Σκοπόρ Πξνζδηνξηζκόο ηεο ζπγθέληξσζεο δηαιύκαηνο ΖCl (δεπηεξνγελέο πξόηππν δηάιπκα) κε νγθνκέηξεζε πξσηνγελνύο πξνηύπνπ δηαιύκαηνο Na 2 CO 3

Transcript

1 ΘEMA : Ποζοηική Ανάλςζη Άζκηζη 11η Ογθνκεηξηθόο Πξνζδηνξηζκόο Na 2 CO 3 Σκοπόρ Πξνζδηνξηζκόο ηεο ζπγθέληξσζεο δηαιύκαηνο ΖCl (δεπηεξνγελέο πξόηππν δηάιπκα) κε νγθνκέηξεζε πξσηνγελνύο πξνηύπνπ δηαιύκαηνο Na 2 CO 3 Θεωπηηικό Υπόβαθπο α) Δθθξάζεηο Σπγθεληξώζεσο Γηαιπκάησλ β) Πεξί Πξσηνιπηηθώλ Γεηθηώλ Ειζαγωγικά Με ηηο κεζόδνπο ηεο Ποζοηικήρ Ανάλςζηρ πξνζδηνξίδεηαη ε αλαινγία ησλ ζπζηαηηθώλ ζε έλα δείγκα γλσζηήο ηαπηόηεηαο θαη γηα απηό ην ιόγν ε Πνζνηηθή Αλάιπζε αθνινπζεί πάληα ηελ Πνηνηηθή Αλάιπζε ηνπ δείγκαηνο. Ζ Κιαζηθή Πνζνηηθή Αλάιπζε πεξηιακβάλεη δύν εηδώλ πξνζδηνξηζκνύο: α) Σηαθμικούρ Πποζδιοπιζμούρ θαη β) Oγκομεηπικούρ Πποζδιοπιζμούρ Καηά ηε ζηαζκηθή αλάιπζε γίλεηαη ηέηνηα επεμεξγαζία ζην πξνο αλάιπζε δείγκα έηζη ώζηε ε πξνο πξνζδηνξηζκό νπζία λα θαηαβπζίδεηαη σο ίδεκα ην νπνίν δηαρσξίδεηαη, μεξαίλεηαη ή θξίζζεηαη πηζαλώο ζε άιιε κνξθή θαη δπγίδεηαη κε αθξίβεηα. Από ην βάξνο ηνπ ηδήκαηνο θαη ηε γλώζε ηεο ζύζηαζήο ηνπ, πξνζδηνξίδεηαη ην βάξνο ηνπ ζηνηρείνπ ζηελ επηζπκεηή κνξθή. Οη ογκομεηπικοί πποζδιοπιζμοί απνηεινύλ πνιύ ρξήζηκε κέζνδν πνζνηηθήο αλάιπζεο. Απηό νθείιεηαη ζε κηα ζεηξά πιενλεθηεκάησλ πνπ εκθαλίδνπλ έλαληη ησλ ζηαζκηθώλ πξνζδηνξηζκώλ, όπσο ε ηαρύηεηα, ε απιόηεηα, ε αλάιπζε κηθξόηεξσλ δεηγκάησλ θαζώο θαη ε δπλαηόηεηα απηνκαηνπνίεζεο (ρξεζηκνπνηνύληαη επξέσο ζηε βηνκεραλία). Ζ αξρή ηεο κεζόδνπ εθαξκόδεηαη επίζεο ζε πνιιέο ελόξγαλεο κεζόδνπο αλάιπζεο. Καηά έλαλ νγθνκεηξηθό πξνζδηνξηζκό θαζνξίδεηαη ε πνζόηεηα κηαο νπζίαο Α κε πξνζζήθε δηαδνρηθώλ πνζνηήησλ νπζίαο Β, έσο όηνπ ε αληίδξαζε νινθιεξσζεί. Καηά κία πνζνηηθή αληίδξαζε δύν νπζηώλ Α θαη Β ηζρύεη: απιθμόρ g-eqs (A) = απιθμόρ g-eqs (Β) ή N A V A =N B V B Γειαδή, αλ ζπγθεθξηκέλνο θαη κε κεγάιε αθξίβεηα κεηξνύκελνο όγθνο ηεο πξνο πξνζδηνξηζκό νπζίαο, (V A ), αληηδξάζεη πνζνηηθά κε νπζία Β, ηεο νπνίαο είλαη γλσζηά επίζεο κε αθξίβεηα ηόζν ε Καλνληθόηεηα (N B ) όζν θαη ν όγθνο (V B ), ηόηε ππνινγίδεηαη ε Καλνληθόηεηα ηνπ αγλώζηνπ δείγκαηνο (N A ). Από ηα παξαπάλσ πξνθύπηεη όηη θαηά έλαλ νγθνκεηξηθό πξνζδηνξηζκό απαηηνύληαη όπγανα ακπιβείαρ γηα ηε κέηξεζε ηνπ όγθνπ θαη ηελ παξαζθεπή ησλ δηαιπκάησλ (πξνρνΐδα, νγθνκεηξηθέο θηάιεο, ζηθώληα). 43

2 Τν ζεκείν ζην νπνίν έρνπλ αληηδξάζεη ζηνηρεηνκεηξηθά ηζνδύλακεο πνζόηεηεο ησλ δύν νπζηώλ θαιείηαη ιζοδύναμο ζημείο θαη πξνζδηνξίδεηαη κε ηε ρξήζε δεηθηώλ (πξσηνιπηηθνί, νμεηδναλαγσγηθνί, ζπκπινθνκεηξηθνί δείθηεο). Τν ζεκείν ζην νπνίν ν δείθηεο αιιάδεη ρξώκα θαη ε νγθνκέηξεζε νινθιεξώλεηαη, νλνκάδεηαη ηελικό ζημείο. Τα δύν ζεκεία απηά δελ ηαπηίδνληαη ζεσξεηηθά, αιιά πξαθηηθά δελ αιιάδεη ην απνηέιεζκα ηεο νγθνκέηξεζεο. Γηα θάζε νγθνκέηξεζε ην ρξεζηκνπνηνύκελν αληηδξαζηήξην πξέπεη λα πιεξνί ζπγθεθξηκέλνπο όξνπο, βαζηθόηεξνη ησλ νπνίσλ είλαη ε αληίδξαζε λα είλαη ηαρεία θαη πνζνηηθή θαζώο θαη όηη πξέπεη λα ππάξρεη θάπνηνο ηξόπνο θαζνξηζκνύ ηνπ ηζνδύλακνπ ζεκείνπ. Τν ρξεζηκνπνηνύκελν γηα ηελ νγθνκέηξεζε αληηδξαζηήξην ην νπνίνλ έρεη αθξηβώο γλσζηή ζπγθέληξσζε θαιείηαη ππόηςπο διάλςμα (standard) θαη, όηαλ απαηηείηαη, απηό ηηηινδνηείηαη κε έλα άιιν δηάιπκα θαινύκελν ππωηαπσικό ή ππωηογενέρ ππόηςπο (primary standard). Οη νγθνκεηξηθέο κέζνδνη αλάιπζεο ηαμηλνκνύληαη (βάζεη ηνπ ηύπνπ ηεο ρεκηθήο αληίδξαζεο πνπ ιακβάλεη ρώξα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο νγθνκέηξεζεο) ζε: α) Ογθνκεηξήζεηο Δμνπδεηέξσζεο (Οξςμεηπία - Αλκαλιμεηπία) β) Ομεηδναλαγσγηθέο Ογθνκεηξήζεηο γ) Σπκπινθνκεηξηθέο Ογθνκεηξήζεηο Οη νγθνκεηξήζεηο νμένο-βάζεο είλαη νγθνκεηξήζεηο εμνπδεηέξσζεο: Η 3 Ο + (aq) + ΟΗ (aq) 2 Η 2 Ο( ) Μηα ηέηνηα νγθνκέηξεζε ραξαθηεξίδεηαη σο οξςμεηπία όηαλ νγθνκεηξείηαη κηα βάζε κε πξόηππν δηάιπκα νμένο θαη αλκαλιμεηπία όηαλ νγθνκεηξείηαη έλα νμύ κε πξόηππν δηάιπκα βάζεο. Τν ρξεζηκνπνηνύκελν πρότυπο δηάιπκα, εάλ κελ πξόθεηηαη πεξί ηζρπξήο βάζεο, όπσο ην NaOH, ηηηινδνηείηαη κε έλα νμύ (HCl ή όμηλν θζαιηθό θάιην (C 6 H 4 (COOH)COOK) (πρωτογενή πρότυπα), ελώ εάλ πξόθεηηαη πεξί ηζρπξνύ νμένο, ηηηινδνηείηαη κε κία βάζε (NaOH ή Na 2 CO 3 ). Τν ηζνδύλακν ζεκείν πξνζδηνξίδεηαη κε θαηάιιειν πξσηνιπηηθό δείθηε ηνπ νπνίνπ ε πεξηνρή αιιαγήο ρξώκαηνο πεξηιακβάλεη ην ph ηνπ δηαιύκαηνο ζην ηζνδύλακν ζεκείν. Σε κηα νγθνκέηξεζε εμνπδεηέξσζεο κπνξεί λα ζρεδηαζζεί ε θακπύιε νγθνκέηξεζεο (ph όγθνο πξνζηηζέκελνπ πξνηύπνπ δηαιύκαηνο) ε νπνία πξνθύπηεη είηε ζεσξεηηθά ή πεηξακαηηθά κε ηε βνήζεηα περακέηξνπ, νπόηε θαη ην ηειηθό ζεκείν θαζνξίδεηαη γξαθηθά. Τν Na 2 CO 3 είλαη κηα βάζε θαηά Brönsted - Lowry, ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη πνιιέο θνξέο σο πξσηνγελήο πξόηππε νπζία γηα ηελ ηηηινδόηεζε ησλ ηζρπξώλ νμέσλ, δηόηη είλαη ζηαζεξή ζηε ζεξκνθξαζία μήξαλζεο θαη ζηελ αηκόζθαηξα, επδηάιπηε, εύθνια δηαζέζηκε ζε κεγάιε θαζαξόηεηα (100,00%), θαη θηελή. Σε πδαηηθό δηάιπκα ιακβάλεη ρώξα ε πδξόιπζε ησλ CO 3 2 ζύκθσλα κε ηηο αληηδξάζεηο: CO 32 (aq) + H 2 Ο( ) HCO 3 (aq) + ΟΗ (aq) Ka 1 = 4, (1) HCO 3 (aq) + H 2 O( ) CO 2 (g) + H 2 O( ) + ΟΗ (aq) Ka 2 = 4, (2) όπνπ Ka 1 θαη Ka 2 νη ηηκέο Ka ηνπ H 2 CO 3. Καη ηειηθά, θαηά ηελ ηηηινδόηεζε ηνπ δηαιύκαηνο ΖCl γίλεηαη ε αληίδξαζε: CO 32 (aq) + 2H + (aq) H 2 CO 3 (aq) H 2 O( ) + CO 2 (g) (3) 44

3 Άζκηζη 11η Hκεξνκελία : Παξαηεξήζεηο Μεηξήζεηο Yπνινγηζκνί α/α Ογκομέηπηζηρ 1 Όγκορ ηος ππορ ηιηλοδόηηζη διαλύμαηορ ςδποσλωπικού οξέορ (ml) 2 3 Μέζορ όπορ (ml) 45

4 Πειπαμαηικό μέπορ Όπγανα και Σκεύη νγθνκεηξηθέο θηάιεο ησλ 100 θαη 250 ml πνηήξηα δέζεσο ησλ 50 θαη 400 ml πξνρνΐδα ησλ 25 ή 50 ml θσληθή θηάιε ησλ 250 ml ζηθώλην κηαο ραξαγήο ησλ 25 ml ειαζηηθή ζθαίξα αλαξξόθεζεο ή πιαζηηθή αληιία ζηθσλίσλ Φημικέρ οςζίερ Υλικά ζηεξεό Na 2 CO 3 δηάιπκα ΖNΟ 3 6 M ππθλό δηάιπκα HCl (εκπνξίνπ) δείθηεο εξπζξό ηνπ κεζπιίνπ Τεσνικέρ νγθνκέηξεζε Ποπεία Πειπάμαηορ 1) Παξαζθεπή πξσηνγελνύο πξνηύπνπ (δηάιπκα Na 2 CO 3 ): Επγίζηε κε αθξίβεηα 1,20-1,33 g μεξακέλνπ Na 2 CO 3 (Παξαηήξεζε 1) θαη δηαιύζηε ην ζε 30 ml λεξό κέζα ζε πνηήξη δέζεσο ησλ 50 ml. 2) Μεηαθέξεηε (πλήπηρ μεηαθοπά) ην δηάιπκα ζε νγθνκεηξηθή θηάιε ησλ 250 ml θαη αθνύ ζπκπιεξώζεηε κε λεξό κέρξη ηε ραξαγή αλαθηλείζηε πνιύ θαιά! 3) Παξαζθεπή δεπηεξνγελνύο πξνηύπνπ (δηάιπκα ΖCl): Μεηαθέξεηε 300 ml λεξό ζε πνηήξη δέζεσο ησλ 400 ml θαη πξνζζέζηε (ζηνλ απαγσγό αεξίσλ) πεξίπνπ 3 ml ππθλνύ ΖCl Τηηινδόηεζε δηαιύκαηνο ΖCl: 4) Πιέλεηε ηελ πξνρνΐδα πξώηα κε λεξό θαη έπεηηα κε ην πξνο ηηηινδόηεζε δηάιπκα ηνπ ΖCl θαη ηελ γεκίδεηε (κε πνιύ πξνζνρή!) κε ην δηάιπκα ηνπ ΖCl, (Παξαηήξεζε 2). 5) Μεηαθέξεηε ζε επξύιαηκε θσληθή θηάιε ησλ 250 ml 25 ml πξνηύπνπ δηαιύκαηνο Na 2 CO 3 θαη πξνζζέζηε 3-4 ζηαγόλεο δείθηε εξπζξό ηνπ κεζπιίνπ (θίηξηλν ρξώκα ζε βαζηθό πεξηβάιινλ θαη θνύμηα ζε όμηλν). 6) Ογθνκεηξείζηε κε ην δηάιπκα ηνπ ΖCl κέρξη ην θίηξηλν ρξώκα ηνπ δηαιύκαηνο (πξνζνρή!) κε κηα ζηαγόλα λα κεηαηξαπεί ζε θνύμηα, δηαβάζηε κε πξνζνρή ηελ έλδεημε ηεο πξνρνΐδαο θαη ζεκεηώζηε ηε ζηνλ Πίλαθα 1, (Παξαηεξήζεηο 3, 4 θαη 5). 7) Υπνινγίζηε ηελ αθξηβή ζπγθέληξσζε ηνπ δηαιύκαηνο ηνπ ΖCl πνπ παξαζθεπάζαηε θαη γξάςηε ηε ζην εξγαζηεξηαθό ζαο ηεηξάδην. 46

5 Παπαηηπήζειρ 1. Τν Na 2 CO 3 (Μ.Β.=106 g/mol) ζηελ αηκόζθαηξα απνξξνθά πδξαηκνύο θαη CO 2 ζύκθσλα κε ηελ αληίδξαζε: Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(g) 2NaHCO 3 (s) Απαηηείηαη ζέξκαλζε (2 ώξεο ζε 140 ν C ή 1 ώξα ζε 275 ν C) γηα επαλακεηαηξνπή ηνπ NaHCO 3 ζε Na 2 CO Γηα ηε ρξήζε ηεο πξνρνΐδαο θαη ησλ ππνινίπσλ νγθνκεηξηθώλ νξγάλσλ βιέπε ζειίδεο 31, 32, Κάζε νγθνκεηξηθόο πξνζδηνξηζκόο πξέπεη λα εθηειείηαη ηνπιάρηζηνλ ζε δύν δηαθνξεηηθά δείγκαηα θαη αλ νη ηηκέο δηαθέξνπλ πεξηζζόηεξν από 0,2 ml θαη ζε ηξίην. Ωο ηειηθή κέηξεζε ιακβάλεηαη ν κέζνο όξνο ησλ ηηκώλ. 4. Δάλ θαηά κία νγθνκέηξεζε, ε ιακβαλόκελε ηηκή απέρεη πνιύ ησλ ππνινίπσλ απηή δελ ιακβάλεηαη ππόςε. 5. Δάλ θαηά ηελ νγθνκέηξεζε ην ηζνδύλακν ζεκείν μεπεξαζζεί, ην δείγκα απνξξίπηεηαη θαη ε αλάιπζε επαλαιακβάλεηαη ζε λέν δείγκα. Υπολογιζμοί-Επωηήζειρ 1) Υπνινγίζηε ηε ζπγθέληξσζε ηνπ γνωζηού δείγκαηνο Na 2 CO 3 σο Molarity (M): 2) Υπνινγίζηε ηε ζπγθέληξσζε ηνπ διαλύμαηορ ηος ΗCl πνπ παξαζθεπάζαηε σο Molarity (M): 47