1 Ογκομέτρηση ρυθμιστικού διαλύματος pt3

Transcript

1 1 Ογκομέτρηση ρυθμιστικού διαλύματος pt3 Διαθέτουμε υδατικό ρυθμιστικό διάλυμα (Υ1) ΗΑ NaA αγνώστων συγκεντρώσεων 1 και 2 αντίστοιχα. Σε δυο κωνικές φιάλες τοποθετούμε από 20mL του διαλύματος Υ1. Ογκομετρούμε τα 20mL του διαλύματος Υ1 που περιέχονται σε μια από τις δυο φιάλες με πρότυπο διάλυμα Hl 0,8 και τα 20mL του διαλύματος Υ1 που περιέχονται στην άλλη φιάλη με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,2Μ, χρησιμοποιώντας λίγες σταγόνες κατάλληλου δείκτη για καθεμιά ογκομέτρηση. Οι καμπύλες ογκομέτρησης που προέκυψαν δίνονται παρακάτω, σε κοινό σύστημα αξόνων χωρίς να δηλώνεται σε ποια ογκομέτρηση αντιστοιχεί η κάθε καμπύλη: ph (A) 9 Αντλώντας πληροφορίες από τις καμπύλες ογκομέτρησης (Α) και (Β) να βρείτε: α. Ποια καμπύλη ογκομέτρησης αντιστοιχεί σε κάθε ογκομέτρηση. β. Τις συγκεντρώσεις 1 και 2 των ΗΑ και NaA στο διάλυμα Υ1 αντίστοιχα. γ. Το ph του διαλύματος Υ1. δ. Τη [Η3Ο ] στο μέσο της ογκομέτρησης που αντιστοιχεί στην καμπύλη ογκομέτρησης (Α). 0 5 Vπροτύπου (ml) ε. Αν στο εργαστήριο διαθέτουμε τους δείκτες ΗΔ(1) (pka1=9) και ΗΔ(2) (pka2=2,66) ποιον θα επιλέγατε ως καταλληλότερο για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου της καθεμιάς από τις παραπάνω ογκομέτρησεις; στ. Αν στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης που αντιστοιχεί στην καμπύλη ογκομέτρησης (Β) ο λόγος των συγκεντρώσεων των συζυγών μορφών του δείκτη που χρησιμοποιήσαμε για τον προσδιορισμό αυτού του ισοδύναμου σημείου είναι 1:1, να βρεθεί το ph στο ισοδύναμο αυτό σημείο. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 25 ο όπου KW= -14 και ότι τα δεδομένα της άσκησης επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (B)

2 2 Λύση α. Η καμπύλη ογκομέτρησης (Α) αντιστοιχεί στην ογκομέτρηση του ρυθμιστικού διαλύματος ΗΑ NaA με το διάλυμα NaOH (αλκαλιμετρία) καθώς παρατηρείται αύξηση του ph του διαλύματος ενώ, η καμπύλη ογκομέτρησης (Β) αντιστοιχεί στην ογκομέτρηση του ρυθμιστικού διαλύματος ΗΑ NaA με το διάλυμα Hl (οξυμετρία) καθώς παρατηρείται μείωση του ph του διαλύματος. β. Μέχρι το ισοδύναμο σημείο στην ογκομέτρηση του ρυθμιστικού διαλύματος ΗΑ NaA με το διάλυμα NaOH έχουμε: n(ha)=1 V1=1 2-2 mol, n(naa)=2 V1=2 2-2 mol και n(naoh)= VΙ.Σ.(Α)= =2 mol ΝaOH HA ΝaA H2O Αρχικά 2 mol mol mol Α./Π. -2 mol -2 mol 2 mol Τελικά (2-1 )mol Αφού στο ισοδύναμο σημείο έχουμε πλήρη εξουδετέρωση πρέπει: =0 ή 1=0,1 Μέχρι το ισοδύναμο σημείο στην ογκομέτρηση του ρυθμιστικού διαλύματος ΗΑ NaA με το διάλυμα Hl έχουμε: n(ha)=1 V1=0,1 2-2 =2 mol, n(naa)=2 V1=2 2-2 mol και n(hl)= VΙ.Σ.(Β)=8-1 5 =4 mol Hl NaA HA H2O Αρχικά 4 mol mol 2 mol Α./Π. -4 mol -4 mol 4 mol Τελικά mol Αφού στο ισοδύναμο σημείο έχουμε πλήρη εξουδετέρωση πρέπει: =0 ή 2=0,2 για το ylikonet.gr

3 3 γ. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης του ρυθμιστικού διαλύματος Υ1 με το διάλυμα NaOH προκύπτει από την καμπύλη ογκομέτρησης (Α) ότι το ph=9 και έχουμε: 2-2( -1 2 ) 2(0,2 0,1) NaA = = = 0, NaΑ Α - (αq) Νa (aq) Αρχικά 0,2 - - Α Π 0,2 0,2 0,2 Τελικά - 0,2 0,2 Na H2O (το NaOH είναι ισχυρή βάση) Α - Η2Ο HΑ ΟΗ - Αρχικά 0,2 - - Α - Π -x Μ x Μ x Μ Ι. Ι. (0,2-x) Μ x Μ x Μ Έχουμε ότι poh=pkw-ph=14-9= 5, άρα [OH - ]=χ= -5 Έλεγχος προσέγγισης: χ= -5 <<0,2 Για την έκφραση της σταθεράς ιοντισμού (Kb) της ασθενούς βάσης Α -, έχουμε: Το Υ1 είναι ρυθμιστικό διάλυμα: x x - K (A ) = = = 5 και b 0,2-x 0,2 0,2 K K (HA) 2 14 W 5 a K b(a ) 5 Ρ.Δ. ΗΑ, οξέος=1=0,1 Α -, βάσης=(naa)=2=0,2 Εφαρμόζουμε την εξίσωση Henderson- Hasselbalch για το ρυθμιστικό διάλυμα: οξέος -5 0,1-5 [H O ] = K (HA) [H O ] = 2 3 a 3, οπότε ph1=5 0, 2 βάσης Έλεγχος προσεγγίσεων [H3O ]=ψ= -5 << οξέος=0,1μ και [H3O ]=ψ= -5 << βάσης =0,2Μ Οπότε οξέος - ψ οξέος και βάσης ψ βάσης

4 4 δ. Στο μέσο της ογκομέτρησης που αντιστοιχεί στην καμπύλη ογκομέτρησης (Α) έχουμε προσθέσει VNaOH=5mL=5 L<VΙ.Σ.(Α) οπότε περισσεύει το ΗΑ: ΝaOH HA ΝaA H2O Αρχικά mol 2 mol 4 mol Α./Π. - mol - mol mol Τελικά - mol 5 mol Το διάλυμα που προκύπτει είναι ρυθμιστικό: Ρ.Δ. ΗΑ, οξέος= 25 Α -, βάσης=(naa)= 5 25 Εφαρμόζουμε την εξίσωση Henderson- Hasselbalch για το ρυθμιστικό διάλυμα: [H O ] = K (HA) [H O ] = 2 οξέος -5 3 a 3 βάσης Έλεγχος προσεγγίσεων [H3O ]=4-6 [H3O ]=z=4-6 << οξέος=0,04μ και [H3O ]=z=4-6 << βάσης =0,2Μ Οπότε οξέος - z οξέος και βάσης z βάσης ε. Η επιλογή του δείκτη είναι πολύ κρίσιμη για την τιτλοδότηση και θα πρέπει πάντα το σημείο που σηματοδοτεί το τέλος της τιτλοδότησης (endpoint) να βρίσκεται πολύ κοντά στο ισοδύναμο σημείο. Έτσι, η περιοχή αλλαγής χρώματος του δείκτη (pkaηδ-1<ph<pkaηδ1) πρέπει να περιλαμβάνει το ph στο ισοδύναμο σημείο ή τουλάχιστον να βρίσκεται στο κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης ογκομέτρησης. Για τον δείκτη ΗΔ(1) που έχει pka1=9 η περιοχή αλλαγής χρώματος είναι 8- στην οποία περιλαμβάνεται το phι.σ.(α)=9. Έτσι ο δείκτης ΗΔ(1) είναι κατάλληλος για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου της ογκομέτρησης του ρυθμιστικού διαλύματος με NaOH (που αντιστοιχει στην καμπύλη Α). για το ylikonet.gr

5 5 Για τον δείκτη ΗΔ(2) που έχει pka1=2,66 η περιοχή αλλαγής χρώματος είναι 1,66,66 (όξινη περιοχή). Έτσι ο δείκτης ΗΔ(2) είναι ο καταλληλότερος για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου της ογκομέτρησης του ρυθμιστικού διαλύματος με Hl (που αντιστοιχει στην καμπύλη B). στ. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης ιοντισμού του δείκτη ΗΔ2 που επιλέξαμε για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου της ογκομέτρησης που αντιστοιχεί στην καμπύλη ογκομέτρησης (Β) είναι: ΗΔ(2) Η2Ο Δ(2) - H3O Εκφράζουμε τη σταθερά ιοντισμού του δείκτη: Δ(2) H3O HΔ(2) Κ a(ηδ(2)) = H3O = Κa(ΗΔ(2)) HΔ(2) - Δ(2) Όπου [Η3Ο ]: η συνολική συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο του διαλύματος, χωρίς να συνυπολογίζουμε αυτή του δείκτη (η ποσότητα του δείκτη είναι πάρα πολύ μικρή καθώς χρησιμοποιήσαμε λίγες σταγόνες από αυτόν). Η αναλογία των συγκεντρώσεων των δυο συζυγών μορφών του δείκτη είναι: (1) HΔ(2) 1 = - Δ(2) 1 (2) Από τις εξισώσεις (1) και (2) ότι: H3O =Κa(ΗΔ(2)) ph.. pka2 phι.σ.(β)=2,66 Ι Σ Β