ионов и их ионными электропроводностям как

При увеличении величины у, первое слагаемое уменьшается, а второе линейно возрастает. Суммарный эффект может быть различным, в частности, удельная электропроводность раствора при увеличении у может проходить через минимум.

Для «щелочной» области (y > a) получаем другое уравнение:

В точке эквивалентности в растворе присутствует только ацетат калия

.

Видно, что в «щелочной» области удельная электропроводность увеличивается при увеличении у, то есть при добавлении KOH.

Таким образом, зависимость  от y в «кислой» и «щелочной» областях описывается разными выражениями. В точке эквивалентности на зависимости  от y должен наблюдаться излом, а на зависимости от y должен наблюдаться скачок.

Цель работы в варианте №2 состоит в том, чтобы определить концентрацию раствора слабой кислоты титрованием с KOH. Кроме этого по полученным результатам можно:

– оценить ионную электропроводность . Для этой оценки следует использовать значение определённое при выполнении первого варианта работы или значение, взятое из справочника;

– определить эквивалентную электропроводность 0,01 N растворов ацетата калия и уксусной кислоты, сопоставить их со справочными данными.

Если работа выполняется в качестве курсовой, можно изучить зависимость вида кривой титрования от исходной концентрации уксусной кислоты и объяснить полученные результаты, а также использовать другие слабые одноосновные кислоты. Рекомендуется получить более точное теоретическое выражение для зависимости удельной электропроводности  от у в «кислой» области и сопоставить его с экспериментальными данными. Порядок проведения измерений аналогичен варианту №1.

Вариант № 3. Титрование смеси сильной и слабой кислот. Рекомендуется использовать эквимолекулярную смесь соляной кислоты и уксусной кислоты. Обозначим их начальные концентрации, как a_w (weak) и a_s (strong).

При титровании щёлочью смеси соляной и уксусной кислот можно выделить три области.

«Кислая область 1» {y < a_s}. Будем считать в первом приближении, что в присутствии соляной кислоты диссоциация уксусной кислоты подавляется, и она ведет себя как неэлектролит. При титровании в растворе присутствуют ионы , K⁺, и недиссоциированная уксусная кислота. При добавлении щёлочи удельная электропроводность раствора  линейно уменьшается. Ожидается, что её зависимость от величины у примерно такая же, как в варианте №1.

«Кислая область 2» {a_s< y < (a_s + a_w)}. Можно считать, что в этой области происходит титрование слабой (уксусной) кислоты, а сильная кислота полностью оттитрована. Ожидается зависимость от подобная наблюдавшейся в варианте №2.

«Щелочная область». {y > (a_s + a_w)}. Обе кислоты оттитрованы, электропроводность раствора возрастает по мере добавления щёлочи. При переходе к «щелочной области», как и в вариантах №1 и №2, на кривой титрования наблюдается излом, что позволяет легко определить суммарную концентрацию кислоты.

Переход от «кислой области 1» к «кислой области 2» выражен не так отчетливо, как переход к «щелочной области». Тем не менее, ориентировочно концентрация слабой кислоты также может быть определена.

Вариант № 4. Титрование двухосновной (например, щавелевой) кислоты. Если при диссоциации по первой ступени кислота ведёт себя как сильная, а по второй ступени – как слабая, то наблюдаемая картина титрования аналогична варианту №3.