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CORSO DI LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - EQUILIBRIO CHIMICO

chimica




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CORSO DI LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA


Esercitazione N°. 3


EQUILIBRIO CHIMICO


L'obiettivo di questa esperienza è quella di trovare il valore della costante di equilibrio della relazione tra ione ferrino (Fe3+) e ione tiocianato 313j97d

Fe3+ + NCS- Fe NCS 2+

K = Fe NCS 2+ Fe3+ NCS-



Prima di trovare il valore della costante di equilibrio è necessario però determinare la concentrazione di Fe3+ , NCS- e Fe NCS 2+ (tiocianato ferrino).

Per far ciò abbiamo esaminato i vari colori che assumono le soluzioni preparate con l'introduzione di Fe NCS 2+ ( in quanto questa è l'unica specie intensamente colorata nella soluzione). L'intensità delle colorazioni delle soluzioni dipendono infatti dalla concentrazione della specie colorata e dallo spessore della soluzione che viene osservata ( passo ottico).

Per la determinazione colorimetrica di Fe NCS 2+ è necessario però avere una soluzione campione di concentrazione nota.

Una tale soluzione può essere preparata aggiungendo un grande eccesso di Fe3+ in modo tale che tutti gli ioni NCS- si trasformino in ioni Fe NCS 2+ .


PROCEDIMENTO

Dopo aver pulito sei provette da 15 cm con acqua distillata e asciugate con l'aiuto dell'acetone, in modo che "dissolvesse" le molecole d'acqua e le rendesse facilmente asciugabili con l'aria compressa, abbiamo versato in ognuna di esse 5 ml di NaNCS 0,0020 M . Alla prima provetta abbiamo aggiunto 5 ml di            Fe (NO3)3 0,20 M tale provetta verrà usata come provetta campione.

Successivamente abbiamo versato 10 ml di Fe (NO3)3 0,20 M nel cilindro graduato e l'abbiamo diluito con 15 ml di acqua distillata, portando così il volume totale della soluzione a 25 ml.

Abbiamo versato poi 5 ml della soluzione ottenuta (0,080 M in Fe3+ ).

Nella seconda provetta, conservando nel cilindro graduato 10 ml della soluzione, scartandone l'eccesso. Abbiamo poi aggiunto a questa altri 15 ml di acqua distillata ricavandone una soluzione ancora più diluita della precedente. Di questa abbiamo prelevato ulteriori 5 ml che siamo andati a versare nella terza provetta.

Questo processo l'abbiamo ripetuto per tutte le provette successive per ottenere una soluzione dove la concentrazione di Fe(NO3)3 fosse via via sempre più diluita mentre quella di NaNCS rimanesse costante.

Per determinare la concentrazione di FeNCS2+ abbiamo confrontato l'intensità di colore della provetta campione con le rimanenti 5.

Per fare ciò abbiamo avvolto le prime due provette in esame in una striscia di carta e abbiamo guardato attraverso le soluzione: in direzione di un foglio di carta bianco posto in un luogo illuminato per far si che l'intensità di colore della provetta campione si eguagliasse a quella della seconda provetta abbiamo prelevato piccole quantità di soluzione campione (ponendolo in un beaker pulito) finché l'intensità di colore non ci è parsa uguale. Determinato ciò abbiamo misurato l'altezza della soluzione nelle due provette, le quali sono risultate essere:

PROVETTA 1 = 6,1 cm PROVETTA 2 = 6,2 cm

Questo procedimento lo abbiamo adoperato per tutte e cinque le provette, le cui altezze sono:




Altezza liquido Altezza campione

Provetta 3 6,3 cm 5,7 cm

Provetta 4 6,2 cm 3,6 cm

Provetta 5 6,1 cm 2,1 cm

Provetta 6 6,3 cm 0,8 cm


Dato che al momento del confronto con la sesta provetta, la soluzione contenuta nella provetta campione era rimasta in minima quantità abbiamo effettuato il confronto anche tra la provetta 5 (ormai avente lo stesso passo ottico della provetta campione) e la 6, ricavandone queste altezze:

Provetta 5 = 2 cm Provetta 6 = 6,3 cm

Una volta fatto tutto ciò, per calcolarci il valore della K all'equilibrio, dobbiamo calcolarci prima il valore di K per ognuna delle sei provette e decidere quali di tali valori è più attendibile (eventualmente è necessario fare la media tra i valori di K ottenuti). Per far ciò abbiamo ipotizzato che nella prima provetta tutti gli ioni NCS- presenti all'inizio si siano trasformati in FeNCS2+

Fe3+ + NCS- Fe NCS 2+

CoFe3+ CoNCS-

Co - x Co - x x


Abbiamo supposto che: K = 102 X/(0,100 - X)(0,001 - X) = 102


X1 = 0,001 M X2 = 0,101 M

Accettabile - l'abbiamo presa Non accettabile

come concentrazione campione


Per quanto riguarda le provette, abbiamo calcolato la concentrazione all'equilibrio di FeNCS2+ dal rapporto tra le altezze ottenuto confrontando l'intensità di calore. Per far ciò abbiamo utilizzato la formula A = ελ l C. Infatti A1 = ελ l1 C1 , A2 = ελ l2 C2

Da ciò abbiamo ottenuto che, dovendo essere A1 = A2 , l1 C1 = l2 C2

PROVETTA 2

C1 l1 = C2 l2 0,001 M x 6,2 cm = X 6,3 cm 6,3 X = 6,2 x 10-3

X = 9,84 x 10-4

Fe3+ + NCS- FeNCS2+

0,040 0,001 0

0,040 - X 0,001 - X X


[Fe3+] = 0,040 M - 9,84 x 10-4 = 0,039

[NCS-] = 0,001 M - 9,84 x 10-4 = 1,6 x 10-5


K = [Fe NCS 2+]/[Fe3+][NCS-] = 9,84 x 10-4 / (0,039)(1,6 x 10-5) =

= 9,84 x 10-4 / 6,24 x 10-7 = 15,7 x 102







PROVETTA 3

Fe3+ + NCS- FeNCS2+

0,016 M 0,001 M 0

0,016 - X 0,001 - X X


C1l1 = C3l3 0,001 M x 5,7 cm = X 6,3 cm X 6,3 cm = 5,7 x 10-3 X = 9,04 x 10-4

[Fe3+] = 0,016 - 9,04 x 10-4 = 1,50 x 10-2

[NCS-] = 0,001 - 9,04 x 10-4 = 9,6 x 10-5

K = 9,04 x 10-4 /(1,50 x 10-2)(9,6 x 10-5) = 9,04 x 10-4 /1,44 x 10-6 = = 6,27 x 102








PROVETTA 4

Fe3+ + NCS- FeNCS2+

0,0064 M 0,001 M 0

0,0064 - X 0,001 - X X


C1l1 = C4l4 0,001 M x 3,6 cm = X 6,2 cm 3,6 x 10-3 = 6,2 x X = 5,80 x 10-4

[Fe3+] = 6,4 x 10-3 - 5,80 x 10-4 = 5,82 x 10-3

[NCS-] = 1,0 x 10-3 - 5,80 x 10-4 = 4,2 x 10-4

K = 5,80 x 10-4 /(5,82 x 10-3)(4,2 x 10-4) = 5,80 x 10-4 /2,4 x 10-6 = = 2,41 x 102







PROVETTA 5

Fe3+ + NCS- FeNCS2+

2,56 x 10-3 0,001 0

2,56 x 10-3 - X 0,001 - X X


C1l1 = C5l5 0,001 M x 2,1 cm = X 6,1 cm 6,1 X = 2,1 x 10-3 X = 3,44 x 10-4

[Fe3+] = 2,56 x 10-3 - 3,44 x 10-4 = 2,21 x 10-3

[NCS-] = 0,001 - 3,44 x 10-4 = 6,56 x 10-4

K = 3,44 x 10-4 /(2,21 x 10-3)(6,56 x 10-4) = 3,44 x 10-4 /1,44 x 10-6 = = 2,38 x 102







PROVETTA 6

Fe3+ + NCS- FeNCS2+

1,024 x 10-3 1,0 x 10-3 0

1,024 x 10-3 - X 1,0 x 10-3 - X X


C5l5 = C6l6 (3,44 x 10-4 M)(2,0 cm) = X 6,3 cm 6,3 X = 6,88 x 10-4 X = 1,09 x 10-4

[Fe3+] = 1,024 x 10-3 - 1,09 x 10-4 = 9,15 x 10-4

[NCS-] = 1,0 x 10-3 - 1,09 x 10-4 = 8,91 x 10-4

K = 1,09 x 10-4 /(9,15 x 10-4)(8,91 x 10-4) = 1,09 x 10-4 /8,15 x 10-7 = = 1,33 x 102



MEDIA TRA K = (15,7 x 102) + (6,27 x 102) + (2,41 x 102) +

(2,38 x 102) + (1,60 x 102) + (1,33 x 102) / 4 = 772/4

K = 1,93 x 102


Lo scopo dell'esperimento è quello di trovare la costante di equilibrio della reazione: Fe3+ + NCS- FeNCS2+

secondo l'equazione: K = [Fe NCS 2+]/[ Fe3+][ NCS-]

Per far ciò abbiamo dovuto calcolarci le varie concentrazioni che assumevano Fe3+ , NCS- e FeNCS2+ nelle varie provette servendoci delle altezze ricavate e delle concentrazioni iniziali di

Fe3+ e NCS- dateci:


Fe3+ + NCS- FeNCS2+

Ci 0,001

Ceq                              0,100 - X    0,001 - X X






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