Syre-base titreringer

Transkript

1 Syre-base titreringer Titrering: Er en analytisk metode til bestemmelse af mængden af et stof (A) i et kendt volumen af en opløsning. Metode: Et kendt volumen af opløsningen der indeholder A udtages. En opløsning, der indeholder et stof (B) i kendt koncentration, og som vil reagere med A, tilsættes løbende til ækvivalenspunktet er nået. Ækvivalenspunktet er det punkt, hvor der er tilsat en ækvivalent mængde af stof B i forhold til stof A. Ækvivalente mængder er mængder, der passer sammen i forhold til reaktionsskemaets koefficienter. Hvis forholdet mellem koefficienterne for A og B i reaktionsskemaet er 1:2 A + 2B C + 2D skal der for at nå ækvivalenspunktet tilsættes dobbelt så mange mol B, som der oprindeligt var af stoffet A, til opløsningen. For at kunne finde ækvivalenspunktet tilsættes en indikator, før titreringen starter. En indikator er et stof, der ændrer farve ved ækvivalenspunktet, og derfor gør det muligt at vide, hvornår ækvivalenspunktet er nået, og titreringen skal stoppes. Når ækvivalenspunktet er nået, aflæses volumen at den tilsatte opløsning (B) og ud fra volumen og koncentration af opløsning (B) og reaktionsskemaet for reaktionen mellem A og B kan mængden af A findes. n(b) = C(B) V(B) n(a) findes ud fra n(b) og koefficienterne i reaktionsskemaet. Mængden af A kan nu udregnes i mol/l, masse% eller en anden mængdeangivelse. Fældningstitrering: Syre-basetitrering: Reaktionen mellem A og B er en fældningsreaktion (der dannes bundfald). Eks: Reaktionen mellem NaCl og AgNO 3 i øvelsen Bestemmelse af saltindholdet i havvand (Basiskemi C s ). Reaktionen mellem A og B er en syre-basereaktion. Eks: Reaktionen mellem eddikesyre og natriumhydroxid i øvelsen Bestemmelse af eddikesyreindholdet i husholdningseddike eller mellem citronsyre og natriumhydroxid i øvelsen Bestemmelse af citronsyreindholdet i citroner og appelsiner. Kolorimetrisk titrering: Ækvivalenspunktet bestemmes ved tilsætning af en indikator, der skifter farve ved ækvivalenspunktet. Eks: Øvelsen Bestemmelse af saltindhold i havvand eller Bestemmelse af hydrogenperoxid i hårfarvemiddel. Potentiometrisk titrering: Syre-basetitrering, hvor ph-værdien i opløsningen følges, som funktion af tilsat mængde af opløsning (B). Ved en potentiometrisk titrering findes ækvivalenspunktet ved at tegne en graf over ph-værdien som funktion af tilsat volumen. Ækvivalenspunktet findes som det stejleste sted på kurven. Eks: Øvelse Bestemmelse af eddikesyreindholdet i husholdningseddike. 1 af 11

2 Titrering af en stærk syre med en stærk base Herunder ses titrerkurven for titrering af 10 ml saltsyreopløsning med 0,10 M natriumhydroxid. a) Find ækvivalenspunktet på kurven og angiv ph-værdien i ækvivalenspunktet og tilsat volumen NaOH-opløsning. b) Opskriv et reaktionsskema for reaktionen mellem syren og basen. I kan nøjes med at se på ionerne, der befinder sig i opløsning. Hvad sker der, hvis saltet NaOH opløses i vand og hvilke produkter kommer ud af reaktionen mellem HCl og vand. c) Forklar, hvorfor opløsningen har netop den angivne ph-værdi i ækvivalenspunktet. Hvilke produkter er der i ækvivalenspunktet? Hvad er deres ph-værdi? d) Beregn saltsyreopløsningens oprindelige koncentration. 1. Beregn stofmængden af NaOH 2. Bestem stofmængden af HCl 3. Beregn koncentrationen af HCl. 14 Titrerkurve Titrering af 10mL saltsyreopløsning med 0,10M NaOH ph-værdi Volumen af tilsat mængde NaOH i ml e) Beregn ph-værdien af saltsyre-opløsningen inden tilsætning af base. ph-beregning for en stærk syre. 2 af 11

3 f) Lav et før/efter skema med antal mol syre og base og beregn ph i opløsningen efter tilsætning af 4mL NaOH. Brug før og efter skemaet til at beregne hvor stor koncentrationen af oxoniumioner er. g) Beregn poh-værdien efter tilsætning af 10 ml NaOH.(Hint: lav før/efter skema) Brug før og efter skemaet til at beregne hvor stor koncentrationen af hydroxid er. h) Beregn ph-værdien efter tilsætning af 10 ml NaOH. Husk sammenhængen mellem ph og poh (14) 3 af 11

4 Titrering af en svag syre med en stærk base Herunder ses titrerkurven for titrering af 25 ml eddikesyre med 0,10 M natriumhydroxid. a) Find ækvivalenspunktet på kurven og angiv ph-værdien i ækvivalenspunktet og tilsat volumen NaOH-opløsning. b) Opskriv et reaktionsskema for reaktionen mellem syren og basen. c) Forklar, hvorfor opløsningen har en ph-værdi der ligger over 7 i ækvivalenspunktet. d) Beregn eddikesyreopløsningens oprindelige koncentration Titrerkurve Titrering af 25mL eddikesyreopløsning med 0,10M NaOH ph-værdi Volumen af tilsat mængde NaOH i ml 4 af 11

5 e) Beregn ph-værdien af eddikesyre-opløsningen inden tilsætning af base. f) Lav et før/efter skema med antal mol syre og base og beregn ph-værdien i opløsningen efter tilsætning af halvdelen af den mængde NaOH der er tilsat ved ækvivalenspunktet. g) Kommenter resultatet ovenfor. 5 af 11

6 Opgaver om titrering 1) Hvis man titrerer en svag syre kan man finde syrens pk S ved at aflæse ph ved halvækvivalenspunktet Forklar hvorfor man kan gøre det? Hint ph før ækvivalenspunktet kan beregnes ved at bruge puffer-ligningen "# $ "% & '()* +,-./01 +,/2301 2) Vurder om de følgene titrerkurver titrerer på en syre eller base, og om den er svag eller stærk: Hvilken ph-værdi har grafen til at starte med? Svarer det til en base eller syre? Hvilken phværdi er der i ækvivalenspunktet? a) b) Volumen Lav opgave 69 i Basiskemi B (s 109) Lav opgave 70 i Basiskemi B (s 111) Lav opgave 71 i Basiskemi B (s 112) Lav opgaverne i Basiskemi B (s 114) 6 af 11

7 Oxalsyre Oxalsyre, H 2 C 2 O 4, er en dihydron (divalent) syre, der findes i små mængder i en del planter, blandt andet rabarber og spinat. pks 1 = 1,27 og pks 2 = 4,27 a) Opskriv reaktionsskemaerne for oxalsyre i vandig opløsning. Figur 1. Oxalsyre b) Opskriv ligevægtsloven og anfør de tilhørende syrestyrkekonstanter, Ks 1 og Ks 2. c) Beregn ph i 0,100 M oxalsyre. d) Beregn hydronolysegraden (dissociationsgraden) i 0,100 M oxalsyre. 25,0 ml 0,100 M oxalsyre blandes med 40,0 ml 0,100 M natriumhydroxid. e) Opskriv reaktionsskemaerne for reaktionen mellem oxalsyre og natriumhydroxid. f) Beregn ph i blandingen 7 af 11

8 For at måle oxalsyreindholdet i nogle rabarber udføres følgende eksperiment: 70,0 g rabarber afvejes og findeles. Oxalsyren udtrækkes fra rabarberne, således at det samlede indhold af oxalsyre ender i en vandig opløsning, hvis rumfang er 100 ml. For at måle oxalsyrekoncentrationen i opløsningen udtages 10,0 ml, som titreres potentiometrisk med 0,100 M natriumhydroxid. Figuren viser titrerkurven. g) Redegør kort for kurvens udseende, idet værdierne af de to syrestyrkekonstanter inddrages i forklaringen. h) Beregn indholdet af oxalsyre - i masseprocent - i rabarberne. Figur 2. Titrerkurven af oxalsyren udtrækkes fra rabarber titreret med 0,100M NaOH. Kilde Aurum 2 8 af 11

9 Facit Saltsyre a) ph =7 8,0mL NaOH-opløsning. b) HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) eller HCl(aq) + H 2 O(l) Cl - (aq) + H 3 O + (aq) NaOH(aq) Na + (aq) + OH - (aq) H 3 O + (aq) + OH - (aq) 2 H 2 O(l) c) ph = 7 da opløningen i ækvivalenspunktet består af vand (ph = 7) og chloridioner og natriumioner som ikke har nogen nævneværdige syre-base egenskaber. d) c(hcl)= 0,080M e) ph = 1,1 f) ph = 1,54 g) poh = 2 h) ph = 12 Eddikesyre a) 25mL NaOH-opløsning, ph = ca. 9. b) CH 3 COOH(aq) + NaOH(aq) CH 3 COONa(aq) + H 2 O(l) eller CH 3 COOH(aq) + OH - (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l) c) Ved ækvivalenspunktet indeholder opløsningen vand, natriumioner og acetationer. Da acetationen er en svag base vil phværdien i opløsningen være over 7. d) c(ch 3 COOH) = 0,10M e) ph = 2,88. f) ph = 4,76 g) Ved halvækvivalenspunktet(halvdelen af den ækvivalente mængde base er tilsat) vil halvdelen af syren være omdannet til den korresponderende base. Det drejer sig om en svag syre og dens korresponderende base, altså en pufferopløsning. Ifølge pufferligningen er ph lig med pks når mængden af syre er lig mængden af den korresponderende base. Opgaver om titrering 2) Vurdering af titrerkurver a. Kurven starter ved ph under 7, så det er en syre. ph er 7 i ækvivalenspunktet, så det er en stærk syre. b. Kurven starter ved ph over 7, så det er en base. ph er 7 i ækvivalenspunktet, så det er en stærk base. 9 af 11

10 Facit Oxalsyre a) H 2 C 2 O 4 (aq) + H 2 O(l) HC 2 O 4 - (aq) + H 3 O + (aq) HC 2 O 4 - (aq) + H 2 O(l) C 2 O 4 2- (aq) + H 3 O + (aq) b) : ; < : A B C : ; D $% EF?8 9: ; 9< B?7@ : A B : ; < = $% EG pks1 = 1,27 => Ks1 = 10^-pKs1 = 0,0537 pks2 = 4,27 => Ks2 = 10^-pKs2 = 0, c) Oxalsyre er en middelstærk syre jf. : A B 9 H I : A = $10JMNEF?7 : A B 9 : A = $10JF,GR Løsning x = -0,105 eller 0,0512 ph = -log(0,0512) = 1,29 d) S$ 6T= H I $ O,OUFGQ O,FOOQ = 0,51 e) H 2 C 2 O 4 (aq) + OH - (aq) HC 2 O 4 - (aq) + H 2 O (l) HC 2 O 4 - (aq) + OH - (aq) C 2 O 4 2- (aq) + H 2 O (l) f) n(oxalsyre) = 0,100M * 25mL = 2,5mmol n(naoh) = 0,100M * 40mL = 4,0mmol H 2 C 2 O 4 (aq) + OH - (aq) HC 2 O - 4 (aq) + H 2 O (l) Start 2,5mmol 4,0mmol 0 mmol Slut 0 mol 1,5 mmol 2,5 mmol HC 2 O - 4 (aq) + OH - (aq) C 2 O 2-4 (aq) + H 2 O (l) Start 2,5mmol 1,5 mmol 0 mmol Slut 1 mmol 0 mmol 1,5 mmol 10 af 11

11 "# $ "V/2 ' ()* X,T1 X,&1 $4,27'()*F,U[[\] F,O [[\] = 4,47 g) h) n(naoh) = 13mL * 0,100M = 1,3 mmol n(h 2 C 2 O 4 ) = ½ * n(naoh) = 0,65mmol, fordi forholdet er 1:2 c(h 2 C 2 O 4 ) = 0,65mmol /10mL = 0,065M stofmængden i 100 ml n(h 2 C 2 O 4 ) = c(h 2 C 2 O 4 ) * V = 0,0065mol Mw(H 2 C 2 O 4 ) = 90,036 g/mol m(h 2 C 2 O 4 ) = 0,585g masse% = 0,585g/70g *100% = 0,836% 11 af 11