Oldatkészítés, pH- és sűrűségmérés A laboratóriumi gyakorlat során elvégzendő feladat: Oldatok hígítása, adott pH-jú pufferoldat készítése és vizsgálata, valamint egy oldat sűrűségének mérése. Felkészülés a laboratóriumi gyakorlatra: Általános kémia és Általános kémia gyakorlat tárgyak alábbi témakörei: o oldatok koncentrációja, o erős és gyenge savak és bázisok pH-ja, o hidrolizáló sók oldatainak pH-ja, o pufferoldatok pH-ja és a pufferkapacitás fogalma, o indikátorok Általános kémiai laboratóriumi gyakorlatok elektronikus jegyzet: 3.5. Tömegmérés, 3.6. Folyadékok térfogatának mérése, oldatkészítés. 1. feladat A gyakorlatvezető által megadott lúgos pH-jú oldat készítése adott koncentrációjú oldat hígításával. Az előkészített bürettában 1,0 mol/dm3 koncentrációjú ammóniaoldat található. 1. Állapítsa meg az oktató által megadott pH-jú oldat bemérési koncentrációját! Kb(NH3) = 1,78 · 10−5. 2. Számítsa ki, hogy mekkora térfogatú 1,0 mol/dm3 koncentrációjú oldat hígításával készíthető 100,0 cm3 térfogatú adott pH-jú oldat! 3. Egy tiszta, 100,0 cm3 térfogatú mérőlombikba mérje ki büretta segítségével a 2. pontban kiszámított térfogatú oldatmennyiséget (0,1 cm3 pontossággal)! 4. Töltse jelre a mérőlombikot desztillált vízzel, és homogenizálja az oldatot! 5. Oktatója segítségével mérje meg az oldat kis részletének pH-ját! 6. Mérőhenger segítségével mérjen ki három kémcsőbe 10 – 10 cm3 térfogatú részleteket, melyeket az oktató útmutatásával vizsgálja indikátoroldatok segítségével! A kémcsövekre alkoholos filctollal írja fel az oldatok pH-ját! 7. A mérés befejeztével mosogassa el a használt eszközöket!
2. feladat A gyakorlatvezető által megadott savas pH-jú puffer-oldat készítése. A savas pH-jú puffer-oldatot ecetsav és nátrium-acetát segítségével állítjuk elő. Ehhez az előkészített bürettában 1,0 mol/dm3 koncentrációjú ecetsavoldat található, valamint szilárd nátrium-acetát (CH3COONa · 3H2O, M = 136,1 g/mol) is rendelkezésre áll. Savas pH-jú puffer-oldat készítése: 1. 100,0 cm3 össztérfogatú puffer-oldatot kell készítenie ecetsavból és nátrium-acetátból. 10,0 cm3 térfogatú 1,0 mol/dm3 koncentrációjú ecetsavoldatból indul ki, ehhez a mennyiséghez számítsa ki az oktató által megadott pH-jú puffer-oldat elkészítéséhez szükséges kristályos nátrium-acetát tömegét. Ks(CH3COOH) = 1,75 · 10−5 2. Egy tiszta, 100,0 cm3 térfogatú mérőlombikba büretta segítségével mérjen ki az 1,0 mol/dm3 koncentrációjú ecetsavoldatból 10,0 cm3 térfogatú részletet! 3. Analitikai mérlegen bemérőcsónak segítségével mérje ki a 2. pontban kiszámított tömegű nátrium-acetát mennyiségét! 4. A 3. pontban kimért nátrium-acetát mennyiséget mossa át a mérőlombikba veszteség nélkül! 5. Töltse jelre a mérőlombikban az oldatot desztillált vízzel és homogenizálja az elegyet!
6. Oktatója segítségével mérje meg az oldat kis részletének pH-ját! 3. feladat A 2. feladatban elkészített pufferoldatot pufferkapacitását vizsgáljuk meg. Ecetsav/nátrium-acetát pufferoldat vizsgálata Négy kémcsőben készítsük el az alábbi oldatokat! Az oldatok kiméréséhez használjon 10 cm3-es mérőhengert! 1. kémcső
a 2. feladatban elkészített ecetsav/nátrium-acetát puffer 10 cm3-e + 1–2 csepp metilnarancs
2. kémcső
10 cm3 desztillált víz + 1–2 csepp metilnarancs
3. kémcső
a 2. feladatban elkészített ecetsav/nátrium-acetát puffer 10 cm3-e + 3 csepp fenolftalein
4. kémcső
10,00 cm3 desztillált víz + 3 csepp fenolftalein
1. Bürettából adagoljon az 1. és 2. kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm3 koncentrációjú sósavoldatot, míg az indikátor savas kémhatást nem mutat. (A metilnarancs savas tartományban vörös, lúgos tartományban sárga színt mutató indikátor, átmeneti színe narancssárga, hagymaszínű, átcsapási tartománya pH: 3,5– 5,0). Jegyezzük fel a két esetben felhasznált sósavoldat mennyiségét! 2. Bürettából adagoljon a 3. és 4. kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldatot, amíg az indikátor bázikus kémhatást nem mutat. (A fenolftalein savas közegben színtelen, lúgos közegben ibolyásvörös, átcsapási tartománya 8,2–10,0). Jegyezzük fel a két esetben felhasznált nátriumhidroxid-oldat mennyiségét! 4. feladat A gyakorlatvezető által megadott koncentrációjú oldat sűrűségének meghatározása piknométer segítségével. A piknométer az alábbi ábrán látható:
A piknométer kis saját tömegű, lombikra emlékeztető szűk nyakú edény, mely három részből áll: az edény alsó, hasas részének kívül és belül csiszolattal ellátott nyílása van. Az edény nyaka vastag falú, szűk belső átmérőjű kapilláriscső, melyen körkörös szintjel található. A
szintjel alatti térfogatrészbe egy adott térfogatú folyadékmennyiség tölthető. A kis belső átmérő növeli a leolvasásnak és a folyadékszint beállításának a pontosságát. Mivel a vékony kapillárison keresztül a folyadékot nem tudjuk a lombikba tölteni, a kapillárist a folyadék betöltése után helyezzük a lombik tetején található csiszolatos nyílásba. A folyadék párolgásának csökkentése érdekében csiszolatos kupakkal látjuk el a lombikot. A mérés menete: 1. Az oktató által megadott móltörtű vizes oldat 50,00 grammnyi mennyiségét kell elkészítenie. Az ismeretlen oldott anyag moláris tömegét vegye 44,0 g/mol-nak, a vízét pedig 18,0 g/mol-nak. Számítsa ki az 50,00 gramm oldat elkészítéséhez szükséges oldatott anyag és oldószer tömegét! 2. Helyezzen egy tiszta és száraz 200 – 250 cm3 térfogatú főzőpoharat a táramérlegre, és tárázza le! A számított mennyiségű szilárd anyagot két tized gramm pontossággal mérje be a főzőpohárba! 3. Tárázza le ismét a mérleget és mérje a főzőpohárba a víz számított mennyiségét! A desztillált víz adagolását végezze mosópalackból vagy más alkalmas edényből közvetlenül a szilárd anyagot tartalmazó főzőpohárba! Figyelem! A desztillált vizet is két tized gramm pontossággal kell kimérni! A pontos bemérés érdekében az utolsó 1–2 gramm vizet óvatosan, lehetőleg cseppenként adagolja (ehhez használhat például Pasteur-pipettát)! 4. A szilárd anyag oldódását segítse kevergetéssel, majd az üvegbottal homogenizálja az ismeretlen sűrűségű, ismert móltörtű oldatot! 5. Határozza meg az oldat sűrűségét piknométer segítségével! A mérés során légtermosztálást alkalmazunk, ezért jegyezze fel a labor hőmérsékletét! A piknométeres sűrűségmérés lépései: 1. Mérje meg az üres piknométer tömegét a kupakkal és a kapillárissal együtt! ⇒ mpiknométer 2. Tölcsér segítségével töltse fel a piknométer lombikját buborékmentesen a 4. pontban elkészített oldattal! Mivel a folyadékok hőtágulása jelentős lehet, ne tegye ki a piknométert hőhatásnak (például ne tartsa huzamosabb ideig a kezében a piknométert)! 3. Helyezze a kapillárist a piknométer lombikjába, ekkor a felesleges víz a kapillárison keresztül távozik. Vigyázzon, hogy ne keletkezzen légbuborék, mert az meghamisítja a mérést! Állítsa jelre a folyadék meniszkuszát, ehhez például kis szűrőpapír-darabkát használhat. 4. Mérje le az összeállított piknométer és az oldat együttes tömegét (ne felejtkezzen el a kupakról)! ⇒ mpiknométer + oldat 5. Öntse ki az oldatot a piknométerből, és öblítse ki többször desztillált vízzel a piknométert és a kapillárist is! 6. A piknométer térfogatát egy második mérés során desztillált vízzel tudja meghatározni a fentiekkel teljesen azonos módon. ⇒ mpiknométer + deszt.víz Jegyzőkönyvben beadandó ábrák, számítások: 1. A mérőlombik és a büretta rajza, jelölve a jelre állított folyadék meniszkuszát. 2. Az 1. és 2. feladat számításainak eredménye. 3. A 3. feladat megfigyelései és értelmezése. 4. A piknométer ábrája. 5. Az ismert móltörtű oldat sűrűségének számítása. Az oldat tömege: moldat = mpiknométer + oldat − mpiknométer
Az adott hőmérsékletű desztillált víz sűrűségét a megadott táblázatból lineáris interpolációval számítsa! A desztillált víz sűrűségének segítségével meghatározható a piknométer belső térfogata: a második mérésnél a desztillált víz tömege: mdeszt.víz = mpiknométer + deszt.víz − mpiknométer Az oldat tömegének és a piknométer belső térfogatának (azaz az oldat térfogatának) hányadosaként meghatározható az oldat sűrűsége. Megjegyzés: a feladat során tulajdonképpen relatív sűrűséget határozunk meg, a piknométer térfogatát valójában szükségtelen meghatározni. Mivel a piknométer belső térfogata állandó: V = moldat / doldat = mdeszt.víz / ddeszt.víz Ebből meghatározható az oldat sűrűsége: doldat = moldat / mdeszt.víz · ddeszt.víz
6. A 4. feladatban vizsgált oldat alábbi koncentrációfajtáinak kiszámítása: a. tömegtört, b. molaritás, c. molalitás.
Oldatkészítés, pH- és sűrűségmérés Mérési adatlap Név: Laborasztal száma: Dátum: 1. feladat: Az oktató által megadott pH: …………. A fenti pH-jú oldat bemérési koncentrációjának kiszámítása:
A szükséges 1,0 mol/dm3 koncentrációjú oldat térfogata: ………………cm3 Az oldat mért pH-ja: …………. 2. feladat: Az oktató által megadott pH: …………. A fenti pH-jú oldathoz szükséges nátrium-acetát vagy ammónium-klorid tömegének számítása:
A szükséges szilárd nátrium-acetát vagy ammónium-klorid tömege: ……………………g Az oldat mért pH-ja: …………. 3. feladat: Vizsgált indikátorok és átcsapási tartományaik: Indikátor neve
Átcsapási tartomány
Szín savas közegben
Szín lúgos közegben
Az indikátor átcsapásához szükséges HCl-, illetve NaOH-oldatok térfogata: Metilnarancs indikátor
Fenolftalein/timolftalein indikátor
1. kémcső 2. kémcső 3. kémcső 4. kémcső Megfigyelések:
4. feladat: Az elkészítendő oldat móltörtje: ………………………… Számítások:
Számított bemérések: Oldott anyag: …………………………g Desztillált víz: ...………………………g A labor hőmérséklete: …………………oC mpiknométer: ……….……………………...g mpiknométer + oldat: …………………………g mpiknométer + deszt.víz: ………………………g ……………………. mérésvezető aláírása
