pracovní list studenta Acidobazické rovnováhy Odměrná analýza acidobazická titrace

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

pracovní list studenta Odměrná analýza – acidobazická titrace

úloha

6

Informace o nebezpečnosti použitých chemikálií H3PO4: H-věty H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí. R-věty R34 Způsobuje poleptání. S-věty S1/2 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-věty H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí. R-věty R35 Způsobuje těžké poleptání. S-věty S1/2 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 1 Do 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. 2 Sestavte aparaturu pro titraci (obr. 1 a 2). 3 Přes 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 4 Meniskus, vytvořený hladinou odměrného roztoku, nastavit na nulovou hodnotu odpuštěním přebytečného množství odměrného roztoku (obr. 3). 5 Do titrační baňky s analyzovaným roztokem kyseliny chlorovodíkové vložíme magnetické míchadlo. 6 Do 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. 7 pH 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). 8 Nyní 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)

pracovní list studenta Odměrná analýza – acidobazická titrace

Chemie úloha

6

obr. 4

obr. 5

9 S 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. 10 Po 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 Odměrná analýza – acidobazická titrace

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

Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace

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

Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace

1

Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření 1 I 1. derivace

0 0

10

20

30

40

Objem (ml)

51

Chemie


úloha

6

Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření I 2. derivace

1


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: Poslední měření I 2. derivace


-1 Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření I 2. derivace

0


10

20

30

40

Objem (ml)


1 Objem: 20,960290358 ml 2. derivace: 2,0645E+005 2. derivace: 0,0064096 2. derivace: 1,9928 2. derivace: -2,2939 2. derivace: -14,505 2. derivace: 0,0071042

2. derivace

Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření I 2. derivace Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření I 2. derivace

0



-1 Automaticky proložit křivku pro: Poslední měření I 2. derivace

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

informace pro učitele 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 informace pro učitele 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

pracovní list studenta Acidobazické rovnováhy Odměrná analýza acidobazická titrace

Recommend Documents