Martin Isoz 11. ˇr´ıjna 2010
´ ME ˇ REN ˇ ´I pH POTENCIOMETRICKE
6.sk 301, FCHT
Z´ apis o rozboru 1
Princip metody
Tato laboratorn´ı pr´ ace byla rozdˇelena na tˇri ˇc´ asti.V prvn´ı bylo u ´kolem stanovit s pomoc´ı potenciometrick´e titrace hmotnost kyseliny fosforeˇcn´e a dihydrogenfosforeˇcnanu draseln´eho v nezn´am´em vzorku. Ve druh´e bylo zmˇeˇriti pH nezn´ am´eho vzorku a ve tˇret´ı dle pˇriloˇzen´e tabulky pˇripraviti Britton-Robins˚ uv tlumiˇc a urˇcit jeho zˇred’ovac´ı faktor a pufraˇcn´ı kapacitu. Potenciometrick´e metody obecnˇe jsou zaloˇzeny na mˇeˇren´ı zmˇeny napˇet´ı v z´avislosti na mˇeˇren´e veliˇcinˇe. Jelikoˇz je ∆E sklenˇen´e ISE z´ avisl´e na pH roztoku, lze pomoc´ı kombinovan´e sklenˇen´e ISE sestrojit z´avislost pH na pˇrid´ avan´em titraˇcn´ım ˇcinidle. Grafick´ ym zn´ azornˇen´ım z´ avislosti elektromotorick´eho napˇet´ı ˇcl´anku na pˇridan´em objemu titraˇcn´ıho ˇcinidla je titraˇcn´ı kˇrivka, kter´ a m´ıv´ a obvykle typick´ y esovit´ y tvar.
´ Ukoly
2
1. Proved’te kalibraci pH-metru. 2. Pˇripravte roztok NaOH o c = 0, 2 moll−1 a stanovte jeho titr. 3. Stanovte hmotnost kyseliny fosforeˇcn´e a dihydrogenfosforeˇcnanu draseln´eho ve vzorku A. 4. Zmˇeˇrte pH vzorku B. 5. Pˇripravte Britton˚ uv-Robinson˚ uv tlumiˇc o dan´em pH a zmˇeˇrte skuteˇcnou hodnotu pH tlumiˇce. 6. Urˇcete zˇred’ovac´ı faktor a pufraˇcn´ı kapacitu pˇripraven´eho Britton-Robinsonova pufru. 7. Zpracujte v´ ysledky.
3 3.1
Namˇ eˇ ren´ a data pH vzorku 21b
U vzorku 21b bylo po kalibraci pH-metru zmˇeˇreno pH = 6, 584.
3.2
Stanoven´ı titru NaOH
Abychom zjistili pˇresnou koncentraci pˇripraven´eho roztoku NaOH, titrovali jsme j´ım roztok kyseliny ˇst’avelov´e o pˇresnˇe zn´ am´em obsahu t´eto kyseliny. Mˇeˇren´ı bylo provedeno tˇrikr´at, jednou orientaˇcnˇe a dvakr´at se zamˇeˇren´ım na pˇresn´e urˇcen´ı bodu ekvivalence. Jako titr byl nakonec vzat pr˚ umˇer z koneˇcn´ ych dvou mˇeˇren´ı. nav´ aˇ zka H2 C2 O4 - vzor mH2 C2 O4 = 0, 3053 g
1
Martin Isoz 11. ˇr´ıjna 2010
6.sk 301, FCHT
´ ME ˇ REN ˇ ´I pH POTENCIOMETRICKE
titraˇ cn´ı kˇ rivka:
Obr´ azek 1: titraˇcn´ı kˇrivka H2 C2 O4 − NaOH
tabulka hodnot dopoˇ cten´ ych z titr. kˇ rivky: Objem ˇ cinidla V [ml] 21,0 21,2 21,4 21,6 21,8 22,0 22,2 22,4 22,6 22,8 23,0
∆V [ml] 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
pH
∆1 pH
∆2 pH
4,745 4,826 4,921 5,029 5,210 5,508 5,852 9,198 10,742 10,963 11,220
0,081 0,095 0,108 0,181 0,298 0,344 3,346 1,544 0,221 0,257
0,014 0,013 0,073 0,117 0,046 3,002 -1,802 -1,32300 -0,036 -
Tabulka 1: hodnoty dopoˇcten´e z titraˇcn´ı kˇrivky H2 C2 O4 − NaOH
2
Martin Isoz 11. ˇr´ıjna 2010
´ ME ˇ REN ˇ ´I pH POTENCIOMETRICKE
6.sk 301, FCHT
urˇ cen´ı Vx : Vx = Vn + ∆Vn ·
∆2 pHn ∆2 pHn −∆2 pHn+1
= 22, 325 ml
dopoˇ cten´ı cNaOH : cNaOH = 2 ·
m H 2 C 2 O4 MH2 C2 O4 ·Vx
= 0, 2170 moll−1 .
T´ımto zp˚ usobem byla dopoˇctena koncetrace titru i pro druh´e mˇeˇren´ı a tyto byly n´aslednˇe zpr˚ umˇerov´any. V´ ysledn´ a koncetrace NaOH se kterou se d´ ale poˇc´ıt´ a je: cNaOH =
3.3
0,2170+0,2172 2
= 0, 2171 moll−1
Stanoven´ı hmotnosti H3 PO4 a KH2 PO4 ve vzorku 21a
Abychom zjistili hmotnost kyseliny fosforeˇcn´e a dihydrogenfosforeˇcnanu draseln´eho ve vzorku, titrovali jsme alikvotn´ı pod´ıl vzorku roztokem NaOH o pˇresnˇe zn´ am´e koncetraci. N´aslednˇe jsme dopoˇcetli hodnoty objem˚ u spotˇrebovan´eho NaOH v bodech ekvivalence a hledan´e hmotnosti. titraˇ cn´ı kˇ rivka:
Obr´ azek 2: titraˇcn´ı kˇrivka H3 PO4 /KH2 PO4 − NaOH
3
Martin Isoz 11. ˇr´ıjna 2010
6.sk 301, FCHT
´ ME ˇ REN ˇ ´I pH POTENCIOMETRICKE
tabulka hodnot dopoˇ cten´ ych z titr. kˇ rivky: Objem ˇ cinidla V [ml] 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6
∆V [ml] 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
pH
∆1 pH
∆2 pH
3,080 3,154 3,233 3,368 3,545 3,745 4,113 4,727 5,133 5,433 5,545 5,680 5,783
0,074 0,079 0,135 0,177 0,200 0,368 0,614 0,406 0,300 0,212 0,135 0,103
0,005 0,056 0,042 0,023 0,168 0,246 -0,208 -0,106 -0,088 -0,077 -0,022 -
Tabulka 2: hodnoty dopoˇcten´e z titraˇcn´ı kˇrivky H3 PO4 /KH2 PO4 − NaOH - 1. infl. bod
Objem ˇ cinidla V [ml] 20,6 20,8 21,0 21,2 21,4 21,6 21,8 22,0 22,2 22,4
∆V [ml] 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
pH
∆1 pH
∆2 pH
8,130 8,228 8,365 8,556 8,884 9,372 10,032 10,246 10,445 10,603
0,098 0,137 0,191 0,328 0,488 0,660 0,214 0,199 0,158
0,039 0,054 0,137 0,160 0,172 -0,446 -0,015 -0,041 -
Tabulka 3: hodnoty dopoˇcten´e z titraˇcn´ı kˇrivky H3 PO4 /KH2 PO4 − NaOH - 2. infl. bod
urˇ cen´ı V1 , Vc a V2 - vzor: V1 = Vn + ∆Vn ·
∆2 pHn ∆2 pHn −∆2 pHn+1
Vc = Vm + ∆Vm ·
= 5, 508 ml
∆2 pHm ∆2 pHm −∆2 pHm+1
= 21, 656 ml , m > n
V2 = Vc − 2 · V1 = 21, 656 − 2 · 5, 508 = 10, 640 ml
4
Martin Isoz 11. ˇr´ıjna 2010
´ ME ˇ REN ˇ ´I pH POTENCIOMETRICKE
6.sk 301, FCHT
dopoˇ cten´ı hmotnosti H3 PO4 a KH2 PO4 ve vzorku 21a - vzor: mH3 PO4 = cNaOH · V1 ·
Vv z Valikv
· MH3 PO4 = 0, 2171 · 5, 508 · 10−3 ·
Vv z Valikv
mKH2 PO4 = cNaOH · V2 ·
100 25
· MKH2 PO4 = 0, 2171 · 10, 640 · 10−3 ·
· 98, 00 = 0, 4690 g 100 25
· 136, 09 = 1, 2580 g
v´ ypoˇ cer pr˚ umˇ eru namˇ eˇ ren´ ych hmotnost´ı H3 PO4 a KH2 PO4 ve vzorku 21a: mH3 PO4 =
0,4690+0,4639 2
mKH2 PO4 =
3.4
= 0, 4664 g ≈ 0, 47 g
1,2580+1,2686 2
= 1, 2633 g ≈ 1, 27 g
Pˇ r´ıprava Britton-Robinsonova tlumiˇ ce o dan´ em pH
stanoven´ı objemu NaOH k pˇ r´ıpravˇ e tlumiˇ ce: VNaOH =
cid cNaOH
· Vid =
0,2 0,2171
· 10 = 9, 212 ml
stanoven´ı vlastnost´ı tlumiˇ ce tlumiˇ ce: pH: pHpufr = 3, 705 zˇ red’ovac´ı faktor: pHpufr,zred − pHpufr = 3, 736 − 3, 705 = 0, 0311 pufraˇ cn´ı kapacita zˇ red’. pufru:
4
β=
cNaOH ·VNaOH Vpufr
=
0,2131·2 50
= 8, 5 · 10−3
Z´ avˇ er
Bˇehem pr´ ace byl kalibrov´ an pH metr a namˇeˇreno pH vzorku 21b rovno 6,584. N´aslednˇe byl potenciometrickou titrac´ı s vyuˇzit´ım sklenˇen´e ISE urˇcen titr pˇripraven´eho roztoku NaOH, cNaOH = 0, 2171 moll−1 . S vyuˇzit´ım t´eto znalosti byl zjiˇstˇen obsah H3 PO4 a KH2 PO4 , mH3 PO4 = 0, 47 g a mKH2 PO4 = 1, 27 g. Nakonec byl pˇripraven roztok BrittonRobinsonova tlumiˇce o pH = 3,705, u kter´eho byl urˇcen zˇred’ovac´ı faktor roven 0,031. U takto zˇred’en´eho roztoku byla n´ aslednˇe urˇcena pufraˇcn´ı kapacita β = 8, 5 · 10−3 . V´ ypoˇcty byly prov´ adˇeny a grafy sestrojov´ any s vyuˇzit´ım v´ ypoˇcetn´ıho prostˇred´ı MATLAB. K protokolu je pˇriloˇzen html soubor (k otevˇren´ı v internetov´em prohl´ıˇzeˇci) s n´azornou uk´azkou v´ ypoˇctu.
1 roztok
pufru byl zˇredˇ en destilovanou vodou v pomˇ eru 1:1
5
