Alkalimetrická titrace vícesytné kyseliny

Transkript

pracovní list studenta
Acidobazické rovnováhy
Odměrná analýza – acidobazická titrace
Martin Krejčí
Výstup RVP:
experiment umožňuje žákům pochopit chování vícesytných protolytů ve vodných roztocích; žák se detailněji seznámí s pH-metrickou
detekcí bodu ekvivalence jako jednou se základních instrumentálních
analytických technik;
během výpočtové části se žáci naučí základním vztahům výpočtů pH
vícesytných protolytů, osvojí si termíny vícestupňových rovnováh, dílčích konstant acidit a bazicit, ústojné roztoky apod., seznámí se s tvarem titrační křivky pro vícesytné protolyty, seznámí se s aparaturou
pro titraci a principem titrační techniky jako základní metody kvantitativní odměrné analýzy
Klíčová slova: Alkalimetrie, vícesytná kyselina, konstanta acidity, silná zásada, pH,
bod ekvivalence, titrační křivka
Chemie
Kvinta
úloha
6
Laboratorní práce
Doba na přípravu:
20 min
Doba na realizaci:
30–35 min
Doba na zprac. dat:
30–35 min
Obtížnost:
střední
Alkalimetrická titrace vícesytné kyseliny (H3PO4) silnou zásadou
(NaOH) s pH-metrickou detekcí bodu ekvivalence
Ůkol pH-metrické stanovení kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4 odměrným roztokem hydroxidu sodného NaOH.
Cíl – Pomocí přesné odměrné analytické metody s instrumentální detekcí bodu ekvivalence stanovit přesnou molární koncentraci vodného roztoku kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4.
– Z naměřených hodnot pH, měnících se v důsledku přidaného objemu odměrného roztoku silné zásady (NaOH) v průběhu stanovení, sestavit titrační křivku zobrazující průběh
titrace.
– Povšimnout si tvaru a interpretovat titrační křivku.
– Grafické zpracování a analýza titrační křivky (detekce bodů ekvivalence).
– Využití první a druhé derivace pH podle objemu V(OH)- při znázornění a detekci bodů ekvivalence.
– Výpočet přesné molární koncentrace kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4 na základě
objemu odměrného roztoku NaOH zjištěného při titraci.
– Použití směsných acidobazických indikátorů jako způsobu pro vizuální detekci bodů
ekvivalence při titraci vícesytných protolytů. Funkční oblasti indikátorů (oblasti barevných přechodů jednotlivých strukturních forem indikátorů jako funkce změny pH vodných roztoků kyselin a zásad).
– Seznámit se s aparaturou pro provádění odměrné analýzy titrační technikou.
Teoretický (viz: acidobazické rovnováhy)
úvod
Pomůcky Přístrojové vybavení: datalogger LABQUEST, počítač s nainstalovaným programem Logger Pro, pH-elektroda Vernier, magnetická míchačka + magnetické míchadlo
Laboratorní technika: laboratorní stojan, držák na byrety, byreta (V = 50 ml), odměrná pipeta (V = 1 ml, 10 ml, 50 ml), titrační baňka (V = 250 ml), odměrná baňka (V = 100 ml,V = 250
ml), držák pH elektrody (není podmínkou), střička, pipetovací balonek
Chemikálie: roztok kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4 (aq) c ≈ 0,1 mol·L-1, odměrný roztok hydroxidu sodného NaOH(aq) c = 0,1 mol·L-1
pozn.: Pro dosažení vyšší přesnosti stanovení je nezbytností standardizace odměrného roztoku
NaOH.
47
Chemie
úloha
6
Informace o nebezpečnosti použitých chemikálií
H3PO4: H-větyH314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.
R-větyR34 Způsobuje poleptání.
S-větyS1/2 Uchovávejte uzamčené a mimo dosah dětí.
S26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou
a vyhledejte lékařskou pomoc.
S45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě
vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení).
NaOH: H-větyH314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.
R-větyR35 Způsobuje těžké poleptání.
S-větyS1/2 Uchovávejte uzamčené a mimo dosah dětí.
S26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou
a vyhledejte lékařskou pomoc.
S37/39 Používejte vhodné ochranné rukavice a ochranné brýle
nebo obličejový štít.
S45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte
lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení).
48
Postup 1Do čisté titrační baňky (250 ml) odpipetujeme odměrnou pipetou 10 ml roztoku kyseliny trihydrogenfospráce
forečné (H3PO4(aq)) o přibližné koncentraci 0,1 mol·L-1,
následně přidáme 50 ml destilované vody. (měřící
část pH-elektrody musí být zcela ponořena do stanovovaného roztoku)! K roztoku H3PO4 lze přidat 3 kapky
zvoleného směsného acidobazického indikátoru.
2Sestavte aparaturu pro titraci (obr. 1 a 2).
3Přes nálevku naplňte byretu odměrným roztokem
NaOH(aq) c = 0,1 mol·L-1 Před vlastním plněním je třeba byretu pečlivě propláchnout destilovanou vodou
a následně zbytek vody spláchnout malým množstvím připraveného odměrného roztoku (cíl – minimalizace chyby stanovení způsobené pozměněním
koncentrace odměrného roztoku destilovanou vodou pocházející z počátečního výplachu byrety).
obr. 1
4Meniskus, vytvořený hladinou odměrného roztoku,
nastavit na nulovou hodnotu odpuštěním přebytečného množství odměrného roztoku (obr. 3).
5Do titrační baňky s analyzovaným roztokem kyseliny
chlorovodíkové vložíme magnetické míchadlo.
6Do držáku na elektrodu (není podmínkou) upneme
pH senzor, elektroda může být umístěna i volně,
poté dbáme na to, aby míchadlo zbytečně nenaráželo do měřící části pH – elektrody.
7pH metrickou elektrodu je nezbytné před experimentem kalibrovat. Kalibraci provádíme dvoubodově za pomoci roztoků o definovaném pH (při
obr. 3
dvoubodové kalibraci používáme roztoky o pH = 4 obr. 2
a o pH = 7. (místo ústojného roztoku o pH = 4 lze použít i roztok o pH = 10).
8Nyní je nezbytné nastavit režim měření v programu LoggerPro pro sběr dat. V rozbalovacím seznamu Experiment zvolíme nabídku Sběr dat, po které se objeví dialogové
okno pro nastavení (obr. 4). Zde nastavíme variantu Události se vstupy (obr. 5). Následně doplníme informace o názvu sloupce, značce a jednotce manuálně zadávané
veličiny (obr. 6). Potvrzením Hotovo máme základní nastavení režimu měření a můžeme přistoupit k vlastní realizaci měření. Lze překontrolovat nastavení grafu, hlavně
měřítko os nebo formát zobrazovaných bodů apod. Není to však nezbytné, poněvadž
s tímto nastavením lze pracovat i po sběru dat, ve fázi zpracování naměřených hodnot.
(viz kapitola zpracování dat)
Chemie
úloha
6
obr. 4
obr. 5
9S takto připravenou aparaturou a nastaveným režimem měření můžeme začít
vlastní titraci. pH-elektrodu ponoříme
do analyzovaného roztoku. Otáčky magnetické míchačky nastavíme v rozumné
míře tak, aby se analyzovaný vzorek nerozstřikoval po stěnách titrační baňky.
Měření zahájíme příkazem Sběr dat
(zelená šipka na monitoru v horní části). Současně se zahájením sběru dat se
nám vedle zelené šipky objeví symbol
modrého kroužku využívaný k zachování naměřené hodnoty a následnému obr. 6
manuálnímu zadání objemu přidaného
odměrného roztoku. Během titrace volíme objem odměrného roztoku dle potřeby tak,
abychom získali dostatečné množství hodnot pro vykreslení titrační křivky. Jako ideální
se jeví objemy v intervalu 1–2 ml (používané objemy závisí na koncentrovanosti roztoků).
Po každém přídavku je nezbytné počkat, až se na měřícím přístroji nová hodnota změněného pH ustálí. Následně za pomoci tlačítka Zachování hodnot zadáme přidaný
objem odměrného roztoku a potvrdíme tlačítkem OK. Celou operaci opakujeme tak,
abychom získali dostatek hodnot, a to jak před bodem ekvivalence, tak i za ním, aby výsledná titrační křivka byla úplná, s dobře patrnými body zlomu v celém svém průběhu.
10Po naměření dostatečného počtu hodnot uzavřeme sběr dat tlačítkem Ukončit, a tím
je experimentální část hotova. Následuje analytická část, v které je třeba zpracovat naměřená data.
Zpracování Na následujícím obrázku je zobrazen výsledek sběru dat. Z takto naměřených hodnot lze
dat zjistit V(OH)- v bodě ekvivalence. Nejprve klikneme na tlačítko Odečet hodnot na základní
liště a v rozbalovacím seznamu Analýza zatrhneme nabídku Interpolace, která nám zajistí
dopočítávání hodnot i mimo hodnot naměřených.
49
Chemie
informace pro učitele
úloha
6
14
13
12
11
10
9
8
pH
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
(15,09, 6,125)
7
8
9
10
11
12
Identifikace bodu ekvivalence
metodou oskulačních kružnic
V programu LoggerPro je možno identifikovat bod ekvivalence metodou 1. derivace,
případně metodou 2. derivace. Realizace
je nutná následujícím postupem: nejprve
v nabídce Data navolíme možnost Nový
dopočítávaný sloupec. Objeví se dialogové okno pro nový dopočítávaný sloupec
(obr. 7). Vyplníme okno Název, Značka obr. 7
obr. 8
14
15
16
17
18
19
20
Identifikace bodu ekvivalence
metodou tečen
Pro vlastní identifikaci bodu ekvivalence
potom můžeme volit jednu z výše uvedených technik, metodu tečen, případně
metodu oskulačních kružnic.
50
13
Objem (OH) (ml)
obr. 9
Chemie
úloha
6
a na závěr navolíme Funkci, kde volíme v nabídce calculus (matematické funkce) a v nich
derivace, případně druhá derivace (obr. 8). Následně v nabídce proměnné zvolíme pH.
V tabulce se objeví nové sloupce s hodnotami 1. či 2. derivace.
Nyní lze vykreslit grafy zobrazující průběh funkcí první či druhé derivace a v nich identifikovat body ekvivalence.
dpH
Na následujících obrázcích lze vidět výsledné grafy derivací
s vyznačenými body
dV(OH − )
ekvivalence pro graf první i druhé derivace pH podle objemu V(OH)-.
d 2 pH
2
Bod ekvivalencedVč.(OH1− )
3
Objem: 10,26839937 ml
1. derivace: 2,2784
1. derivace: 2,3012
1. derivace: 0,10502
1. derivace: 7,9675E+005
Vekv č1 = 10,28 ml
NaCl(aq) + H 2O(aq)
NaOH (a q) + HC l(a q)
2
1. derivace
–
(OH) (aq)
+ H 3 O +(aq)
2H2O(l)
Automaticky proložit křivku pro:
Poslední měření 1 I 1. derivace
1
křivku pro: c
=
c (OH – ) ⋅ V (OH – )Automaticky
= c ( H O + ) proložit
⋅V
+
(H O + )
(H O )
n(H O +) = n(OH – )
Poslední 3měření 1 I 1.
3 derivace
3
3
c ( OH – ) ⋅ V( OH – )
V( H O + )
3
0
0
10
V ( HCl )35% =
20
30
c HCl ⋅ V HCl ⋅ M HCl
w( HCl )35% ⋅ ρ ( HCl )40
35%
Objem (ml)
3
Objem: 21,108816311 ml
1. derivace: 3,4962E+006
1. derivace: 0,15021
1. derivace: 1,8788
1. derivace: 1,8923
V ( HCl )35 % =
0,1⋅ 0,1⋅ 36, 45
= 0,89 mL ≈ 0, 9 mL
0,35 ⋅1,17
Bod ekvivalence č. 2
Vekv č1 = 21,11 ml
1. derivace
2
1
0
0
10
20
30
40
Objem (ml)
51
Chemie
úloha
6
Poslední měření I 2. derivace
1
Vekv č1 = 10,37 ml
2. derivace
Objem: 10,369042598 ml
2. derivace: 2,2966
2. derivace: -3,2786
2. derivace: -0,018377
2. derivace: 2,8694E+005
2. derivace: -0,022043
2. derivace: 13,367
0
Proložení přímky pro:
-1
0
10
20
30
40
Objem (ml)
Vekv č1 = 20,96 ml
1
Objem: 20,960290358 ml
2. derivace: 2,0645E+005
2. derivace: 0,0064096
2. derivace: 1,9928
2. derivace: 0,0071042
2. derivace
0
-1
0
10
20
30
40
Objem (ml)
Výpočty 1. Přesná koncentrace H3PO4(aq)
Z níže uvedených chemických rovnic je zřejmé, elektrolytická disociace kyseliny trihydrogenfosforečné probíhá ve třech stupních, a lze pro tento děj zapsat tři dílčí disociační
rovnováhy.
(H 2 PO 4 ) -(aq) + H 2 O
H 3 PO 4(aq) + (OH) -(aq)
(H 2 PO 4 ) -(aq) + (OH) -(aq)
(HPO 4 ) 2-(aq) + H 2 O
(HPO 4 ) 2-(aq) + (OH) -(aq)
(PO 4 ) 3-(aq) + H 2 O
[(H PO ) ]
[(H PO ) ] ⋅ [(OH ) ]
[(H PO ) ]
=
−
52
KI =
2
4
−
3
−
4
2−
K II
4
Chemie
Odměrná
– acidobazická
titrace
(H 2 PO
H 3 PO 4(aq)
+ (OH)- --(aq) analýza
4-) -(aq)++HHO
2O
(H
HH3 PO
+
(H2 PO
PO
+(OH)
(OH)(aq)
4 )4 )(aq)
2 2O
4(aq)
2 PO
(aq) + H
3
4(aq)
(aq)
2(HPO 42-) 2-(aq) + H 2 O
(H 2 PO 4-) -(aq) + (OH)- -(aq)
(HPO
++HH2 O
(H
++(OH)
(HPO4 )4 ) (aq)
(H2 PO
(OH)(aq)
4 )4 )(aq)
2O
(aq)
(aq)
2 PO
3- (aq)
2(PO
)
3-3-(aq) + H 2 O
(HPO 42-) 2-(aq) + (OH)- -(aq)
4
(PO
+ H 2O
+ do
(OH)
(HPO
(PO4 )4 ) (aq)
(OH)
(HPO
Trojsytnost kyseliny
se promítá
jednotlivých
dílčích
chemických
rovnováh, kdy kaž4 )4 ) (aq)
(aq)
2O
(aq) + H
(aq) +
(aq)
dá z nich je charakterizována příslušnou rovnovážnou konstantou.
-
)]
[([[H((HHPOPO
PO) )]]
) ] ⋅ [(OH) )]]
[([[H((HHPOPO
(OH ) ]
PO) )]]⋅ [⋅([OH
dpH
) ]
[([[dVH((HHPOPO
K =
PO) ) ]]
KK ==
) ] ⋅ [(OH) )]]
[([[H((HHPOPO
(OH ) ]
PO) )]]⋅ [⋅([OH
pH ) ]
PO
[(d[[dV(PO
K =
( PO) ) ]]
KK ==
) ]⋅[(OH) )]]
[([[H((HHPOPO
(OH ) ]
PO) ) ]⋅][⋅([OH
NaOH
+ HC l
K =
KKI II==
−
−
4 −
4
− 4
−
4 −
2
22
3
33
44
2−
2−
4 2−
(OH− ) 4
−
4 −
44
II
II II
2
22
2
III
III III
3−
3−
4 3−
24 4
2−−
2(OH
−2− )
4
44
6
dpH
dV(OH − )
−
−−
−4
úloha
−
−−
d 2 pH
2
dV(OH
−
)
−
−−
(a q)
NaCl(aq) + H 2O(aq)
(a q)
– Znamená
+
Stechiometrie každé
dílčí
rovnováhy je jednotková.
že v prvním 2H
pozoroNaCl
+H
Oto,
NaOH
(OH)
+H
(aq)
(a q) + HC l(a q)
3 O2(aq)
2O(l)
(aq) (aq)
vatelném bodu ekvivalence se rovná látkové množství H3PO4 s látkovým množstvím
–
+
odměrného
roztoku NaOH
. V druhém,
či třetím bodu
(OH) (aq)
2H2O(l)ekvivalence, tedy při titraci
(aq) + H 3 O. (aq) -3 .
dpH
0,1
2- 10,325. 10
-3-3.poměry
-1
.
. poměru
(H2PO4) respektivec(HPO
)
odpovídají
n
stechimetrických
.
.
0,1
1,03
10a-1nmol
10,325. 1010
0,1==1,03
4 = 10,325
NaOH
H PO
. 10
. L. -1LL-1
4) =
-3
dV(OH − )
. 10-1-1mol
c c(H((3HHPO3 PO
=
=
1,03
mol
10
10
)
4
PO
)
-3
koeficientů.
Pro první
bod
ekvivalence
platí
tedy
následující
relace
.
3
4
. 10-3
1010 10
c ( OH – ) ⋅ V( OH – )
21,04. . 10-3-3-3. . 0,1
. c10-1-1 –mol
. -1L-1– = c + ⋅ V +
.
.
21,04
10
0,1
c
=
=
1,052
21,04
10
0,1
=
c
n
=
n
⋅
V
(
H
PO
)
+
–
+
. 10
-1mol
. 10
. L-1)
)
(OH
)
O -3
c c(H(3HPO3 PO4 )4 ) ==
==
1,052
(OH
) . (L
(H O )
(H O )
OH
(H O )
V( H O + )
1,052
mol
2 . 10. (.H10
d 2 pH
3
4
c ( OH – ) ⋅ V( OH – )
. 10 10
. 10-3-3
22. 10
2
dV(OH
c + =
n(−H) O +) = n(OH – )
c (OH – ) ⋅ V (OH – ) = c ( H O + ) ⋅ V ( H O + )
(H O )
V( H O + )
3
4
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
-
(H 2 PO 4 ) (aq)
+ H 2O
H 3 PO 4(aq) + (OH) (aq)
(H 2 PO
H 3 PObyl
+ (OH)
Při znalosti V(H3PO4), který
titrován,
a při
známých
charakteristikách
odměrného roz4 )2-(aq) + H 2 O
4(aq)
(aq)
c
⋅
V
⋅
M
(+
H3 PO
NaCl
+ H)2O
(HPO
NaOH (a q) + HC l(a q)
4 ⋅) V (H3 PO4 )⋅ M-1(H
3 PO4 )
(OH)
(aq)
(aq)
4 ) 2-(aq) + H 2 O
c
(aq)
(aq)
2 PO 4=
c
⋅
V
⋅
M
V ((H
(
H
PO
)
(
H
PO
)
(
H
PO
)
c HCl ⋅ Vv bodě
toku NaOH (molární
koncentrace
c = 0,1 mol·L
a objem
V
odečtený
z grafů
3
4
3
4
3
4
(
)
(
)
(
)
H
PO
H
PO
H
PO
–
4
3
4
HCl ⋅ M HCl
3 PO4 )PO
%
(OH)+ H
+3w(OH)
VV(H(3HH(H
⋅ 4ρ(H3 PO4 ) 3(HPO
4 ) (aq)
VO2(O
=2-4 ) (aq)w
3(aq)
POPO
)2 8585=
(H3 PO4 )-koncentraci
HCl )35% =
3 4 485)%
%)
85%
85%
⋅
ρ
(PO
)
+
H
+
(OH)
(HPO
ekvivalence)
lze
snadno
určit
přesnou
kyseliny
trihydrogenfosforečné.
w
⋅
ρ
–
4 3-(aq)
2
(H(3HPO
(H(3HPO
w( HCl )35% ⋅ ρ ( HCl )35%
4 2-(aq)
(aq)
4 )485%
4 )485%
)85%
)85%
3 PO
3 PO
(OH) (aq)
+ H 3 O +(aq)
2H
+H
2O(l) )
(HPO
c(PO⋅4V) (aq)⋅ M
2O
4
(aq) + (OH) (aq)
HCl
V ( HCl )35% = HCl HCl
w( HCl )35% v ⋅ ρ
0,1 ⋅ 0,1 ⋅ 97,996 roztoku
Dosazením jednotlivých
či )mL
2.% bodu ekvivalence lze
35
1,1⋅ 97
,996
V(H3 PO4 )85objemů
= 00,1,1⋅ 0⋅ 0,odměrného
, 632
mL ≈1.
0(,HCl
65
⋅ 97
,996==00, 632
%=
V
mL
≈≈00,65
mL
−
V
=
=
0
,
632
mL
,
65
mL
0
,
85
⋅
1
,
825
(H(3HPO
)
určit koncentraci oxoniového
kationtu
v bodu
ekvivalence.
4
PO
)
85
%
3
4 85%
( H 2 PO4 ) −
0, 85 ⋅ 1,825
K I 0=, 85 ⋅ 1,825
( H PO )
0,1⋅ 0,1⋅ 36, 45
K I = (H PO 2)− ⋅4 (OH )V− ( HCl ) =
= 0,89 mL ≈ 0, 9 mL
−
35 %
3 c 4 − ⋅V
–
–
0,35 ⋅1,17
( OH ))
( OH ) ) ⋅ (OH
H
PO
(
c + = =0,13 ⋅ 0,14⋅ 36, 452− = 0,89 mL ≈ 0,9 mL
n(H O +) = n(OH – )
c (OH – ) ⋅ V (OH – ) = c ( H O + ) ⋅ V ( H O + )
V ( HCl
( H) O )
V( H )O + )
35 % dpH
(1H⋅PO
1
4 2−
0,35
12,17
(
pT 1 =11 ( pK HA I +K pK
, 124 )+ 7, 21−) = 4,665
H
PO
(
II =HA II ) =11
−
)
(
pTpT1 1== 2((pK
+
pK
=
2
,
12
dV
)− =2 222 (42 , 12++7,721, 21))==44,665
pKHAHAI I + KpK
,665
II (OH
HA
IIHA=
II(H) PO ) − ⋅ (OH ) −
22
dpH
(
H 2:PO
OH ) V = 21,11 ml
(
11. derivace
1Vekv1.
Získaná data z grafu
4 ) = ⋅10,28 ml,
))=−==) 121(7((77, 21
pT =1 ( pK HA II + pKdV
, 21 + 12, 32 ) = ekv2.
9,765
III
(OH
)
pTpT2 22== 21((pK
3+
− +12
pKHAHAII II ++pK
pKHAHA
, 21
12, 32
, 32))==99,765
,765
III III
HA
22
2( PO )
K III =d 2 pH 2( PO44 )3−
−
c HCl ⋅ V2.HClderivace
⋅ M HClK III = 2 pH :2V−
= 10,37 ml,
Vekv2. = 20,97 ml
Získaná
z grafu
)−
(H−)PO 4 ) 2−ekv1.
⋅ (OH
V ( HCldata
dV2 (OH
)35% =
w( HCl )35% ⋅ ρ ( HCl )35% d pH
(H PO 4 ) ⋅ (OH )
2
dV(OH
Pro vlastní výpočet molární koncentrace
H3PO4 použijeme střední hodnoty objemu
−
)
spotřeby odměrného roztoku NaOH, a to v prvním i druhém bodu ekvivalence.
–
NaCl(aq) + H 2O(aq)
NaOHV–(a q) +=HC
l(a q)
V1.ekv = 10,325 ml,
21,04 ml.
2.ekv
0,1⋅ 0,1⋅ 36, 45 –
+0, 9 mL. 10-3 . 0,1
NaCl
NaOH
V ( HCl )35 % =
=(a q)0,+
89HC
≈q)10,325
(aq)O+ H 2-1O(aq)
(OH)
+mL
H l3(aO
. 10 mol . L-1
2 (l)
(aq)
-3 .
c(aq)
= 2H
1,03
. 10
0,35 ⋅1,17
0,1
(H3 PO4 ) = 10,325
-3
c–(H3 PO4 ) = + 10 . 10 -3
= 1,03 . 10-1 mol . L-1
(OH) (aq) + H 3 O (aq) 10 . 10
2H2O(l)
-3 .
.
21,04 10 0,1
c (H3 PO4 ) = 21,04 . 10-3 .-30,1 = 1,052 . 10-1 mol . L-1
c (H3 PO4 ) = 2 . 10 . 10 -3 = 1,052 . 10-1 mol . L-1
2 . 10 . 10
c ( OH – ) ⋅ V( OH – )
c + =
n(H O +) = n(OH – )
c (OH – ) ⋅ V (OH – ) = c ( H O + ) ⋅ V ( H O + )
(H O )
2. Příprava roztoků pro realizaci experimentu
c ( OH –V)( H ⋅OV+()OH – )
=
c
n(H O +) = navážky
n(OH – ) NaOH
c (OH – )(s)⋅ Vpro
= c H O + ) ⋅ odměrného
V (H O + )
přípravu
roztoku
NaOH(aq)
– Výpočet
+
(OH – )
(H O )
V(oH Okoncentraci
+
c (H3 PO4 ) ⋅ (V
)
(H3 PO4 ) ⋅ M(H3 PO4 )
0,1 mol·L-1 a objemu
250 ml.
V (H3 PO4 )85% = c (H3 PO4 ) ⋅ V(H3 PO4 ) ⋅ M(H3 PO4 )
w
⋅
ρ
. (H3 PO4.)85%
V (H3 PO4 )85% =mNaOH (=H3 PO
MNaOH
4 )85%
w cNaOH
⋅ VρNaOH
-
[[
3
3
3
[[
[[
3
[[
[[
[[
3
3
3
3
(H3 PO4 )85%
]]
]] [[
]]
]] [[
]]
]][[
3
3
3
]]
]]
]]
3
3
3
3
(H3 PO4 )85%
c HCl ⋅ V HCl ⋅ M HCl
0V,1( HCl
⋅ 0),351%⋅ 97
= ,996
V(H3 PO4 )85% = 0,1 ⋅ 0,1 ⋅ 97,w
= 0, 632 mL ≈ 0,65 mL
996
HCl )35% ⋅ ρ ( HCl )35%
⋅ V0HCl
⋅M
V(H3 PO4 )85% = 0, 85 ⋅ 1,825c(HCl
=
, 632
mLHCl≈ 0,65 mL
=
V (0HCl
, 85
)35%⋅ 1,825
w( HCl )35% ⋅ ρ ( HCl )35%
53
Chemie
úloha
[[ [ ] ] ]
[ [ [ ] [ ] [] [] ] ]
[(H[(PO
Odměrná analýza – acidobazická
Htitrace
PO) ]) ]
K K= =
[(H[(HPOPO) ]) ⋅][(⋅OH
[(OH) ]) ]
. 10 . 0,1
. 10 . 0,1
10,32510,325
Po dosazení:
]1,03mol
[(H PO
. 10. L mol . L
c ( ) c (= ) =K = 10 . 10[(=PO
1,03
))=.]10
K .=
=0,1 . 0,25 . 40 = 1g
10
m 10
PO ) ] ⋅ [(OH ) ]
[[((HH PO
) ]⋅[(OH ) ]
.
10 . 0,1
. 21,04
. 0,1
21,04
10NaOH
.je10doporučeno
c
=
= . 1,052
(pozn: Vzhledem k nežádoucím
reakcím
se
vzdušným
. L mol . L před stanovením
(
)
c( ) =
= 1,052
10COmol
PO ) ]
. 210. 10 [.(10
standardizovat odměrný roztok.) 2K . 10
=
– Výpočet V
, který je třeba odpipetovat
[(H POpro) ]přípravu
⋅[(OH ) ]roztoku o přibližné koncentra) 4 ) 3-(aq) + H 2O
( PO)−4(PO
(HPO 4 ) 2-(aq) +K(OH)
PO
(-(aq)
( H42 )PO
4
K III =
K I =III =
2
−
−
−
− )
− )
()H2−PO
⋅ (OH
4 ⋅ ()
(
H
PO
OH
(
⋅
)
)
H
PO
OH
(
4
3
4
I
6
− −
II
NaOHIII
-3
-3
-3
2
-3
H3 PO4
H3 PO4
− −
4 4
-3
H3 PO4
4 4
II
3 2
H3 PO4
− 2−
2
4
-3 4
4
−
2−
-3
-3
III
4
2−
3−
-1
−
−
3−
-1
2
-1 -1
-1
4
2−
(H3PO4)
-1
-1 -1
-1
−
4
ci 0,1 mol·L a objemu 100 ml.
10,325 . 10-3 . 0,1
c (H3 PO4 ) =
= 1,03
10-1 mol . L-1
⋅ M(H.3 PO
c⋅ (V.H3(10
-3 ⋅ V M
POPO
c
4 ) ) ⋅(H
3 PO
4 )PO )
4)
10
(
H
PO
)
H
(
H
3
4
3
4
3
4
H3 PO4 )85% =
V (H3 PO4 )85V%(=
w
⋅
ρ
w(H3 PO4 ) (⋅H3 ρ
PO4 )85%
(H3 PO4 )85%
85% -3 (H3 PO4 )85%
..10
.
21,04
-3 .0,1
-1
-1
. 10
= 10,325 10 -30,1 == 1,03
1,052
mol
-1
. 10
. L.-1L
3 PO4 ) =
Po dosazení
cc(H(3HPO
mol
..10 .-310
2
4)
1 ⋅ 0,996
,1 ⋅ 97,996
0,1 ⋅ 010
,10⋅,10
97
0, 632
≈ 0,65 mL
V(H3 PO4 )85V%(H=3 PO4 )85% =
= 0, 632=mL
≈ 0mL
,65 mL
0
,
85
0, 85 ⋅ 1,825 ⋅ 1,825
21,04 . 10-3 . 0,1
c (H3 PO4 ) =
= 1,052 . 10-1 mol . L-1
2 . 10 . 10-3
PO4) )silnou
má charakteristický tvar.
Interpretace Titrační křivka titrace vícesytné kyseliny
c (H3 PO4(H
⋅ M(H3 POzásadou
) ⋅ 3V(H3 PO
4
4)
= odpovídající
1.
a 2.
bodu
ekvivalence.
Typickým zna(H3 PO4 )85zlomu
titrační Výrazné jsou dva výraznéVbody
%
w H3 PO41) ⋅ ρ(1H3 PO4 )
1
1 =bodu
85% =
pK
+ (pK
27,,85%
12
+=7,421
= 4,665 technikami doekvivalence,
který
se
běžnými
titračními
křivky kem je absence posledního
HA
HA
pT 1 = pT 1pK
+
pK
=
2
,
12
+
21
,
665
I
II
HA
HA II
2I
2
2
ciluje jen velice obtížně.2 Lze velmi pěkně odečíst
hodnoty pH 1. i 2. bodu ekvivalence. Lze
c
⋅
V
⋅
1
1M(H3 PO4 ) ekvivalence vícesytných kyselin
H3 PO
1pro
4 pH
0(H,31PO
⋅40) ,=1HA
⋅ 1(97
,996
ověřit příslušné vztahy
hodnotu
=přibližnou
pK
=) =bodu
70,,21
12
32
= 9mL
,765
VV2(pK
=
HA IIHA+ pK
pT 2 = pT
+
pK
, 32+mL
= ,9≈
,765
H3 POHA
)
III 7 , 21 +
=
632
0,65
4
85
%
III
⋅ ρ(H23 PO4 12
2 (H3 PO24 II)85%
při acidobazických titracích.
H3 PO⋅41)2
)85%
0w,(85
,825
85%
(
(
)
(
(
)
()
()
(
(
)
)
)
)
pT1: pH v 1. bodě ekvivalence lze0spočítat
pKHAI a pKHAII.
,1 ⋅ 0,1 ⋅ 97za pomoci
,996
V(H3 PO4 )85% =
= 0, 632 mL
≈ 0,65 mL
0, 85 ⋅ 1,825
1
1
pT 1 = ( pK HA I + pKHA II ) = (2 , 12 + 7, 21 ) = 4,665
2
2
1
1
pT 2 = ( pK HA II + pKHA III ) = (7 , 21 + 12, 32 ) = 9,765
12
12
pT2: pH v 2. boděpTekvivalence
.
( pK HA Ilze+ spočítat
(2 , 12 + 7pK, 21HAII)=a pK
pKHA II ) =za pomoci
4,665
HAIII
1 =
2
2
1
1
pT 2 = ( pK HA II + pKHA III ) = (7 , 21 + 12, 32 ) = 9,765
2
2
Srovnáním s námi získanou titrační křivkou a hodnotami pH v 1. a 2. bodě ekvivalence
vidíme, že teoretické hodnoty přesně korespondují s body zlomu v titrační křivce, kterou
jsme získali při sběru dat.
Jednotlivé body ekvivalence nám umožňují jejich vizualizaci použitím acidobazických indikátorů s funkčními oblastmi při pH přibližně jako pT1 či pT2. Můžeme samostatně vizualizovat každý bod ekvivalence odpovídajícím acidobazickým indikátorem, nebo lze pracovat i s připraveným směsným indikátorem, při jehož použití lze vedle sebe identifikovat
oba body ekvivalence.
V neposlední řadě je velmi prospěšné srovnat průběh námi provedené titrace s titracemi
jiných vícesytných kyselin a povšimnout si rozdílů a shod, následně podat vysvětlení rozdílů v průběhu křivek. Zajímavé bude srovnání s titracemi (COOH)2 kyseliny šťavelové, a pro
zajímavost, H2SO4 kyseliny sírové.
54

Alkalimetrická titrace vícesytné kyseliny

Transkript

Podobné dokumenty

Protolytické (acidobazické, neutralizační) rovnováhy

VISKOFRIZ 100 G12+ Chladící kapalina červená