Πρόβλημα τιτλοδότησης οξέος βάσης

Tabla de Contenidos

Το παρακάτω είναι ένα τυπικό πρόβλημα στην ανάλυση ογκομέτρησης οξέος-βάσης ενός πραγματικού δείγματος. Η λεπτομερής επίλυση του προβλήματος παρουσιάζεται με μια εις βάθος εξήγηση των πιο σημαντικών βημάτων που εμπλέκονται και η οποία μπορεί εύκολα να επεκταθεί στην επίλυση οποιουδήποτε άλλου προβλήματος ογκομέτρησης οξέος-βάσης, καθώς και άλλων τύπων τιτλοδοτήσεων, όπως ιζηματομετρήσεις ή τιτλοδοτήσεις οξειδοαναγωγή.

Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τρόποι επίλυσης αυτού του τύπου προβλήματος, αλλά θα τονίσουμε τη χρήση της κανονικότητας και του αριθμού των ισοδύναμων τιτλοδότησης και τίτλου στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης. Αυτό επιτρέπει την επίλυση οποιουδήποτε τέτοιου προβλήματος ακολουθώντας ακριβώς την ίδια διαδικασία, αλλά αλλάζοντας τον αριθμό των ισοδυνάμων ανά mole του τιτλοδοτητή και του τιτλοδοτητή ανάλογα με τον τύπο της αντίδρασης που εμπλέκεται στην τιτλοδότηση.

Το εν λόγω πρόβλημα αποτελείται από δύο τιτλοδοτήσεις οξέος-βάσης: η μία για την πραγματοποίηση της τυποποίησης του παράγοντα τιτλοδότησης χρησιμοποιώντας ένα πρωτεύον πρότυπο και η δεύτερη για τη διεξαγωγή της ανάλυσης ενός πραγματικού δείγματος, επομένως είναι μια πολύ καλή προσέγγιση στο είδος των προβλημάτων που πρέπει να λυθούν σε ένα πραγματικό εργαστήριο αναλύσεων. Για λόγους απλότητας, δεν θα ληφθούν υπόψη ούτε πειραματικά σφάλματα ούτε η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων.

Πρόβλημα: Ανάλυση καθαριστικού λεκάνης τουαλέτας με τιτλοδότηση όξινης βάσης

Δήλωση:

Είναι επιθυμητό να αναλυθεί ένα δείγμα εμπορικής αφαίρεσης αλάτων που χρησιμοποιείται συχνά για τον καθαρισμό τουαλετών. Το δραστικό συστατικό αυτού του προϊόντος είναι το υδροχλωρικό οξύ (HCl) σε 6,75% m/V και αναλύεται με ογκομέτρηση οξέος-βάσης με υδροξείδιο του καλίου.

Το διάλυμα υδροξειδίου του καλίου τυποποιήθηκε με τιτλοδότηση δείγματος που περιέχει 0,4956 g φθαλικού οξέος καλίου, KHC ₈ H ₄ O ₄ ή KHP (MM=204,221 g/mol). Κατά τη διάρκεια της τιτλοδότησης, καταναλώθηκαν 25,15 mL ΚΟΗ για να φτάσουν στο τελικό σημείο.

Για την ανάλυση του δείγματος, ελήφθησαν πρώτα 10,00 mL του καθαριστικού και αραιώθηκαν στα 250 mL με απεσταγμένο νερό. Στη συνέχεια, ένα κλάσμα 25,00 mL αυτού του διαλύματος ελήφθη και τιτλοδοτήθηκε με το προηγουμένως τυποποιημένο διάλυμα υδροξειδίου του καλίου χρησιμοποιώντας φαινολοφθαλεΐνη ως δείκτη. Το τελικό σημείο επιτυγχάνεται μετά την προσθήκη 17,50 mL τιτλοδοτούμενου. Ποια είναι η πραγματική συγκέντρωση HCl στο καθαριστικό λεκάνης τουαλέτας;

Λύση:

Όπως φαίνεται, ο κύριος στόχος του προβλήματος είναι να προσδιοριστεί η πραγματική συγκέντρωση HCl στο καθαριστικό λεκάνης τουαλέτας, η οποία θα πρέπει να είναι περίπου 6,75% m/V. Δεδομένου ότι το δείγμα είναι πολύ συμπυκνωμένο για να αναλυθεί απευθείας, αραιώνεται πριν τιτλοποιηθεί. Αυτό σημαίνει ότι η τιτλοδότηση του δείγματος δεν θα μας δώσει τη συγκέντρωση που αναζητούμε άμεσα, αλλά πρέπει πρώτα να βρούμε τη συγκέντρωση της αραίωσης και στη συνέχεια, με αυτή τη συγκέντρωση, να υπολογίσουμε την πραγματική αρχική συγκέντρωση του καθαριστικού.

Για να μπορέσετε να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος μέσω της τιτλοδότησης, είναι υποχρεωτικό να γνωρίζετε τη συγκέντρωση του τιτλοδοτητή, στην περίπτωση αυτή, του υδροξειδίου του καλίου. Ωστόσο, αυτή η συγκέντρωση δεν παρέχεται απευθείας από την άσκηση, αλλά μας παρέχει πληροφορίες από μια άλλη τιτλοδότηση που πραγματοποιήθηκε με τον ίδιο παράγοντα τιτλοδότησης, αλλά σε γνωστό δείγμα όξινου φθαλικού καλίου ή KHP.

Μετά από αυτή την ανάλυση, είναι σαφές ότι, για να λυθεί το πρόβλημα, πρέπει πρώτα να υπολογίσουμε τη συγκέντρωση του υδροξειδίου του καλίου χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από την πρώτη τιτλοδότηση (την τυποποίηση) και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης του αραιωμένου δείγματος και, τέλος, προσδιορίζεται η συγκέντρωση του αρχικού συμπυκνωμένου διαλύματος, δηλαδή του δείγματος.

Δεδομένα:

1η τιτλοδότηση (τυποποίηση ΚΟΗ)

Τιτλοδότηση: KOH (W _KOH = 1 eq/mol)	Τιτλοδοτημένο = KHP (W _KHP = 1 eq/mol)
VKOH ₌ 25,15 mL	m _KHP = 0,4956 g
NKOH ₌ ?	MM _KHP = 204,221 g/mol

Ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole (W) ΚΟΗ είναι 1 αφού είναι μια βάση που έχει μόνο ιόν υδροξειδίου, ενώ το φθαλικό οξύ καλίου είναι ένα αμφοτερικό άλας που στην περίπτωση αυτή δρα ως οξύ (επειδή αντιδρά με μια βάση) μονοπρωτικό (γιατί έχει μόνο ένα πρωτόνιο), άρα έχει και 1 ισοδύναμο ανά mole.

Η αντίδραση τιτλοδότησης είναι:

2ος βαθμός (ανάλυση δείγματος)

Τιτλοδότηση: KOH (W _KOH = 1 eq/mol)	Τιτλοδοτημένο = HCl (W _HCl = 1 eq/mol)
VKOH ₌ 17,50 mL	V _κλάσμα = 25,00 mL
NKOH ₌ ?	N _κλάσμα = ?

Όπως το φθαλικό άλας, το υδροχλωρικό οξύ είναι επίσης μονοπρωτικό οξύ, επομένως ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole αυτού του οξέος είναι επίσης 1.

Σε αυτή την περίπτωση, η αντίδραση τιτλοδότησης είναι:

Διάλυση

V _{συμπύκνωμα} = 10,00 mL	_{Αραιωμένο} V = 250,0 mL
N _{συγκεντρωμένο} = ?	N _{αραιωμένο} = ?

υπολογισμούς

Ο σκοπός της χρήσης της κανονικότητας αντί μιας άλλης μονάδας συγκέντρωσης κατά την επίλυση προβλημάτων ογκομέτρησης είναι ότι, στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης, που θεωρείται ότι είναι ίσο με το σημείο ισοδυναμίας, είναι αλήθεια ότι τα ισοδύναμα του τιτλοδοτητή είναι ίσα με το ισοδύναμα πτυχίου. Αυτό είναι:

όπου ο αριθμός των ισοδυνάμων μπορεί να ληφθεί είτε από τη μάζα της ουσίας και το μοριακό της βάρος είτε από την κανονική συγκέντρωσή της ως εξής:

όπου m είναι η μάζα, W είναι ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole, MM είναι η μοριακή μάζα, N είναι η κανονική συγκέντρωση και V _sol είναι ο όγκος του διαλύματος.

Αυτές οι τρεις εξισώσεις είναι συνήθως αρκετές για να λύσουν οποιοδήποτε πρόβλημα ογκομέτρησης.

Τυποποίηση διαλύματος ΚΟΗ

Οι παραπάνω τρεις εξισώσεις μπορούν να συνδυαστούν σε μία για να βρεθεί η κανονική συγκέντρωση του διαλύματος υδροξειδίου του καλίου, δηλαδή του τιτλοδοτητή. Στο τελικό σημείο της τυποποίησης, αυτό ισχύει

Τιτλοδότηση του αραιωμένου δείγματος

Τώρα που έχουμε τη συγκέντρωση του τιτλοδοτητή, μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε για να προσδιορίσουμε τη συγκέντρωση του HCl στο κλάσμα. Συνδυάζοντας πάλι τη σχέση των ισοδυνάμων στο τελικό σημείο με τον τύπο κανονικότητας, μπορούμε να γράψουμε:

Διάλυση

Βρήκαμε ήδη τη συγκέντρωση του δείγματος που τιτλοποιήθηκε, η οποία αντιστοιχεί στη συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος του αρχικού δείγματος. Τώρα χρειάζεται μόνο να χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση αραίωσης για να προσδιορίσουμε τη συγκέντρωση του αρχικού αποθεματικού διαλύματος.

Αυτή είναι η συμφωνία που αναζητούσαμε. Το μόνο που απομένει είναι να το μετατρέψετε σε ποσοστό m/V για να το συγκρίνετε με την τιμή που αναφέρεται στην ετικέτα. Για αυτό, θεωρούμε ότι το διάλυμα περιέχει 1.689 ισοδύναμα HCl σε 1 L = 1000 mL διαλύματος. Αυτό, μαζί με τη μοριακή μάζα του HCl και τον αριθμό των ισοδυνάμων ανά mole θα επιτρέψει τον υπολογισμό του ποσοστού m/V:

Η πραγματική συγκέντρωση HCl στον ρυθμιστή που δοκιμάστηκε είναι 6,158% m/V και αυτή είναι μόνο ελαφρώς διαφορετική από τη δική μας. Εάν συγκρίνουμε αυτήν την τιμή με τις τιμές που είναι πιο πιθανό να είναι πλήρεις

βιβλιογραφικές αναφορές

Ahumada Forigua, DA, Morales Erazo, LV, Abella Gamba, JP, & Gonzalez Cardenas, IA (2019). Τεχνικές τιτλοδότησης οξέος-βάσης: μετρολογικές εκτιμήσεις. Colombian Journal of Chemistry , 48 (1), 26–34. Ανακτήθηκε από https://www.redalyc.org/jatsRepo/3090/309058491010/309058491010.pdf

Σοφία (η). Ασκήσεις ογκομέτρησης ΟΞΕΒΑΣΗΣ και ογκομέτρησης REDOX. Ανακτήθηκε από https://sapiencia-web.blogspot.com/p/itulacion.html

Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021). Fundamentals of Analytical Chemistry (9η έκδοση). Βοστώνη, Μασαχουσέτη: Cengage Learning.

Χημικό Εργαστήριο Τ.Π. (2015, 15 Νοεμβρίου). Τιτλοδοτήσεις Οξέος Βάσεων . Ανακτήθηκε από https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/acidos-y-bases/titulaciones-acido-base.html

Jiménez, AG και Hernández, AR (sf). Πρότυπες ουσίες για την τυποποίηση οξέων και βάσεων Ανακτήθηκε από http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/DOCUMENTOPATRONESPRIMARIOSACIDOBASE_34249.pdf

-Διαφήμιση-