Strona główna

Alkacymetria


Pobieranie 64.08 Kb.
Data19.06.2016
Rozmiar64.08 Kb.

ALKACYMETRIA


Alkacymetria dotyczy ilościowego oznaczania kwasów lub zasad za pomocą mianowanych roztworów zasad lub kwasów. Metoda ta obejmuje więc reakcje zobojętnienia
i opiera się na reakcji:

H3O+ + OH-  2H2O

Każda metoda miareczkowa wymaga przygotowania i mianowania roztworów. Miano roztworu (Ti) jest to liczba gramów substancji (mi) zawarta w 1 cm3 roztworu, gdzie (i) jest wzorem rozpuszczonej substancji:

Miano empiryczne roztworu (Tx/y) jest to liczba gramów substancji y, która w danych warunkach reaguje z 1 cm3 roztworu substancji x:





Przykład 1. Obliczyć, ile cm3 36% (m/m) kwasu solnego o gęstości = 1,19 g/cm3 należy użyć do sporządzenia 1 dm3 0,1 mol/l roztworu kwasu ?

1 dm3 0,1 mol/dm3 roztworu kwasu solnego zawiera 0,1 mol/dm3  1 dm3 = 0,1 mola kwasu, tzn. 0,1 mol  36,46 g/mol = 3,646 g kwasu solnego. Oznaczając przez Vr-ru potrzebną liczbę cm3 stężonego kwasu, układa się bilans masy względem HCl:













Odp. Odmierza się 8,5 cm3 stężonego kwasu solnego i rozcieńcza do objętości 1 dm3.



Przykład 2. Obliczyć miano (THCl) kwasu solnego o stężeniu c=0,1012 mol/l.

0,1012 mol/l roztwór kwasu solnego zawiera w 1 litrze 0,1012  36,46 = 3,690 g,


co odpowiada 0,003690 g HCl w 1 cm3:


Przykład 3. Obliczyć miano 0,2 mol/l NaOH i wyrazić je w gramach HCl.

NaOH + HCl  NaCl + H2O

1 cm3 0,2 mol/l roztworu NaOH zawiera 0,2 mmola NaOH i zobojętnia 0,2 mmola HCl. Mnożąc przez masę molową HCl otrzymuje się:

1 cm3 0,2 mol/l NaOH zobojętnia więc 7,292 mg HCl albo 0,007292 g tej substancji, zatem TNaOH/HCl = 0,007292 g/cm3.



Przykład 4. Jaką odważkę bezwodnego węglanu sodowego należy użyć do nastawiania
ok. 0,1 mol/l roztworu HCl przy użyciu biurety 50 cm3 ?

Objętość zużywanego w miareczkowaniu odczynnika V powinna wynosić


ok. 0,8 całkowitej pojemności biurety, Vmax, należy więc zużyć w miareczkowaniu
cHCl 0,8 Vmax milimoli HCl:

Węglan sodu reaguje z kwasem solnym w stosunku molowym 1:2, do nastawienia kwasu solnego należy użyć milimoli Na2CO3. Otrzymujemy więc:



więc

więc

Odp. Odważka Na2CO3 powinna wynosić ok. 210 mg.



Przykład 5. Obliczyć stężenie H2SO4 w % (m/v), jeżeli przy nastawianiu miana zużyto
46 cm3 kwasu na odważkę 176 mg NaHCO3.

Zachodzi reakcja:



Ponieważ 2 mole NaHCO3 reagują z 1 molem H2SO4, w miareczkowaniu zużyto moli kwasu siarkowego (VI).

Liczba moli NaHCO3

więc















Odp. Stężenie kwasu siarkowego wynosi 0,2233 % (m/v).


Przykład 6. Obliczyć procentową zawartość Na2CO3 i NaOH w próbce o masie m=0,2 g, jeżeli przy miareczkowaniu względem fenoloftaleiny zużyto 30 cm3 0,35% (m/m) HCl, a następnie 4 cm3 tegoż kwasu przy dalszym miareczkowaniu wobec oranżu metylowego.

W obecności fenoloftaleiny zostaje zobojętniony cały wodorotlenek sodowy


i węglan do wodorowęglanu sodowego. Reakcje:





Wobec oranżu metylowego zostaje zmiareczkowany wodorowęglan sodowy. Reakcja:

Aby obliczyć liczbę moli kwasu solnego zużytego w miareczkowaniu musimy przeliczyć jego stężenie procentowe na molowe (1 mol HCl = 36,46 g):

, tzn. 0,35 g HCl jest w 100 cm3 roztworu, czyli 3,5 g/litr.

, czyli stężenie molowe tegoż kwasu wynosi 9,610-2 mol/l.

Objętość kwasu solnego zużytego na zmiareczkowanie węglanu sodowego jest równa


2  4 cm3= 8 cm3 = 0,008 l, co stanowi 9,60 10-2 mol/l  0,008 l = 7,68  10-4 mola HCl, a to odpowiada .

Objętość kwasu solnego zużytego na zobojętnienie NaOH wynosi 30 cm3 – 4 cm3 = 26 cm3 = 0,026 l, a to odpowiada 0,026 l  9,60 10-2 mol/l = 2,496 10-3 mola HCl, a więc:







zawartość

zawartość

Odp. 20,35 % Na2CO3; 49,92 % NaOH.


ZADANIA RACHUNKOWE



1. Ile gramów technicznego NaOH zawierającego 6% obojętnych zanieczyszczeń należy użyć do sporządzenia 1,5 dm3 0,1214 mol/l roztworu ? Odp. 7,75 g
2. Obliczyć miano NaOH (TNaOH) o stężeniu 0,5478 mol/l. Odp. 0,02191 g/ml
3. 4 g NaOH i 6 g KOH rozpuszczono w wodzie i rozcieńczono do 1250 cm3. Obliczyć stężenie molowe otrzymanego roztworu względem jonów OH-. Odp. 0,1657 mol/l
4. Ile cm3 17% (m/m) wodnego roztworu amoniaku (=0,9328) potrzeba na zobojętnienie 250 cm3 0,1074 mol/l HCl ? Odp. 2,88 cm3
5. Obliczyć miano 0,1516 mol/l kwasu solnego i wyrazić je w gramach NaOH.

Odp. THCl/NaOH = 0,006064 g/cm3
6. Obliczyć, ile miligramów NaOH zawiera roztwór, jeżeli na jego zmiareczkowanie wobec oranżu metylowego zużyto 23,7 cm3 kwasu solnego o stężeniu c=0,1374 mol/l.

Odp. 130,2mg
7. Odważkę 247,8 mg Na2CO3 rozpuszczono w wodzie i otrzymany roztwór miareczkowano wobec oranżu metylowego kwasem solnym, którego zużyto 39 cm3. Obliczyć stężenie molowe kwasu solnego. Odp. 0,1200 mol/l
8. Obliczyć procentową zawartość KHCO3 i K2CO3 w próbce o masie 0,7 g, jeżeli przy miareczkowaniu wobec fenoloftaleiny zużyto 12 cm3 0,45% (m/m) HCl, a przy dalszym miareczkowaniu wobec metylooranżu zużyto 48 cm3 tegoż kwasu. Odp. 29,17% K2CO3

63,41% KHCO3

OBLICZENIA KWASOWOŚCI ROZTWORÓW WODNYCH


Środowisko reakcji, a w szczególności kwasowość, wywiera duży wpływ na kierunek
i szybkość zachodzących procesów chemicznych i biochemicznych. Dlatego też jest ważne poznanie zmian kwasowości – pH, jakie zachodzą w roztworach pod wpływem kwasów, zasad, soli i ich mieszanin.

Przy obliczeniach pH rozcieńczonych roztworów wodnych posługujemy się definicją:


pH = -lg [H+], dla 0  pH  14,

gdyż jest to wystarczająco dokładne przybliżenie ścisłej definicji aktywnościowej paH.


Choć możliwe są wartości pH poza przedziałem 0-14, to dla celów analitycznych nie mają one praktycznego znaczenia. Wówczas inne definicje i skale kwasowości stosowane są
w zależności od użytego rozpuszczalnika i stężenia. Ponieważ procesy biologiczne zachodzą
w roztworach wodnych o niskich kwasowościach, ograniczymy się do klasycznej definicji pH  pcH. W obliczeniach pH nie będziemy uwzględniać zmian aktywności w funkcji mocy jonowej, czyli przyjmujemy, że współczynnik aktywności jest równy 1. Dokładność obliczeń w tym przypadku wystarczy ograniczyć do setnych części, czyli dwóch miejsc po przecinku.

Graficznie zależność pH roztworu od ilości dodanego czynnika miareczkującego – czyli titranta – przedstawiają krzywe miareczkowania. Wyodrębnić w nich można cztery obszary, które odpowiadają:



A – pH w roztworze przed miareczkowaniem

B – pH roztworu po dodaniu titranta w ilości mniejszej od stechiometrycznej

C – pH roztworu po dodaniu stechiometrycznej ilości titranta, w punkcie równoważności

D – pH po dodaniu nadmiaru titranta, po przekroczeniu PR

Do tego podziału będziemy się odwoływać dla skrócenia opisu omawianych zagadnień.

MIARECZKOWANIE MOCNEGO KWASU MOCNĄ ZASADĄ

Mocne kwasy i zasady są całkowicie zdysocjowane. Podczas miareczkowania zachodzi jedynie reakcja zobojętniania.


H+ + OH-  H2O

Jej stan równowagi jest określony przez stałą równowagi lub przez iloczyn jonowy wody Kw.


Wartość iloczynu jonowego wody wynika z jego związku ze stałą reakcji dysocjacji H2O:

H2O  H+ + OH-

Inaczej można napisać:

K [H2O] = [H+][OH-] = Kw

Ponieważ stężenie czystej wody w 25oC wynosi 55,4 mol/l, stąd Kw=10-14

Dla HCl miareczkowanego NaOH zachodzi reakcja:
H+ + Cl- + Na+ + OH-  Na+ + Cl- + H2O


  1. Wartość początkową pH (przed rozpoczęciem miareczkowania) obliczymy
    z początkowego stężenia [H+] danego przez:

(1.1.)

gdzie - jest liczbą moli jonów H+ (równa liczbie moli kwasu jednoprotonowego),


-początkową objętością kwasu


  1. Podczas miareczkowania przed punktem równoważności o pH decyduje stężenie niezobojętnionego kwasu, gdyż sól będąca produktem reakcji nie ulega hydrolizie:


(1.2.)

gdzie Vcałk jest całkowitą objętością roztworu – równą sumie - początkowej objętości kwasu i Vz – objętości dodanej zasady




  1. W punkcie równoważności liczba moli dodanej zasady nOH- równa się liczbie moli kwasu .

Wobec [H+][OH-] = Kw = 10-14 mamy

[H+ ]= (1.3.)



  1. Za punktem równoważności pH obliczamy ze stężenia jonów OH- dodanych
    w nadmiarze:

[OH-] = (1.4.)

Przykład 1.1.

Do 50 cm3 0,3% (m/m) HCl dodawano 0,4% (m/m) roztwór Ba(OH)28H2O. Przyjmując gęstości roztworów jako równe =1 g/cm3 obliczyć:



  1. pH początkowe roztworu

  2. pH mieszaniny po dodaniu 150 cm3 zasady i określić postęp miareczkowania

  3. pH po dodaniu dalszych 11,8 cm3 zasady

  4. pH po dodaniu 100,1% zasady

  5. skok miareczkowania

  6. narysować krzywą miareczkowania i dobrać wskaźniki jakie mogą być zastosowane dla tej reakcji.

Ad.1. pH początkowe roztworu. HCl jest jednoprotonowym kwasem mocnym, a więc zdysocjowanym w 100%. Stężenie jonów [H+] równa się całkowitemu stężeniu kwasu, czyli:

pH= -lg [H+] = -lgcko

Obliczenia sprowadzają się do przeliczenia podanego w % stężenia HCl na stężenie molowe:

c = % (m/m)

gdzie M – masa cząsteczkowa, – gęstość roztworu:



mol/l

a więc: pHo= -lg (0,08219) = 1,09


Ad.2. pH roztworu, po dodaniu 150 cm3 zasady. W trakcie miareczkowania zachodzi reakcja zobojętniania:


pH roztworu zależy od stężenia pozostałego, niezobojętnionego kwasu:



Początkowa liczba moli H+ wynosi:



Liczba moli dodanych jonów OH- jest dwukrotnie większa od liczby moli dodanej zasady

Ba(OH)2  Ba2+ + 2OH-.

Liczba moli niezobojętnionych jonów H+, równa jest różnicy noH+ - nOH- , czyli ostatecznie


z równania 1.2. mamy:



Procent zmiareczkowania oznacza podaną w procentach zmiareczkowaną część substancji. Po dodaniu 150 cm3 Ba(OH)2 procent miareczkowania wynosi:


Ad. 3 pH po dodaniu dalszych 11,8 cm3 zasady. Po dodaniu następnej porcji zasady liczba moli dodanych OH- jest równa:

Ponieważ nOH-(dod.) = noH+, więc znajdujemy się w punkcie równoważnikowym i pH wynika


z wartości iloczynu jonowego wody pHPR = 7.

Ad. 4 pH po dodaniu 100,1% zasady. Za punktem równoważnikowym pH roztworu jest funkcją stężenia jonów OH- dodanych w nadmiarze, który można obliczyć jako:





ponieważ Vcałk = 50+161,8+0,1%161,8=212 cm3, więc:



Ad. 5 Skok miareczkowania związany jest z dokładnością wyznaczenia punktu końcowego. Nachylenie krzywej zależy od stałej równowagi reakcji i stężeń reagentów. Jest to gwałtowna zmiana wartości pH przypadająca na określoną ilość dodawanego titranta w okolicy punktu równoważnikowego, np. 100%  0,1%. Ponieważ zmiana pH odpowiadająca dodaniu zasady w ilości 100% i 100,1% wynosi:

pH = 9,29-7 = 2,29,

więc skok miareczkowania można obliczyć tu (Tylko w przypadku miareczkowania mocnych kwasów i zasad pH 100%+0,1%=pH 100% -0,1%) jako:

pH100% 1 = 22,29 = 4,58

Ad.6 Krzywa miareczkowania przedstawiona jest na rys.1.1. Dla pełnego obrazu przebiegu funkcji, poza wartościami pH określonymi w punktach 1-4 zadania, dodatkowo na krzywej zaznaczono wartość pH odpowiadająca zobojętnieniu w 101% i 200%. Wynoszą one pH101%=10,28; pH200%=12,04. (Obliczenia wykonano jak w pkt.4).

nOH-(100%)=1%  0,00411=4,1110-5mol;Vcałk=50+161,8  101%=213,4;
pH101%=10,28

nOH-(100%)=100%  0,00411=4,1110-3mol;Vcałk=50+161,8  200%=373,6; pH200%=12,04

Przebieg krzywej uwidacznia buforujące (Pojemność buforowa jest to ilość moli mocnej zasady, lub kwasu, która musi być dodana do 1 litra roztworu, aby zmienić jego pH o jednostkę.) działanie mocnego kwasu przy niskich wartościach pH i działanie mocnej zasady przy wysokich wartościach pH. Roztwór pozostał silnie kwaśny pomimo czterokrotnego rozcieńczenia i zobojętnienia ponad 90% kwasu.

Krzywa miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą..



Przykład 1.2.

Obliczyć objętość kwasu H2SO4 o stężeniu 7,7% (m/m) i gęstości =1,05 g/cm3 jaką należy zużyć dla zobojętnienia 300 cm3 7% (m/m) roztworu KOH. Podać końcową wartość stężenia molowego i %-wego (m/v) * powstałej soli.



Odp. VH2SO4 = 227,3 cm3; cK2SO4=0,3556 mol/l ; c% (m/v) K2SO4 = 6,187% (m/v)

Zadanie 1.3. Obliczyć pH 0,04 mol/l H2SO4 Odp. pH=1,10

Zadanie 1.4. Obliczyć pH roztworu otrzymanego przez rozcieńczenie 5 cm3 61% (m/m) H2SO4, =1,7 g/cm3 do objętości 4 litrów. Odp. pH=1,58

Zadanie 1.5. Obliczyć pH roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie 1 g Ba(OH)28H2O i rozcieńczenie do objętości 3 litrów. Odp.pH=11,33

Zadanie 1.6. Obliczyć pH roztworu 1,36% (m/m) HCl, =1,005 g/cm3. Odp. pH=0,43

Zadanie 1.7. Obliczyć pH 0,1% (m/m) roztworu Ba(OH)2 8H2O, =1 g/cm3 Odp. pH=11,80

Zadanie 1.8. Obliczyć pH roztworu otrzymanego przez mieszanie równych objętości
3% (m/m) H2SO4 i wody. Odp.pH=0,51 Zadanie 1.9. Obliczyć pH roztworu wodorotlenku wapnia o stężeniu 710-3% (m/m). Odp. pH= 11,28

Zadanie 1.10. Narysować krzywą miareczkowania 50 cm3 11% (m/m) NaOH o gęstości
=1,12 g/cm3 kwasem siarkowym o stężeniu 2% (m/m) i gęstości =1 g/cm3. Obliczyć pHo
i pH po dodaniu 100,5% całkowitej stechiometrycznej ilości titranta. Odp.pHo=14,49;pHza PR=1,81


©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość