Výukové materiály
Název: Titrage conductimétrique Autor: RNDr. Markéta Bludská Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět, mezipředmětové vztahy: chemie a její aplikace, matematika, fyzika Ročník: 5. (3. ročník vyššího gymnázia, bilingvní sekce) Tématický celek: Analytická stanovení – titrace, acidobazické reakce, konduktometrie. Stručná anotace: Výukový materiál poskytuje žákům možnost ověřit informaci o složení z etikety komerčního produktu, za využití analytické metody konduktometrické titrace. Žáci titrují roztok „Destopu“, což je francouzský prostředek na čištění odpadu, obdoba českého „Krtka“. V průběhu acidobazické titrace měří vodivostním čidlem (Vernier) vodivost titrovaného roztoku. Na základě naměřených dat sestrojí graf závislosti vodivosti roztoku na jeho koncentraci a naučí se stanovit z grafu bod ekvivalence. Žáci pak přepočítávají získané hodnoty na veličiny z etikety, čímž si ověří v praxi význam převodů různých způsobů vyjádření koncentrace roztoku.
Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech ‒ inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Výukové materiály Teorie: Titrace je analytická kvantitativní metoda, která slouží k určení neznámé koncentrace jedné látky pomocí látky jiné, jejíž koncentraci známe. K tomu je třeba stanovit bod ekvivalence, k čemuž se používá více různých metod. V případě, že titrační reakce je acidobazická, lze použít měření pH-metrické, konduktometrické i kolorimetrické, v přítomnosti vhodného katalyzátoru. Možnost využití konduktometrie vychází z toho, že se v průběhu acidobazické reakce mění koncentrace přítomných iontů v roztoku, které jsou příčinou jeho vodivosti. Vodivost je navíc závislá nejen na koncentraci, ale i na typu iontu v roztoku. V případě titrace silné zásady silnou kyselinou, či naopak, je v bodě ekvivalence vodivost roztoku nejnižší, neboť reakcí vznikající voda proud nevede, a vodivost roztoku tedy ovlivňují pouze přítomné ionty, které se reakce vůbec neúčastní (ions observateurs). Z grafu závislosti vodivosti roztoku na objemu přidávaného titračního roztoku lze určit objem v bodě ekvivalence (Vekv) - v minimu křivky, a podle něj vypočítat koncentraci titrovaného roztoku v mol/l. Po přepočtu látkové koncentrace na hmotnostní procenta je možné porovnat výsledek určení koncentrace titrací s procentuálně vyjádřenou hmotnostní koncentrací uvedené na etiketě produktu. Pro ověření správnosti lze provést navíc kolorimetrickou titraci stejného roztoku, za použití vhodného indikátoru (bromthymolová modř). Výsledky obou typů titrací by měly být stejné. Klíčová slova: dosage destructif, titrage conductimétrique, point d’équivalence, concentration molaire, réactif titré, réactif titrant, burette, sonde du conductimètre, conductivité, dilution. Metodický pokyn pro učitele pro práci s VM: Žáci jsou napřed seznámeni se svým úkolem: mají ověřit správnost údaje o koncentraci komerčního produktu pro čištění odpadu. Žáci mají navrhovat způsoby, jak v laboratoři tuto hodnotu ověřit. Poté dostanou žáci pracovní listy pro konduktometrickou titraci. Je třeba nechat napřed žáky odvodit, proč může být pro tuto reakci použita právě konduktometrie. Žáci by měli postupně vydedukovat, jak se budou v průběhu titrace měnit v titrovaném roztoku koncentrace všech iontů, které ovlivňují vodivost. Své předpovědi o průběhu uvedou do pracovního listu. Měli by tedy už očekávat napřed postupný pokles a poté nástup vzrůstu vodivosti roztoku. Po ukončení měření vyhodnotí žáci výsledky graficky i výpočtem. Další aplikace, možnosti, rozšíření, zajímavosti…: Tuto acidobazickou titraci lze provést také pH-metricky, tj. za použití sondy pH, pomocí které se odečítají hodnoty pH v průběhu celé titrace. Opět by měla předcházet úvaha o tom, proč může být pro reakci daná metoda použita, a o možném průběhu titrační křivky, kterou měřením žáci obdrží. Podobným způsobem lze ověřit koncentrace z etiket dalších komerčních produktů, jako je ocet, víno, acylpirin, Savo… Pomůcky (seznam potřebného materiálu): Kádinka, byreta, malá nálevka, odměrná baňka, pipeta, magnetická míchačka, míchadélko, konduktometr a vodivostní čidlo. Odměrný roztok kyseliny chlorovodíkové, Destop (obsahující hydroxid sodný).
Pracovní list pro žáka
Titrage conductimétrique TP n°:………
Nom:…………………………………………… Classe:………….
Date:…………….
Objectif : Réaliser un dosage direct pour déterminer la concentration en soude caustique (hydroxyde de sodium) d’une solution commerciale de Destop ® avec un suivi conductimétrique puis à l’aide d’un indicateur coloré. 1. Dilution : Le produit commercial de concentration c0, dangereux, devrait être manipulé avec des lunettes et des gants. Il a donc déjà été dilué 25 fois pour conduire à la solution S1 de concentration c1. Calculer le volume V1 de solution S1 à prélever pour obtenir 100 mL de solution S2 de concentration c2 500 fois inférieure à c0 : ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Indiquer le matériel à utiliser : …………………………………………………………..…..., et effectuer la dilution. 2. Réaction acido-basique : La solution S2 contenant de l’hydroxyde de sodium NaOH est titrée par SA, une solution aqueuse de chlorure d’hydrogène HCl (acide chlorhydrique) de concentration cA = 0,100 mol.L-1. a) Ecrire les réactions de mise en solution de l’hydroxyde de sodium ………………................ et celle de mise en solution de l’acide chlorhydrique ……………………………...................... b) Quels sont les couples acide/base qui interviennent dans la réaction de titrage ? .......………..................... et ........................................... c) Ecrire les demi-équations associées à chacun de ces couples, ………………………………………………, ……………………………………..................... puis l’équation bilan de la réaction que vous reporterez dans le tableau d’avancement cidessous. …………………………………………………………………………………………………..
Etat du système
Avancement
Etat initial
0
Etat intermédiaire
x
Etat final
...………........ mol
+ ....………....... mol
→ .................... mol
xéquivalence
d) Montrer que la concentration en hydroxyde de sodium apporté par la solution S2 peut s’exprimer à l’équivalence par la relation c2 =
𝑐𝑐𝐴𝐴 × 𝑉𝑉é𝑞𝑞 𝑉𝑉2
: ……………………………..................................................................................
e) En déduire la concentration c0 du produit commercial en fonction de VAéquivalence : ……………………………………………………………………………………………........... 3. Suivi conductimétrique : a) Placer dans un bécher le barreau aimanté, adapter la sonde du conductimètre et verser la solution S2 contenant l’hydroxyde de sodium (ajouter l’eau de rinçage et éviter les gouttes sur les bords du bécher). Rincer la burette avec un peu d’acide (sans oublier de placer un bécher de sécurité en dessous), puis la remplir jusqu’à dépasser la division supérieure. Ajuster le niveau au zéro. Lors de ces opérations, les liquides sont récupérés dans un récipient poubelle. b) Voici les conductivités molaires ioniques mesurées à 25°C : λ(H3O+) = 34,97.10-3 S.m².mol-1, λ(Cl-) = 7,631.10-3 S.m².mol-1, λ(Na+) = 5,008.10-3 S.m².mol-1 et λ(HO-) = 19,8.10-3 S.m².mol-1.
Expliquer pourquoi et comment évolue la conductivité Ϭ (S/m) de la solution contenue dans le bécher, puis comment on repère le point d’équivalence. …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... c) Réaliser le dosage ainsi : Ajouter 1 mL de la solution SA, laisser tourner l’agitateur (à vitesse raisonnable pour éviter les éclaboussures) pendant une dizaine de secondes, arrêter l’agitation puis lire la valeur indiquée par le conductimètre et la reporter dans le tableau cidessous. V (mL)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Ϭ (……....) V (mL) Ϭ (……....)
d) Tracer la courbe Ϭ = f(V) sur le papier millimétré au verso, en choisissant la meilleure échelle possible. Déterminer sur le graphique le point d’équivalence et reporter la valeur ici : VAéquivalence = ……. mL. Calculer c0, la concentration molaire de la solution commerciale. Votre résultat correspond-il à ce qui est écrit sur l’étiquette ( ρ = 1,2 kg.L-1 et 20% de soude caustique)? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 4. Colorimétrie : S’il reste entre assez de temps, recommencer le dosage en présence de quelques gouttes de bleu de bromothymol. L’équivalence est obtenue pour VAéquivalence2 = …..…. mL.
