Ziel des Versuchs: In diesem Versuch wird das Löslichkeitsprodukt verschiedener Silberhalogenide über die Ag/Ag+-Konzentrationselemente einer galvanischen Zelle bestimmt.
| Thema: Löslichkeitsprodukt und Ionenprodukt II | Tags: Löslichkeitsprodukt, galvanisches Element, Nernst-Gleichung | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: SV |
Materialien
2 Bechergläser, Filterpapier für Salzbrücke, Silberelektroden, Voltmeter, Kabel
Chemikalien
Kaliumnitratlösung (c = 0,1 mol/L), Silbernitratlösung (c = 0,01 mol/L), Kaliumchloridlösung (c = 1 mol/L), Kaliumbromidlösung (c = 1 mol/L), Kaliumiodidlösung (c = 1 mol/L)
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Kaliumnitrat | H272 | P220 |  |
| Kaliumbromid | H315-H319-H335 | P261-P305+P351+P338 |  |
| Kaliumchlorid | -- | -- | |
| Kaliumiodid | H302-H315-H319 | P305+P351+P338 | |
| Silbernitrat | H272-H314-H410 | -- |   |
Durchführung
Vor dem Versuch werden die Silberelektroden blank geschmirgelt.
Es wird ein galvanisches Element aufgebaut. In die erste Halbzelle gibt man 50 mL einer 0,01 molaren Silbernitratlösung und fügt eine Silberelektrode hinzu. In die zweite Halbzelle werden ebenfalls 50 mL einer 0,01 molaren Silbernitratlösung vorgelegt und mit einer Silberelektrode versehen. Außerdem werden in diese Halbzelle die Halogenidionen hinzugefügt: 0,37 g Kaliumchlorid, 0,595 g Kaliumbromid oder 0,83 g Kaliumiodid. Diese sind mit einer Feinwaage abzuwiegen und die genaue Masse ist zu notieren. Die Lösung wird mit einem Glasstab verrührt. Die Halbzellen werden über eine Salzbrücke (Kaliumnitratlösug c = 0,1 mol/L) miteinander verbunden. Außerdem werden die Silberelektroden zur Messung der Spannungsdifferenz (ΔEMK) über ein Multimeter verbunden, das auf Gleichspannung (DC) gestellt wird. Die Spannungen sind zu notieren.
Beobachtung
| ΔEMK [V] | m [g] | |
|---|---|---|
| AgBr | 0,514 | 0,5962 |
| AgCl | 0,395 | 0,3785 |
| AgI | 0,787 | 0,8324 |
Deutung
Die gemessenen Spannungsunterschiede (ΔEMK) entsprechen den Unterschieden in den Löslichkeitsprodukten der drei Silberhalogenide. Über die Nernst-Gleichung können aus der EMK die Ionenkonzentrationen in den gesättigten Lösungen berechnet werden. Anschließend kann dann wie folgt das Löslichkeitsprodukt berechnet werden.
Reaktionsgleichungen:
Ag+(aq) + Cl-(aq) ⇌ AgCl(s)
Ag+(aq) + Br-(aq) ⇌ AgBr(s)
Ag+(aq) + I-(aq) ⇌ AgI(s)
Das Löslichkeitsprodukt wird exemplarisch für das Silberchlorid berechnet:
Die Spannung ΔEML eines Ag/Ag+-Elements kann durch die Nernst-Gleichung beschrieben werden.
ΔEMK = 0,059/1 · log(c0(Ag+)/c(Ag+)AgCl-gesättigt)
Die Gleichung wird nach c(Ag+)AgCl-gesättigt umgestellt:
c(Ag+)AgCl-gesättigt = 10log(c0(Ag+)) - (ΔEMK/0,059 V)
ΔEMK = 0,395 V
c0(Ag+) = 0,01 mol/L
c(Ag+)AgCl-gesättigt = 10log(0,01) - (0,0359 V/0,059 V) = 2,019 · 10-9 mol/L
Für das Löslichkeitsprodukt muss noch die Konzentration der Chlorid--Ionen berechnet werden:
n(Cl-) = m(KCl)/M(KCl) = 0,3758 g/74,55 g/mol = 5,077·10-3 mol
c0(Cl-) = n(Cl-)/V(Cl-) = 5,077·10-3 mol / 0,05 L = 0,102 mol/L
Aus der Reaktionsgleichung kann man entnehmen, dass bei der Niederschlagsbildung die Stoffmenge der Chlorid--Ionen im gleichen Maße wie die der Ag+-Ionen sinkt. Daher ergibt sich die Konzentration der Chlorid-Ionen im Gleichgewicht wie folgt:
nggw(Cl-) = n0(Cl-) - (n0(Ag+) - n(Ag+)AgCl-gesättigt
nggw(Cl-) = 5,077·10-3 mol - (5·10-4 mol - 1,0095·10-10 mol) = 4,577 · 10-3 mol
cggw(Cl-) = nggw(Cl-)/V = 4,577 · 10-3 mol / 0,05 L = 0,915 mol/L
Und schließlich das Löslichkeitsprodukt KL:
KL(AgCl) = c(Ag+) · c(Cl-) = 2,019 · 10-9 mol/L · 0,0915 mol/L = 1,848 · 10-10 mol2/L2
| Experimenteller KL | Literaturwert KL | |
|---|---|---|
| AgBr | 1,751 · 10-11 mol2/L2 | 5,00 · 10-13 mol2/L2 |
| AgCl | 1,848 · 10-10 mol2/L2 | 2,000 · 10-10 mol2/L2 |
| AgI | 4,136 · 10-16 mol2/L2 | 8,00 · 10-16 mol2/L2 |
Entsorgung
Lösungen im Schwermetallabfall sammeln.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Der Versuch „Elektrochemische Bestimmung eines Löslichkeitsproduktes der Silberhalogenide“ bietet sich n, wenn bereits die Fällung von Silberh logeniden ls N chweis für Halogenide im Unterricht behandelt wurde, da er bereits bekanntes Wissen vertieft und auf einen neuen Kontext überträgt.
Literatur
M. Tausch (Hrsg.) – Chemie SII – Stoff Formel Umwelt. Bamberg. C.C. Buchners-Verlag. 1993. Seite 118
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