1.2.2. Работа к-2. Определение константы диссоциации уксусной кислоты

Цель лабораторной работы – определить константу диссоциации уксусной кислоты кондуктометрическим методом при температуре 25 ^oС.

В водных растворах уксусная кислота гидролизуется с образованием ионов ацетата и гидроксония

.

Константа равновесия реакции гидролиза, выраженная через активности, определяется уравнением

(1.10)

где С_А – исходная концентрация кислоты в моль / л;  – степень гидролиза; – концентрация воды; f_i – коэффициенты актив-ности; С_А <<. С_В. Поскольку в разбавленном растворе концентрация воды постоянна, её можно включить в константу равновесия, которая в этом случае называется константой диссоциации .

Если считать, что неидеальность раствора обусловлена только эффектами теории Дебая – Хюккеля, то коэффициенты активности незаряженных частиц: воды и недиссоциированной кислоты, можно положить равными единице, а произведение коэффициентов активности катиона и аниона найти, вводя среднеионный коэффициент активности :

, ,

где I – ионная сила раствора; A и B – константы; –десятичный логарифм. При 25 ^oС для водного раствора 1,1-валентного электролита A = 0,509, B  1.

Уравнение (10) можно переписать как

Учтено, что для 1,1-валентного электролита ионная сила равна произведению его концентрации на степень диссоциации.

Для нахождения степени диссоциации нужно использовать уравнение Дебая – Хюккеля – Онзагера (1.6), которое можно представить в виде

Для его решения можно воспользоваться методом итераций, в качестве первого приближения принять, что

Это приближение состоит в том, что единственной причиной отличия  от ₀ полагается неполная диссоциация электролита.

Для последующих приближений следует пользоваться выражением

Обычно достаточно вычислить  во втором приближении.

Проведение измерений и обработка результатов

При выполнении лабораторной работы используются:

– готовый контрольный раствор KCl 0,01 N, приготовленный из фиксанала;

– два исходных готовых раствора уксусной кислоты ( 0,5 N и  0,1 N, точное значение концентрации указано на склянках с растворами);

– две бюретки;

– свежекипячёная дистиллированная вода;

– мерные колбы на 100 мл – 10 шт;

– штативы;

– измерительная ячейка;

– термостат;

– кондуктометр «Анион-4120» с выносным датчиком.

Подготовка к проведению измерений

В мерных колбах на 100 мл готовят рабочие растворы уксусной кислоты аналитическим разбавлением исходных растворов СН₃СООН кипячёной дистиллированной водой. Всего готовят 10 растворов с концентрациями от 0,3 до 0,005 моль / л. Рекомендуемые концентрации: 0,3 N; 0,25 N; 0,2 N; 0,15 N; 0,1 N; 0,075 N; 0,05 N; 0,03 N; 0,01 N; 0,005 N. Растворы термостатируют при 25 ^oС. Концентрации этих растворов должны быть известны с точностью до третьего знака, однако, не нужно стремиться к тому, чтобы они выражались круглыми числами.

Освобождают бюретку от находившегося в ней раствора и заполняют бюретку до метки раствором ( 0,5 N) из бутыли. В мерные колбы на 100 мл наливают при помощи бюретки рассчитанные количества растворов СН₃СООН, доводят до метки водой.

Первые три приготовленных раствора ставят термостатироваться и готовят остальные растворы, повторяя те же самые операции. Для приготовления последних трёх растворов используют исходный раствор кислоты с концентрацией  0,1 N.

Заливают в измерительную ячейку контрольный раствор KCl, измеряют УЭП. Результат используют для проверки калибровки кондуктометра и введения дополнительной поправки.

Проведение измерений

Через 10 минут извлекают из термостата колбу с раствором №1 и заливают его в измерительную ячейку над стаканом для слива излишка раствора. Погружают в ячейку датчик. Перед установкой ячейки в термостат следует осушить её снаружи фильтровальной бумагой. На освободившееся место устанавливают в термостат колбу с раствором №4. На дисплее кондуктометра отображается температура раствора в ячейке. После установления температуры 25 ^oС, измеряют значения удельной электропроводности. Затем проводят измерение с раствором №2 и т. д. Данные заносят в таблицу, рассчитывают степень диссоциации кислоты.

Таблица 1.1

Расчёт степени диссоциации кислоты

Номер опыта	Конц. кислоты, СА моль/л	Удельная электропровод-ность,  См см–1	Эквивалентная электро-проводность,  Смсм2моль–1	Степень диссоциации, (первое при-ближение), 1 =  / 0	Степень диссоциации, (второе при-ближение), 2
1
…
10

Для определения константы диссоциации заполняют таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Расчёт константы диссоциации кислоты

Номер опыта	СА моль / л	2				lgKa	Ka
1
…
10

Отчёт о работе должен содержать заполненные табл. 1.1 и 1.2, рассчитанное значение константы диссоциации уксусной кислоты, и справочное значение константы диссоциации уксусной кислоты.