Titrasieberekeninge: van 'n buretvolume tot die hoeveelheid analiet

Die drie getalle wat elke titrasieberekening nodig het

In 'n titrasie word 'n oplossing met bekende konsentrasie (die titrant) uit 'n buret by die stof wat gemeet word (die analiet) gevoeg totdat die reaksie tussen hulle volledig is. Elke berekening gebruik drie stukke inligting: die titrant se konsentrasie, die titrantvolume wat gelewer is, en die molverhouding uit die gebalanseerde vergelyking.

Die roete is altyd dieselfde. Skakel die titrantvolume na liter om en vermenigvuldig met sy konsentrasie om mol titrant te kry, n = c × V. Gebruik die molverhouding om na mol analiet om te skakel. Skakel dan om na wat die vraag ook al vra: 'n konsentrasie, 'n massa of 'n persentasie van 'n monster.

Die ekwivalensiepunt is die punt waar die bygevoegde titrant presies in die stoïgiometriese verhouding met die analiet ooreenstem. Die eindpunt is wat jy werklik waarneem, soos 'n indikator wat van kleur verander. 'n Goeie metode laat die twee byna saamval, en die klein verskil tussen hulle word die titrasiefout genoem.

Natriumhidroksied standaardiseer met kaliumwaterstofftalaat

Jy kan nie 'n akkurate natriumhidroksiedoplossing maak deur die vaste stof te weeg nie. NaOH-korrels absorbeer water en koolstofdioksied uit die lug, dus is hul massa nie alles NaOH nie. In plaas daarvan word 'n rofweg voorbereide oplossing gestandaardiseer: getitreer teen 'n primêre standaard, 'n stof wat suiwer en stabiel genoeg is om direk geweeg te word.

Kaliumwaterstofftalaat, KHC₈H₄O₄ (dikwels KHP genoem), is 'n algemene keuse. Dit is 'n stabiele, nie-higroskopiese vaste stof met een suur waterstof, en NIST sertifiseer 'n graad daarvan as 'n asidimetriese primêre standaard (SRM 84L). Sy groot molêre massa beteken ook dat 'n tipiese monster ongeveer 'n halwe gram weeg, dus is die relatiewe weegfout klein.

Uitgewerkte voorbeeld 1. 'n Monster van 0.5106 g KHP benodig 24.68 mL NaOH-oplossing om 'n fenolftaleïen-eindpunt te bereik. Die reaksie is 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). Met IUPAC-standaardatoomgewigte (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999) is M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol, wat gelyk is aan n(NaOH). c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, gerapporteer tot vier beduidende syfers omdat die massa en die volume elk vier het.

Diprotiese sure verander die molverhouding

Swaelsuur gee twee protone per molekule aan hidroksied af: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Elke mol suur verbruik dus twee mol basis, en die molverhouding moet uit hierdie vergelyking kom, nie uit 'n gewoonte om titrasies as 1:1 te behandel nie.

Uitgewerkte voorbeeld 2. 'n Monster van 25.00 mL swaelsuur word met die 0.1013 mol/L NaOH uit voorbeeld 1 getitreer, en die eindpunt kom by 18.45 mL. n(NaOH) = 0.1013 mol/L × 0.01845 L = 1.869 × 10⁻³ mol. n(H₂SO₄) = 1.869 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 9.345 × 10⁻⁴ mol. c(H₂SO₄) = 9.345 × 10⁻⁴ mol ÷ 0.02500 L = 0.03738 mol/L. Om per ongeluk 'n 1:1-verhouding te gebruik, sou 0.07476 mol/L gee, presies twee keer die ware waarde.

Swakker poliprotiese sure verg meer sorg. By fosforsuur kom die protone in duidelik afsonderlike stappe af, dus hang die verhouding af van watter ekwivalensiepunt jou indikator opspoor. Stel daardie eindpunt vas voordat jy die molverhouding kies.

Redokstitrasies: permanganaat en yster(II)

Titrasies is nie tot sure en basisse beperk nie. In suur oplossing oksideer permanganaat yster(II): MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Mangaan gaan van +7 na +2 en wen vyf elektrone, terwyl elke yster een verloor, dus reageer een permanganaatioon met vyf yster(II)-ione.

Permanganaat dien as sy eie indikator. Die MnO₄⁻-ioon is intens pers en Mn²⁺ is byna kleurloos, dus kleur die eerste druppel in oormaat die fles 'n blywende ligpienk. Kaliumpermanganaat is nie 'n primêre standaard nie, en sy oplossings ontbind stadig, dus word hulle voor gebruik gestandaardiseer, gewoonlik teen natriumoksalaat.

Uitgewerkte voorbeeld 3. 'n Ystererts-monster van 1.2084 g word opgelos en al sy yster word na Fe²⁺ gereduseer. Die titrasie benodig 26.34 mL 0.02150 mol/L KMnO₄. n(MnO₄⁻) = 0.02150 mol/L × 0.02634 L = 5.663 × 10⁻⁴ mol. n(Fe²⁺) = 5 × 5.663 × 10⁻⁴ mol = 2.832 × 10⁻³ mol. Met Fe 55.845 g/mol is die ystermassa 0.1581 g, en die erts is 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 massapersent yster.

Terugtitrasies vir vaste stowwe wat stadig reageer

Sommige monsters los nie vinnig genoeg op of reageer nie vinnig genoeg vir 'n direkte titrasie nie. Kalsiumkarbonaat in 'n teensuurtablet is 'n voorbeeld: dit reageer met suur, maar dit is 'n vaste stof en die reaksie stel koolstofdioksied vry, wat 'n skerp eindpunt moeilik sigbaar maak. In 'n terugtitrasie voeg jy 'n gemete oormaat van een reagens by, laat die reaksie voltooi, en titreer dan wat ook al oorbly.

Uitgewerkte voorbeeld 4. 'n Gedeelte van 0.5000 g van 'n fyngemaakte teensuurtablet word met 50.00 mL 0.2000 mol/L HCl behandel, meer as genoeg om met al sy CaCO₃ te reageer: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). Nadat die oplossing gekook is om CO₂ te verdryf, benodig die oorblywende suur 21.38 mL 0.1000 mol/L NaOH. HCl bygevoeg: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. HCl oor, gelyk aan die NaOH wat gebruik is: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. HCl deur die tablet verbruik: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Die karbonaat reageer 1:2 met suur, dus n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. Met M(CaCO₃) = 100.09 g/mol is die massa 0.3935 g (0.39345 g voor afronding), wat 78.69 persent van die 0.5000 g-gedeelte is. Die aftrekking is die stap wat die meeste oorgeslaan word. Daarsonder sou jy die suur bereken wat in die fles oorgebly het, nie die suur wat die tablet gebruik het nie.

Indikatorkeuse en burettegniek

'n Indikator verander van kleur oor 'n gebied van ongeveer sy pKa ± 1, dus kies een waarvan die gebied op die steil deel van die titrasiekurwe val. Vir 'n sterk suur met 'n sterk basis by ongeveer 0.1 mol/L is die ekwivalensiepunt by pH 7.00 en die pH spring oor verskeie eenhede binne een of twee druppels, dus gee verskeie algemene indikators 'n skerp eindpunt, fenolftaleïen onder hulle. Vir 'n swak suur met 'n sterk basis is die ekwivalensiepunt basies: OpenStax bereken pH 8.72 vir 0.100 mol/L asynsuur wat met 0.100 mol/L NaOH getitreer word. Fenolftaleïen, wat bo ongeveer pH 8.3 pienk word, pas by daardie geval. Metieloranje (Ka = 4.0 × 10⁻⁴ in OpenStax, dus pKa ≈ 3.4) sou heeltemal te vroeg van kleur verander.

'n 50 mL-buret word tot 0.01 mL afgelees, en elke gelewerde volume is die verskil tussen twee lesings. 'n Onsekerheid van ongeveer ±0.02 mL is 0.08 persent van 'n lewering van 25 mL, maar 0.4 persent van een van 5 mL. Daarom word metodes so ontwerp dat die titrantvolume in die middel van die buret se bestek val.

• Spoel die buret met 'n paar milliliter titrant voordat jy dit vul, sodat oorblywende water dit nie verdun nie.
• Verwyder die lugborrel uit die punt voor die eerste lesing.
• Lees die onderkant van die meniskus op ooghoogte af, en teken albei lesings aan, nie net die verskil nie.
• Doen eers 'n rowwe titrasie, en herhaal dan totdat twee noukeurige titrasies goed ooreenstem.

Rekenfoute in titrasies en hul kontroles

Die meeste verkeerde antwoorde kom van die molverhouding of die eenhede, nie die chemie nie. Skryf voordat jy bereken die gebalanseerde vergelyking neer en omkring die koëffisiënte van die titrant en die analiet.

• C₁V₁ = C₂V₂ vir 'n titrasie gebruik. Daardie kortpad is vir verdunning en aanvaar 'n 1:1-verhouding, wat faal vir H₂SO₄, Ba(OH)₂ en MnO₄⁻/Fe²⁺.
• Volumes in milliliter laat terwyl konsentrasies in mol/L is. Skakel na liter om, of gebruik konsekwent millimol.
• Die aftrekking in 'n terugtitrasie vergeet.
• Die formulemassa van die verkeerde spesie gebruik, soos NaOH in plaas van KHP in 'n standaardisering.
• Meer beduidende syfers rapporteer as wat die buret en balans ondersteun. Vier is tipies vir noukeurige volumetriese werk.
• Aanneem dat die oplossing by elke ekwivalensiepunt neutraal is. Dit geld slegs vir sterk suur met sterk basis.