Alkacymetria PDF

Preview

Summary

Download Alkacymetria PDF

Description

ALKACYMETRIA Miareczkowanie alkacymetryczne W metodach alkacymetrycznych jako titranty stosuje się roztwory mocnych kwasów (najczęściej kwas solny) i roztwory mocnych zasad np NaOH. Miareczkowanie mocnym kwasem - metoda acydymetryczna- umożliwia oznaczenie mocnych zasad np. NaOH (jony OH- ) wg reakcji: +

-

H + OH —> H 2O oraz słabych zasad (np.NH 3, aniony CO3-2 , HCO 3- ) wg reakcji: H+ + NH3 —> NH4+ H+ + CO3 -2 —> HCO 3-

+

HCO 3 + H —> H 2CO 3 Miareczkowanie mocną zasadą - metoda alkalimetryczna- umożliwia oznaczenie mocnych kwasów np. HCl w reakcji jak wyżej podano i słabych kwasów np CH 3COOH wg. reakcji: OH - + CH 3COOH —> CH3COO - + H2 O W reakcji mocnego kwasu z mocną zasadą, pH w punkcie równoważności wynosi 7 . Punkt równoważności osiągamy gdy ilość titranta jest chemicznie równoważna ilości analitu. W reakcji słabego kwasu z mocną zasadą, pH w punkcie równoważności jest wyższe od 7 (w wyniku reakcji tworzy się zasada). Gdy analitem jest słaba zasada a titrantem mocny kwas pH w punkcie równoważności jest niższe od 7 (patrz reakcje podane powyżej). Dobór odpowiedniego wskaźnika unaocznia koniec reakcji. Graficznym obrazem miareczkowania jest tzw krzywa miareczkowania. W przypadku miareczkowania alkacymetrycznego podaje ona zależność pH roztworu miareczkowanego od objętości dodanego titranta lub ułamka zmiareczkowania. Na rysunku poniżej przedstawiono wykres krzywej miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą.

W pobliżu punktu równoważności (pR) występuje gwałtowna, skokowa zmiana pH, tzw. skok miareczkowania przez co rozumie się różnicę wartości pH miareczkowanego roztworu w punktach odpowiadających wprowadzeniu 99,9% i 100,1% teoretycznej ilości roztworu titranta. Wskaźnik alkacymetryczny do detekcji punktu równoważności dobieramy tak by zakres zmiany barwy wskaźnika (około 2 jednostek pH) mieścił się w skoku miareczkowania. Wielkość skoku miareczkowania w przypadku miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą zależy od stężenia analitu i titranta. W przypadku miareczkowania słabego kwasu mocną zasadą i słabej zasady mocnym kwasem pH w punkcie równoważności różni się do 7. pH punktu równoważności w przypadku miareczkowania słabego kwasu mocną zasadą lub słabej zasady mocnym kwasem zależy od stałej dysocjacji utworzonej w reakcji słabej zasady (kwasu) i jej stężenia (kwasu). Wielkość skoku miareczkowania zależy odpowiednio od stałej dysocjacji oznaczanego kwasu lub zasady. W przypadku bardzo słabych elektrolitów skok miareczkowania jest tak mały, że nie można bezpośrednio takich związków oznaczać wobec wskaźników barwnych. Przykład: miareczkowanie 0,1 mol/l kwasu octowego przy pomocy 0,1 mol/l NaOH

Powstaje słaba zasada anionowa: CH 3COO -. W punkcie równoważności nie ma już kwasu octowego, nie ma jeszcze nadmiaru NaOH; jest tylko słaba zasada octanowa.Stała dysocjacji K CH3COO-= Kwody /KCH3COOH; stężenie zasady octanowej jest dwukrotnie mniejsze niż stężenie wyjściowego kwasu (przy założeniu takiego samego stężenia początkowego kwasu octowego i titranta po dojściu do PR objętość zwiększyła się dwukrotnie). pH w PR tego miareczkowania wynosi 8,7 Miareczkowanie wieloprotonowych kwasów i zasad Przykład: miareczkowanie Na 2CO3 przy pomocy HCl Roztwór węglanu sodu można rozpatrywać zgodnie z teoria Bronsteda jako roztwór niezbyt mocnej zasady CO 32- , która reaguje z kwasem solnym stopniowo: +

-

H + CO3-2 —> HCO3 (1) -

+

HCO 3 + H —> H 2CO 3 (2) Po pierwszym stopniu odmiareczkowania tworzy się słaba zasada HCO3- (która jest typowym amfoterem reagującym jak kwas i jak zasada). Po drugim stopniu przereagowania otrzymuje się roztwór bardzo słabego kwasu węglowego.

Drugi skok miareczkowania jest znacznie wyraźniejszy, więc korzystniej jest miareczkować do pH około 4, tj. wobec oranżu metylowego jako wskaźnika. Gdyby jako wskaźnik użyto fenoloftaleinę, to wówczas objętość zużytego HCl byłaby 2-krotnie mniejsza, gdyż fenoloftaleina pokaże punkt równoważności reakcji (1). Wykorzystuje się te 2 wskaźniki gdy oznacza się obok siebie węglany i wodorowęglany (np.oznaczanie w wodach naturalnych tzw. zasadowości "p" oraz "m") Uwaga: Jeżeli wartości stałych dysocjacji I-go i II-go stopnia różnią się znacznie 5 między sobą (ok.10 razy) na krzywej miareczkowania widoczne są 2 skoki. W przeciwnym wypadku widoczny jest tylko 1 skok - np. przy oznaczaniu H 2SO4 lub H2 C2 O4

PRZEPISY ANALITYCZNE 1.Sporządzenie roztworu NaOH o stężeniu ok.0,1 mol/l Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu ok. 0,1 mol/l sporządza się z nasyconego roztworu NaOH. Roztwór taki nie zawiera węglanów. Dla przygotowania 1 l roztworu NaOH o stężeniu ok. 0,1 mol/l należy odmierzyć cylindrem miarowym (ostrożnie!) odpowiednią (obliczoną) objętość stężonego roztworu NaOH tj. taką by zawierała 0,1 mola NaOH i przenieść ją do kolby miarowej o pojemności 1 l napełnionej wodą destylowaną do ok. 1/2 objętości, następnie dopełnić wodą destylowaną do kreski miarowej. (Zwrócić uwagę by temperatura wody destylowanej służącej do sporządzenia roztworu wynosiła ok. 20°C tj. była bliska temperatury w jakiej przeprowadzano kalibrację naczyń miarowych). Po sporządzeniu roztworu zawartość kolby należy dokładnie wymieszać. Mianowanie roztworu NaOH na wzorcowy roztwór HCl Zasada oznaczenia polega na zobojętnieniu wodorotlenku sodu kwasem solnym, pH w punkcie równoważności wynosi 7, a przy niezbyt rozcieńczonych roztworach kwasu (ok.0,1 mol/l) skok miareczkowania jest tak duży, że mo żna jako wskaźnika użyć zarówno oranżu metylowego, czerwieni metylowej lub fenoloftaleiny. Przepis analityczny Odczynniki 1.HCl mianowany roztwór ok. 0,1 mol/l 2.czerwień metylowa wskaźnik 0,1% roztwór w 60% etanolu. 20 lub 25 ml roztworu wzorcowego (pobrać pipetą) rozcieńczyć w kolbce stożkowej, rozcieńczyć wodą do około 50 ml, dodać 2 krople wskaźnika miareczkować roztworem NaOH wobec wskaźnika wskaźnika do pierwszej zmiany barwy. Uwaga: każdy student wykonuje dwa równoległe oznaczenia stężenie roztworu NaOH wyznaczyć jako średnią z co najmniej 8 oznaczeń. Uzyskane wyniki opracować statystycznie (obliczyć odchylenie standardowe i przedział ufności średniej) Oznaczenie kwasu octowego Zasada oznaczenia polega na zobojętnieniu kwasu octowego wodorotlenkiem sodu wg reakcji: CH 3COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2O Odczyn roztworu w punkcie równoważności jest słabo alkaliczny więc jako wskaźnika należy użyć fenoloftaleiny

Przepis analityczny Odczynniki 1..NaOH mianowany roztwór ok. 0,1 mol/l 2.fenoloftaleina wskaźnik. Otrzymaną próbkę kwasu rozcieńczyć w kolbce miarowej i po dokładnym wymieszaniu pobrać pipet ą dwie równoległe próbki roztworu (20 lub 25 ml roztworu) rozcieńczyć w kolbce stożkowej, do około 50 ml, dodać 2 krople wskaźnika, miareczkować roztworem NaOH wobec wskaźnika wskaźnika do pierwszej zmiany barwy. 2.Sporządzenie roztworu HCl o stężeniu ok.0,1 mol/l Roztwór kwasu solnego o stężeniu ok. 0,1 mol/l sporządza się przez rozcieńczenie stężonego HCl, ok. 36 % (m/m) i gęstości 1,18 g/ml. Dla przygotowania 1 l roztworu HCl o stężeniu ok. 0,1 mol/l należy odmierzyć cylindrem miarowym (ostrożnie!) odpowiednią (obliczoną) objętość stężonego roztworu HCl tj. taką by zawierała 0,1 mola HCl i przenieść ją do kolby miarowej o pojemności 1 l napełnionej wodą destylowaną do ok. 1/2 objętości, następnie dopełnić wodą destylowaną do kreski miarowej. (Zwrócić uwagę by temperatura wody destylowanej służącej do sporządzenia roztworu wynosiła ok. 20°C tj. była bliska temperatury w jakiej przeprowadzano kalibrację naczyń miarowych). Po sporządzeniu roztworu zawartość kolby należy dokładnie wymieszać. Mianowanie roztworu HCl na substancje wzorcową - bezwodny węglan sodu. Zasada wyznaczenia miana polega na zobojętnieniu węglanu sodu kwasem solnym w reakcji: Na 2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 CO3 pH w punkcie równoważności wynosi ok.4 gdyż pod koniec miareczkowania roztwór jest bliski nasyconego CO2 . Miareczkowanie prowadzi się wobec oranżu metylowego jako wskaźnika (zakres zmiany barwy 3,1 – 4,4). Przed przystąpieniem do mianowania nale ży obliczyć, jaka powinna być (w przybliżeniu) masa odważki węglanu sodu aby na jej miareczkowanie zużyć objętość titranta w granicach od 15 do 25 ml roztworu kwasu solnego – zależnie od pojemności biurety, która student dysponuje (np. 25 lub 50 ml). Odczynniki 1. Na2 CO3 , cz.d.a. uprzednio wyprażony w temp. 270°C 2. oranż metylowy wskaźnik 0,1% roztwór w 60% etanolu.

Odważkę węglanu sodu zważona na wadze analitycznej (z dokładnością do 0,1 mg) przenieść ilościowo do kolby stożkowej rozpuszczając w ok.50 ml wody, dodać 2 krople wskaźnika i miareczkować roztworem HCl do zmiany barwy oranżu na cebulkowa. Uwaga: każdy student wykonuje jedno oznaczenie. Stężenie roztworu HCl należy wyznaczyć jako średnią z co najmniej 5 oznaczeń. Uzyskane wyniki opracować statystycznie (obliczyć odchylenie standardowe i przedział ufności średniej) Oznaczenie wodorotlenku sodu Zasada oznaczenia polega na zobojętnieniu wodorotlenku sodu kwasem solnym wg reakcji: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O Odczyn roztworu w punkcie równoważności jest obojętny, najlepszym wskaźnikiem jest czerwień metylowa Przepis analityczny Odczynniki 1.HCl mianowany roztwór ok. 0,1 mol/l 2. czerwień metylowa wskaźnik 0,1% roztwór w 60% etanolu. Otrzymaną próbkę NaOH rozcieńczyć w kolbce miarowej i po dokładnym wymieszaniu pobrać pipet ą dwie równoległe próbki roztworu (20 lub 25 ml) rozcieńczyć w kolbce stożkowej, do około 50 ml, dodać 2 krople wskaźnika, miareczkować mianowanym roztworem HCl do zmiany barwy wskaźnika na różowa.

ZADANIA KONTROLNE .Ile g HCl znajduje się w próbce kwasu solnego jeśli na jej zmiareczkowanie zużyto 22,5 ml roztworu NaOH o stężeniu 0,2005 mol/l? 2. Obliczyć stężenie molowe roztworu NaOH, jeśli na zmiareczkowanie 20 ml zasady zużyto 19,0 ml kwasu solnego o stężeniu 0,105 mol/l. 3. Obliczyć ile g kwasu siarkowego zawierała próbka gdy na jej zmiareczkowanie zużyto 26,8 ml roztworu NaoH o stęż.0,1257 mol/l? 4. Jak duża winna być odważka boraksu (wzorzec do mianowania kwasu solnego) by na jej zmiareczkowanie zużyć ok. 35 ml kwasu solnego sporządzonego jak podano w zadaniu 1?

masa molowa Na2 B4O 4 . 10 H 2O - 381,37 g/mol 5. Obliczyć stężenie roztworu wodorotlenku sodu jeśli na zmiareczkowanie 20,0 ml roztworu kwasu szczawiowego o stężeniu 0,0925 mol/l zużyto 32,5 ml roztworu NaOH. 6. Obliczyć stężenie % H 2 SO4 w kwasie akumulatorowym. Próbkę kwasu akumulatorowego o masie 0,8532 g przeniesiono do kolby miarowej o poj 100 ml, rozcieńczono wodą do kreski miarowej, pobrano 25 ml i miareczkowano roztworem NaOH o stężeniu 0,1005 mol/l zużywająć 15,6 ml titranta. masa molowa H2SO 4 98,08 g/mol 7.Oblicz pH roztworu NaOH o stężeniu 0,1 mol/l...