Kobber(II)sulfat Koncentration - Spektofotometri

Side 1

Kemirapport

Kobber(II)sulfats opløselighed

STX 2.g

Side 2

Formål:

Vi skal fremstille en opløsning med en bestemt koncentration og tjekke denne koncentration ved hjælp af spektrofotometeri.

Derudover skal vi indøve de forskellige metoder som vi bruger i forsøget, få kendskab til apparaturet og ikke mindst skal vi eftervise Lambert-Beers lov.

Teori:

I dette forsøg skal vi bestemme hvor mange gram af et stof der skal opløses i en blanding så vi får en opløsning med en given koncentration. Til dette skal vi bruge følgende formler:

c = n / V og n = m / M

o c er koncentrationen i mol/L som også kaldes M (molær)

o n er stofmængden som måles i mol M (mol) o V er volumen i liter, m er massen i gram

o M er den molare masse i g/mol.

Ud fra de to formler kan vi finde ud af hvor mange gram kobber(II)sulfat vi skal bruge for at opnå en bestemt koncentration i vores opløsning. Når vi kender fire ud af fem, kan vi udregne den sidste ved at isolere - hvilket er hvad vi gør i forsøget.

Derudover bruger vi en formel som hedder Lambert-Beers lov som siger: A = l c.

ε

..

o A er absorbansen som ikke har nogen enhed,

o ε er absorptiumkoefficienten som måles i L/(cm*mol). Dette er en konstant.

o l er kovetternes tykkelse, dette er også en konstant i forsøget, da vi bruger ens kovetter.

o c er stadig koncentrationen og måles i mol/L.

Denne lov siger dermed at absorbansen er afhængig af de to konstanter og koncentrationen.

Hvilket betyder at grafen for en absorbansen og koncentrationen af alle opløsninger er ligefremproportionelle med ε l som hældning. Det er dette vi vil eftervise i forsøget.

.

Vi bruger et nyt måleapparat i denne øvelse, spektrofotometeret. Spektrofotometri er en metode til måling af en opløsnings koncentration:

Side 3

Princippet bag et spektrofotometer er vist på billedet til højre. Først er der en lyskilde og dens lys bliver sendt gennem en monokromater hvor der udvælges en bestemt bølgelængde og derved en bestemt farve. Dette lys, I o

, sendes gennem kuvetten som indeholder en prøve og det lys der kommer ud gennem kuvetten, I, bliver opfanget af en lysmåler som giver besked til displayet hvor absorbansen, A kan aflæses.

I dette forsøg arbejder vi med opløselighed af kobber(II)sulfat, som er et salt.

Salte kan opløses i vand, og hvis man kan opløse mere end 100 g af saltet per 100 mL siger

man at saltet er letopløseligt i vand. Det kan f.eks. være salte hvor NO^{-}, Na^{+} indgår. Hvis man

3 kan opløse mellem 1 og 100 g af det saltet per 100 mL er saltet noget opløselig, mens hvis det ikke kan opløse mere end 1 g per 100 mL, så er det tungtopløseligt.

Apparatur: o Præcis vægt med 0,001 g. usikkerhed o Vejebærger o Tragt o Afioniseret vand o 100 mL kolbe o Prop o 25 mL måleglas o Spektrofotometer o Kurvette

Kemikalier:

o Kobber(II)sulfat CuSO *5H O

4 2 (s) o Ammoniakvand NH

3 (aq)

Side 4

Fremgangsmåde:

Først delte vi os op i grupper af to mand og aftalte hvilke opløsninger vi stod for. Derefter udregnede vi hvor meget kobbersulfat vi skulle opløse pr. liter blanding til vores opløsning.

Da vi havde fundet ud af hvor meget kobbersulfat vi skulle bruge afvejede vi kobbersulfatet og hældte det i en 100 mL målekolbe, tilførte en smule vand for at sørge for at vi fik alt kobbersulfatet ned i målekolben. Herefter tilsatte vi 20 mL koncentreret ammoniakvand til målekolben, før vi fyldte afioniseret vand op til stregen til afmærkede 100 mL. Herefter fandt vi en ren kuvette som vi fyldte ca. ¾ op med kobbersulfatopløsningen. Kuvetten placerede vi i spektrofotometeret, lukkede låget og trykkede start. Apparatets display viste herefter opløsningens absorbans målt. Vi noterede absorbansen i et skema, hvorefter vi gentog forsøget med en ny koncentration.

Resultater:

Hver gruppe fremstiller 100 mL opløsning af CuSO 5H O (kobber(II)sulfat-vand (1/5)). Der

4 2

.

fremstilles opløsninger med følgende koncentrationer:

Hold.. A c(CuSO 5H O) m(CuSO 5H O) 620

4 2 4 2

Christoffer, Nicklas 0,005 mol/L 0,125 g. 0,299
0,006 mol/L
Jens og Kristian 0,007 mol/L 0,175 g. 0,317
0,008 mol/L
Jens og Kristian 0,009 mol/L 0,225 g.
Mathias, Patrick 0,010 mol/L 0,247 g. 0,597
Andreas, Anita 0,011 mol/L 0,274 g. 0,633
Andreas, Anita 0,012 mol/L 0,299 g. 0,655
Jeppe, Christian 0,013 mol/L
Christoffer, Nicklas 0,014 mol/L 0,350 g. 0,797
Mie, Charlotte 0,015 mol/L 0,375 g. 0,899

Måling udført af læreren Mættet CuSO,5H O 1:100 0,653

4 2

Databehandling:

Før vi gik i gang med selve forsøget skulle vi udregne hvor meget kobbersulfat der skulle opløses for at opnå en opløsning med en bestemt koncentration.

Vi vidste hvor meget liter opløsning og hvilken koncentration vi skulle ende med, og derfor

brugte vi formlen n = c * V til at udregne stofmængden, hvorefter vi brugte formlen m = M * n

til at udregne hvor mange gram det svarede til.

Side 5

Serie 1

f(x)=*x+0; R²=0.9655

-016

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Koncentration mol/L

Absorbansen

Første opløsning, med en koncentration på 0,007 M.:

𝑛 = 𝑐 ∙ 𝑣
𝑛 = 0,007 ∙ 0,1 𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝑛 = 0,07 𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 𝑀 ∙ 𝑛
𝑚 = 249,682 ∙ 0,07 𝑚𝑜𝑙

𝑔. 𝐶𝑢𝑆𝑂_{4}

𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 0,0175 𝑔. 𝐶𝑢𝑆𝑂_{4}

Vi tilsætter koncentreret ammoniakvand i forsøget, det gør vi så opløsningen bliver mørkere og kraftigere så spektrofotometeret nemmere kan aflæse hvor mange farvepartikler lyset møder på sin vej gennem kuvetten. Ammoniakvandet reagerer med kobberionerne i opløsningen og frembringer en stærkere farve.

Jeg antager at alle kobberionerne har reageret med ammoniakken, ellers er dette en fejlkilde.

Reaktionen:

CuSO 🡪 Cu + SO^{-2}

4 (aq) (aq) 4 (aq)

+2
Cu^{+2} + 4 NH 🡪 Cu(NH)^{+2}

(aq) 3 (aq) 4 3 (aq)

Lyseblå Mørkeblå

Ud fra vores resultater, som kan ses i resultatafsnittet, lavede vi denne graf som viser

kobbersulfats opløselighed. Hen af 1.aksen har vi koncentration af CuSO i mol/L, mens

4 absorbansen er opad 2.aksen.

Side 6

Grafen er proportionel, hvilket passer fint med at den gerne skulle eftervise Lambert-Beers

lov som siger: A = l c. ε. Absorptiummenskoefficienten er en konstant, og kovetternes

ε

..

tykkelse variere heller ikke, så l er også konstant i dette forsøg. Hvilket passer med at grafen er proportionel: Absorbansen er vores ”y”, mens absorptiumkoefficienten og kovettens

tykkelse er vores ”a” og koncentration er ”x” i forskriften for en ligefremproportionel linje: y =

a ∙ x

Dette betyder også at ud fra grafens forskrift y=57,1511x, kan jeg bestemme at ε l må give

.

57,1511 og da l er 1 cm, må ε nødvendigvis være 57,1511 L / (cm∙mol).

Jeg kan ved hjælp af opløsningen læren lavede udregne hvor meget CuSO der var i

4 opløsningen og derfra bestemme om opløsningen ved, let-, tungt- eller noget opløseligt.

Lærens mættet opløsning havde en absorbans på 0,653. For at udregne koncentrationen isolerede jeg blot denne og bruger konstanten som vi fandt via graph. Jeg skal huske at gange med 100 da opløsningen var fortyndet 100 gange.

𝐴 = 𝜀 ∙ 𝑙 ∙ 𝑐
𝑐 =

𝐴 𝜀 ∙ 𝑙

𝑐 = ∙ 100 = 1,14259 𝑀

0,653

57,1511 ∙ 1 𝑐𝑚.

𝐿 𝑐𝑚 ∙ 𝑚𝑜𝑙

Herefter kan jeg udregne hvor mange gram kobbersulfat der var i den mættede opløsningen.

𝑛 = 𝑐 ∙ 𝑉
𝑛 = 1,14259 ∙ 0,1 𝐿

𝑚𝑜𝑙

𝐿

𝑛 = 0,114259 𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 𝑀 ∙ 𝑛
𝑚 = 249,682 ∙ 0,114259 𝑚𝑜𝑙

𝑔. 𝐶𝑢𝑆𝑂_{4}

𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 28,5284 𝑔. 𝐶𝑢𝑆𝑂_{4}

Dette betyder at vi havde en mættede opløsning med 28,5 g. CuSO per 100 mL opløsning.

4

Dette betyder at kobber(II)sulfat er noget opløseligt.

Forskel fra tabelværdi i procent:

32 𝑔. – 28,5284 𝑔.

32 𝑔.

∙ 100 = 10,8488 %

Side 7

Diskussion:

Vi udregnede kobber(II)sulfats opløselighed til at være 28,5 g/ 100 mL. Dette resultat ligger
3,5 gram under tabelværdien, som er på 32 g. CuSO per 100 mL ved 0^{o} C og 101,325 kPa.

4

Dette er en afvigelse på 3,5 g, svarende til 10,8 % men dette kan skyldes at forsøget ikke blev

udført under disse forhold. Forsøget blev udført ved stuetemperatur, altså ved 20-25^{o} C, og

ved 1 atmosfærisk tryk. Dette kan være en fejlkilde, da når man varmer en opløsning op er det muligt at opløse mere end ved lavere temperatur.

Konklusion:

Vi fremstillede en opløsning som havde en bestemt koncentration og ved hjælp af spektrofotometeri fandt jeg opløsningens absorbans. Dette brugte vi til at eftervise Lambert- Beers lov.

Vi fandt ud af at kobber(II)sulfat er noget opløseligt da det ifølge tabelværdien har en

opløselighed på 32 g / 100 mL, selvom vi i vores forsøg fik opløseligheden til at være 28,5 g /

100 mL. Dette svarer til en afvigelse på 10,8 %.

Vi efterviste også Lambert-Beers lov, hvor vi fik absorptiumkoefficienten til at være 57,653 L

/ cm∙mol.