FK labor 16.Konduktomeetriline tiitrimine (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 16.
Töö pealkiri: Konduktomeetriline tiitrimine
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm
Töö teostamise
kuupäev:
Kontrollitud:
Arvestatud:
Töö ülesanne.
Töös tiitritakse tugeva alusega kas nõrka ja tugevat hapet või hapete segu. Tiitrimise ekvivalentpunkt määratakse graafiliselt lahuse elektrijuhtivuse mõõtmiste alusel.
Teooria.
Konduktomeetrilisel tiitrimisel määratakse ekvivalentpunkt elektrijuhtivuse muutuse järgi, mis on tingitud ühtede ioonide asendumisest teistega . Soolhappe tiitrimisel naatriumhüdroksiidiga asendatakse hüdroksooniumioonid (0H3O+ = 349,8 S cm2 mol–1) vähem liikuvate naatrium­ioonidega (0Na+ = 50,1 S cm2 mol–1), sest neutralisatsiooni­reaktsioonis
tekkiv vesi praktiliselt ei dissotsieeru. Neutraliseerimisel juhtivus väheneb ja saavutab miinimumväärtuse ekvivalentpunktis. Leelise edasisel lisamisel hakkab juhtivus kasvama ioonide, eriti aga hüdroksiidioonide (0OH– = 198,3 S cm2 mol–1) arvu suurenemise tõttu. Nii hüdroksiidioonide kui vesinikioonide (täpsemalt hüdroksooniumioonide) liikuvus on märgatavalt suurem mistahes muude ioonide liikuvusest.
Neutraliseerimisel hapet sisaldava lahuse elektrijuhtivus väheneb, kuni kõik vesinikioonid on asendunud naatriumioonidega, st. kuni hape on neutraliseeritud. Edasisel leelise lisamisel hakkab elektrijuhtivus uuesti kasvama üldise ioonide, eriti aga hüdroksiidioonide arvu suurenemise tõttu. Kuna hüdroksiidioonide liikuvus on väiksem vesinikioonide omast, siis on elektrijuhtivuse langus kuni ekvivalentpunktini (vt. joonis a, lõik ab) järsem kui elektrijuhtivuse kasv pärast ekvivalentpunkti (lõik bc).
Nõrga happe tiitrimisel tugeva alusega (joonis b, lõik ab) kasvab lahuse elektrijuhtivus nõrgalt dissotsieerunud happe asendumisel hästidissotsieeruva soolaga. Pärast ekvivalentpunkti kasvab elektrijuhtivus veelgi järsemalt, kuna lahusesse tekivad suure liikuvusega hüdroksiidioonid (lõik bc).
Tugeva ja nõrga happe segu tiitrimisel (joonis c) reageerib leelisega kõigepealt tugev hape ja alles pärast selle neutraliseerimist hakkab reageerima vähedissotsieeruv nõrk hape. Tugeva happe neutraliseerimisel elektrijuhtivus langeb (lõik ab), nõrga happe neutraliseerimisega kaasneb elektrijuhtivuse kasv nõrga happe hästidissotsieeruva soola moodustumise tõttu
(lõik bc). Elektrijuhtivuse kasv pärast teist ekvivalentpunkti (lõik cd) on tingitud jällegi suure liikuvusega hüdroksiidioonide ilmumisest lahusesse. Seega punktid b ja c (joonis c) on ekvivalentpunktideks tugeva ja nõrga happe segu tiitrimisel.
Hapete segu tiitrimisel on graafikul niisiis kaks ekvivalentpunkti. Panna tähele, et nõrk hape hakkab reageerima alles siis kui tugev hape on ära reageerinud (peale esimest ekvivalentpunkti), sest tugev hape tõrjub nõrga happe dissotsiatsiooni tasakaalu täielikult tagasi.
CH3COOH  H+ + CH3COO –

Seega saab esimese ekvivalentpunktini kulunud leelise hulga alusel arvutada tugeva happe hulga ning esimesest teiseni kulunud leelise järgi nõrga happe hulga.
Tiitrimisel nõrga alusega muutub elektrijuhtivus analoogiliselt kuni ekvivalentpunktini (hapete segu tiitrimisel kuni teise ekvivalentpunktini), peale ekvivalentpunkti aga praktiliselt enam ei muutu, kuna lisatav alus on nõrgalt dissotsieeruv.
Joonis. Konduktomeetrilise tiitrimise kõverad:
a) tugeva happe tiitrimine tugeva alusega,
b) nõrga happe tiitrimine tugeva alusega,
c) tugeva ja nõrga happe segu tiitrimine tugeva alusega
Aparatuur.
Mõõteelektrood, mis sukeldatakse tiitritavasse lahusesse; juhtivuse mõõteseade; magnetsegur; bürett mõõtelahusega.
Katse käik.
Keeduklaas uuritava lahusega (või lahustega ) saadakse praktikumi juhendajalt. Keeduklaasi paigutatakse elektrood (vajadusel lisatakse destilleeritud vett, nii et elektrood oleks lahuses märkeni elektroodil ) ja segur, keeduklaasi kohale kinnitatakse bürett mõõtelahusega.
Elektrood ühendatakse mõõteseadmega, lülitatakse seade sisse ja mõõdetakse lahuse elektrijuhtivus (kasutatav elektrood võimaldab tegelikult mõõta erijuhtivust). Edasi lisatakse uuritavale lahusele mõõtelahust 0,5 ml kaupa. Iga kord fikseeritakse pärast lahuse segamist juhtivus. Tiitrimist jätkatakse seni, kuni mõõtelahust on lisatud kahekordne kogus ekvivalentsega võrreldes (siin töös hapete segu korral ca 15 ml, tugeva ja nõrga happe korral ca 10 ml).
Et jooned konduktomeetrilise tiitrimise graafikul oleksid sirged, ei tohi tiitrimise käigus lahuse maht oluliselt muutuda. Seetõttu peab titrant olema kontsentreeritum kui uuritav lahus.
Katseandmed koondatakse tabelisse.
Kasutatud mõõtelahus .................. M ............................
Lisatud mõõtelahus
ml
Mõõdetud erijuhtivus
, S/m
0
0,5
Märkus: Sellised tabelid koostada eraldi iga mõõdetava lahuse tarvis
Katseandmete põhjal joonestatakse mõnes tabelarvutusprogrammis graafik erijuhtivuse sõltuvuse kohta lisatud mõõtelahuse mahust. Graafikule kantud punktid ühendatakse sirgetega, mille lõikepunkt annab mõõtelahuse koguse ekvivalentpunktis.
Graafiku töötlemisel kasutada hästi täpse ja tiheda jaotusega telgesid, abijooni (vt. lisatud joonist) ja määrata lõikepunktid täpsusega 0,05...0,1 mL. Selleks teha graafik piisavalt suures mõõtkavas.
Ekvivalentpunktile vastava mõõtelahuse ruumala ja tema molaarsuse (normaalsuse) alusel arvutatakse tiitritavas lahuses olev happe hulk millimoolides või milligrammekvivalentides (üheprootoniliste hapete puhul numbriliselt samad).
Tabel 1. Tugeva happe lahus
Kasutatud mõõtelahus 0,1150 M NaOH
Lisatud mõõtelahus
ml
Mõõdetud erijuhtivus
, S/m
0
475
0,5
432
1
392
1,5
351
2
310
2,5
268
3
230
3,5
190
4
150
4,5
147
5
170
5,5
197
6
225
6,5
251
7
279
7,5
305
8
330
8,5
357
9
382
9,5
407
10
433
Arvutused:
Mõõtelahuse kogus ekvivalentpunktis on Vekv = 4,2 ml,
CM=0,1150 M = 0,1150 mol/l
Happe hulk = Vekv·CM
Happe hulk = 4,2 ml · 0,1150 mol/l = 0,483 mmol
Tabel 2. Tugeva ja nõrga happe lahus
Kasutatud mõõtelahus 0,1150 M NaOH
Lisatud mõõtelahus
ml
Mõõdetud erijuhtivus
, S/m
0
443
0,5
394
1
347
1,5
304
2
260
2,5
218
3
184
3,5
162
4
158
4,5
164
5
172
5,5
182
6
191
6,5
200
7
211
7,5
221
8
232
8,5
242
9
256
9,5
283
10
312
10,5
339
11
370
11,5
397
12
427
12,5
456
13
484
13,5
511
14
541
14,5
567
15
595
Arvutused:
Mõõtelahuse kogus esimeses ekvivalentpunktis on Vekv I = 3,5 ml,
mõõtelahuse kogus teises ekvivalentpunktis on Vekv II = 9,25 ml,
CM=0,1150 M = 0,1150 mol/l

Happe hulk = Vekv·CM
Happe hulk esimeses ekvivalentpunktis = 3,5 ml · 0,1150 mol/l = 0,4025 mmol

Happe hulk teises ekvivalentpunktis =( Vekv II – Vekv I )·CM
Happe hulk teises ekvivalentpunktis= (9,25 - 3,5) ml · 0,1150 mol/l = 0,6613 mmol Järeldused.
Töös tiitrisin tugeva alusega tugevat hapet ja hapete segu. Määrasin lahuste elektrijuhtivuste alusel tiitrimise ekvivalentpunktid.
Graafiliselt määratud ekvivalentpunktideks sain:

Tugeva happe tiitrimisel tugeva alusega oli ekvivalentpunkt 4,2 ml juures ja happe hulk oli 0,483 mmol;

Tugeva ja nõrga happe tiitrimisel tugeva alusega:

• esimene ekvivalentpunkt oli 3,5 ml juures ja happe hulk oli 0,4025 mmol;
  
• teine ekvivalentpunkt oli 9,25 ml juures ja happe hulk oli 0,6613 mmol.
  

Kasutatud kirjandus:

Praktikumi tööde juhendid, FK16 . Konduktomeetriline tiitrimine,
https://moodle.e-ope.ee/course/view.php?id=3714