NEUTRALIZACIJSKE TITRACIJE II DIO
1
Sadržaj Titracija poliprotonskih kiselina Određivanje karbonata Odrađivanje fosfata
2
Titracija poliprotonskih poliprotonskih kiselina Za dvoprotonsku kiselinu, opće formule H2 A, ravnoteže ionizacije i odgovaraju će konstante su
H2 A ↔ H+ + HAHA- ↔ H+ + A2-
+
K 1
=
−
[H ][ A ] [H A ] 2−
+
2
Moguće je:
[H ][H A ] [H 2 A ] −
titracija prvog stupnja posebno (uz jedan indikator), a zatim drugog (uz drugi indikator); titracija obaju (ili svih) protona zajedno; titracija samo prvog stupnja (odnosno samo jednog protona u molekuli) u slu čaju dvoprotonske kiseline, ili prvog i drugog stupnja u slučaju troprotonske kiseline, dok zadnji stupanj nije mogu će titrirati. 3
Titracija poliprotonskih kiselina Da li je moguće, bez velike pogreške, titrirati prvi stupanj odvojeno od drugog (i drugi od trećeg u slučaju troprotonske kiseline) zavisi o tome da li je dovoljno velika razlika između vrijednosti konstanti disocijacije Ako je u prvoj točki ekvivalencije neutralizirano 99% H2 A i 1,0% HA-, onda je pogreška titracije prvog stupnja 1%.
4
Titracija poliprotonskih kiselina Omjer vrijednosti konstanti u tom slučaju je:
5
Titracija poliprotonskih kiselina Prvu točku krivulje izračunamo iz vrijednosti K1 i vrijednosti koncentracije kiseline:
+
=
1 ⋅
2
=
1 2
1 −
1 2
2
Slaba kiselina
6
Titracija poliprotonskih kiselina
Pufer
7
Titracija poliprotonskih kiselina
Amfolit
8
Titracija poliprotonskih kiselina
Amfolit
9
Titracija poliprotonskih kiselina Titracija drugog stupnja potpuno odgovara titraciji slabe kiseline jakom bazom pa drugu točku ekvivalencije izračunamo na isti način. Ovdje su + K 2 i [H+?] odgovorni za koncentraciju H :
[H ] +
pH
=
1 2
=
(pK v
+
K v ⋅ K 2
Hidroliza kationa ili aniona
2−
pK 2
+
log[ A 2
−
]) 2–
Poslije 2. točke ekvivalencije, jaka baza potiskuje hidrolizu A ; vrijednost pH računamo iz koncentracije suvišne baze. Suvišak jake baze
10
Titracija poliprotonskih kiselina
11
Određ ivanje karbonata Alkalijske karbonate je moguće titrirati u dva stupnja (karbonatnu kiselinu samo u 1. stupnju)!
Titriranje karbonata natrija s kloridnom kiselinom temeljeno je na reakcijama:
CO32- + H+ ↔ HCO3- (pH ≈ 9, fenolftalein) HCO3- + H+ H2CO3 (pH ≈ 4, metiloranž) Poznavajući ponašanje Na2CO3 i NaOH moguće je dokazati da li se u uzorku nalazi NaOH ili Na2CO3 ili NaHCO3 ili smjesa ovih spojeva;
Moguće je, odrediti njihovu količinu. 12
Određ ivanje karbonata Određivanje je moguće obavljati titriranjem: jednog alikvota, stupnjevito, koristeći dva indikatora
titriranjem dvaju posebnih alikvota, istog volumena, jednog uz fenolftalein, a drugog uz metiloranž.
13
Određ ivanje karbonata Mogu postojati sljedeći slučajevi (navedeni odnosi temeljeni su na stupnjevitoj titraciji jednog alikvota):
Uzorak sadrži samo Na2CO3
ako je volumen kloridne kiseline uz fenolftalein jednak volumenu uz metiloranž;
Uzorak sadrži samo NaHCO 3
ako je moguće titrirati samo uz metiloranž (uz fenolftalein nije mogu će jer indikator ima odmah alkalnu boju);
14
Određ ivanje karbonata nastavak….. Uzorak sadrži samo NaOH ako je uzorak moguće titrirati samo uz fenolftalein (ili rade ći dva alikvota: jednak je potrošak HCl i uz fenolftalein i uz metiloranž); Uzorak sadrži NaOH+Na CO 2 3 ako je potrošak HCl veći uz fenolftalein nego uz metiloranž; Uzorak sadrži Na CO +NaHCO 2 3 3 ako je potrošak HCl uz fenolftalein manji od potroška uz metiloranž.
Smjesa NaOH+NaHCO3 ne postoji u vodenoj otopini
15
Određ ivanje karbonata
Shematski prikaz titracije smjese Na2CO3 + NaHCO3 (u molnom omjeru 15:7). 16
Određivanje karbonata Primjer: Odrediti da li se u uzorku otopine nalazi NaOH, Na 2CO3 ili NaHCO3 ili neka njihova smjesa, ako 100,0 mL uzorka titriranjem uz fenolftalein troši 35,00 mL otopine HCl, koncentracije 0,2500 mol/L, a daljnjim titriranjem uz metiloranž još 35,00 mL kiseline.
u u a se vos ru om uzas opnom rac om e ne o vage uzorka uz oba indikatora troši isti volumen kiseline, u uzorku je prisutan samo Na2CO3. Napomena: Moglo bi se posumnjati i na smjesu NaOH+NaHCO 3, jer bi se i ona isto ponašala (teoretski), ali znamo da takva smjesa ne može postojati u vodenoj otopini. 17
Određ ivanje karbonata M (Na2CO3) m(Na2CO3)
= 106,0 g/mol
= 35,0 mL ⋅0,2500 mmol / mL⋅106,0 mg / mmol = = 927,5 mg
ili m(Na2CO3)
= 2⋅35,0 mL ⋅0,2500 mmol / mL⋅53,0 mg / mmol = = 927,5 mg
U uzorku se nalazi Na 2CO3 i njegova je masena koncentracija (Na2CO3)=0,9275 g/0,1 L
18
Određivanje karbonata Primjer: Ako je 1,0000 g uzorka otopljen i dodatkom fenolftaleina se pojavila boja baznog oblika indikatora, a titriranjem uz metiloranž je potrošeno 38,45 mL otopine HCl, koncentracije 0,2500 mol/L, da li je prisutan Na 2CO3 ili NaOH ili NaHCO 3? U kojem masenom u eu
Prisutnu tvar nije mogu će titrirati uz fenolftalein što zna či da nema Na2CO3 i NaOH, pa samo može biti NaHCO3 koji je neutraliziran po reakciji:
19
Određ ivanje karbonata −
+
HCO3 + H
H2CO3 M (NaHCO3)
w(NaHCO3)
=
38,45 mL
⋅
= 84,0 g/mol
0,2500 mmol / mL ,
⋅
84 mg / mmol
100 =
⋅
= 80,75 %
U uzorku je prisutan NaHCO 3 s masenim udjelom 80,75 %.
20
Određivanje karbonata Primjer: Znamo da uzorak sadrži jednu od sljedećih tvari: NaOH, Na 2CO3, NaHCO3 ili neku njihovu smjesu. 1,2142 g uzorka titracijom uz fenolftalein troši 14,50 mL kloridne kiseline, koncentracije 0,5120 mol/L. Druga odvaga uzorka, iste mase, troši uz metiloranž 35,40 m ste se ne. re t sastav uzor a
Pošto se za reakciju uz metiloranž troši više od dvostrukog volumena kiseline potrošenog uz fenolftalein, vidljivo je da je uzorak smjesa Na 2CO3+NaHCO3:
21
Određ ivanje karbonata
1. titracija:
+
Na2CO3 + H
2. titracija:
+
NaHCO3 + Na fenolftalein
Na2CO3 + 2H NaHCO3 + H
+
+
H2CO3 + 2Na
+
+
H2CO3 + Na metiloranž metiloran`
Za 1. stupanj titracije Na2CO3 troši se 14,50 mL kiseline, a za 2. stupanj još 14,50 mL: ukupno 14,50 ⋅ 2 = 29,0 mL. Za reakciju s NaHCO 3 prisutnim u uzorku troši se 35,40 mL 29,00 mL = 6,40 mL HCl. 22
Određ ivanje karbonata
w(Na2CO3)
=
29,0 mL
⋅
0,5120 mmol / mL 1214,2 mg
⋅
53 ,0 mg / mmol
⋅
0,5120 mmol / mL ,
⋅
84,0 mg / mmol
100 =
⋅
= 64,81 % w(NaHCO3)
=
6,40 mL
100 =
⋅
= 22,67 %
Uzorak sadrži 64,81 % Na 2CO3, 22,67 % NaHCO3 i 12,52 % tvari koje ne reagiraju s kiselinom.
23
Određ ivanje fosfata PO43- + H+ ↔ HPO42HPO42- + H+ ↔ H2PO4-
pH = 9,8; fenolftalein pH = 4,7; metiloranž
Titracija otopinom NaOH: - H3PO4 Volumen NaOH uz fenolftalein jednak je dvostrukom volumenu NaOH uz metioranž; - 3 se na 4 + a a Volumen NaOH uz fenolftalein manji je od dvostrukog volumena NaOH uz metiloranž; - H3PO4 + H2PO4Volumen NaOH uz fenolftalein već i je od dvostrukog volumena NaOH uz metiloranž; - H2PO4Metiloranž reagira odmah alkalno, titrirati se može samo uz fenolftalein.
24
Određ ivanje fosfata Titracija otopinom HCl: - PO43Volumen HCl uz metiloranž jednak je dvostrukom volumenu HCl uz fenolftalein; - PO43- + jaka baza Volumen HCl uz metiloranž manji je od dvostrukog vo umena uz eno a e n; - PO43- + HPO42Volumen HCl uz metiloranž već i je od dvostrukog volumena HCl uz fenolftalein; - HPO42Fenolftalein odmah reagira "kiselo"; moguća je titracija samo uz metiloranž.
25
Određ ivanje fosfata Može postojati još smjesa: H2PO4- + HPO42-određujemo je tako da jedan alikvot titriramo s NaOH uz fenolftalein (tom prilikom reagira H2PO4-), a drugi alikvot s HCl uz indikator metiloranž (reagira HPO42-). Ne postoje smjese: PO43- + H3PO4 i PO43-+H2PO4-, budući da PO43-, kao jaka baza reagira s kiselinama H3PO4 i H2PO4-: PO43- + H3PO4 ↔ HPO42-+ H2PO4PO43- + H2PO4- ↔ 2HPO4226
Određ ivanje fosfata
27
Određivanje karbonata Primjer: Poznato je da otopina uzorka sadrži jedan od fosfatnih spojeva: H3PO4, NaH2PO4, Na2HPO4, Na3PO4 ili njihovu moguću smjesu. Ako 25,00 mL te otopine titracijom s otopinom natrijske lužine troši uz metiloranž 14,00 mL NaOH, koncentracije 0,1250 mol/L, a , , još 26,50 mL iste lužine, koji su spojevi prisutni u otopini uzorka i u kojoj koncentraciji (izraženo u mmol/mL i mg/mL)?
Na temelju podataka titracije mogu će je zaključiti da uzorak sadrži smjesu H3PO4 + NaH2PO4, jer je obavljena stupnjevita titracija s lužinom i zbog toga što je potrošak lužine uz timolftalein ve ći od potroška uz metiloranž (titracija jednog alikvota). 28
Određ ivanje karbonata Reakcije: H3PO4 + OH H2PO4 + OH −
NaH2PO4 + OH
−
H2O + H2PO4
metioran` metiloranž
2−
−
H2O + HPO4 H2O + HPO4
2−
timolftalein +
+ Na
V (NaOH)
za neutralizaciju 1. stupnja H3PO4: 14,00 mL
V (NaOH)
za neutralizaciju NaH2PO4: 26,50 − 14,00 = 12,50 mL
c(H3PO4)
=
14 , 00 mL
0,1250 mmol / mL = 0,0700 mmol/mL 25,00 mL ⋅
29
Određ ivanje karbonata ili 0,07 mmol/mL ⋅ 97,99 mg/mmol = 6,9 mg/mL M (H3PO4)
= 97,99 g/mol
(jer s 1. stupnjem!) (jerjejera~unato računato s 1. stupnjem)
12,50 mL 2
4
0,1250 mmol / mL 25,0 mL
⋅
,
ili 0,0625 mmol/mL ⋅ 119,98 mg/mmol = 7,5 mg/mL M (NaH2PO4)
= 119,98 g/mol
30
Određ ivanje karbonata ili 0,07 mmol/mL ⋅ 97,99 mg/mmol = 6,9 mg/mL M (H3PO4)
= 97,99 g/mol
(jer je ra~unato s 1. stupnjem!) c(NaH2PO4)
=
12,50 mL
0,1250 mmol / mL = 0,0625 mmol/mL 25,0 mL
⋅
ili 0,0625 mmol/mL ⋅ 119,98 mg/mmol = 7,5 mg/mL M (NaH2PO4)
= 119,98 g/mol
Rješenje Rje{enje: U uzorku su prisutni H3PO4 +NaH2PO4; c(H3PO4)
= 0,0700 mmol/mL ili 6,9 mg/mL
c(NaH2PO4)
= 0,0625 mmol/mL ili 7,5 mg/mL
31
