- 1 -
Data wykonania
ć
wiczenia: 8.01.2008
Numer ćwiczenia:
18
Temat ćwiczenia:
Potencjometryczne pomiary pH
i miareczkowanie potencjometryczne.
Własności roztworów buforowych.
Data oddania
sprawozdania: 10.01.2008
Grupa:
C1
Imię i nazwisko:
Joanna Szafraniec
Nazwisko
sprawdzającego:
Dr S. Leśniewski
Uwagi:
Ocena:
I
Cel ćwiczenia:
Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie pH sporządzonych roztworów
buforowych oraz badanie jego zmian w wyniku rozcieńczania i dodatku mocnego kwasu
(HCl). Poznano ponadto zasady miareczkowania potencjometrycznego i jego zastosowanie.
II
Przebieg ćwiczenia:
Ć
wiczenie wykonywano następująco:
1) Przygotowano i skalibrowano pH-metr uŜywając w tym celu trzech standardowych
roztworów buforowych (pH 3, 7 i 9).
2) Przygotowano dwa roztwory buforowe poprzez zmieszanie:
a) 50cm
3
0,1M CH
3
COOH i 50cm
3
0,1M CH
3
COONa;
b) 10cm
3
0,1M CH
3
COOH i 90cm
3
0,1M CH
3
COONa.
3) Wykonano pomiar pH kaŜdego buforu.
4) 10-cio krotnie rozcieńczono bufor z podpunktu a) i zmierzono jego pH.
5) Zmiareczkowano po 25cm
3
otrzymanych buforów za pomocą 0,1M NaOH do
momentu, gdy nastąpiła zmiana pH roztworu o jednostkę.
6) Przygotowano po 25cm
3
mieszanin składających się z 0,5cm
3
0,1M HCl i 25cm
3
kaŜdego z buforów octanowych. Zmierzono ich pH.
7) Rozcieńczono 5cm3 0,1M HCl do objętości około 50cm3 i miareczkowano
potencjometrycznie 0,1M NaOH. Analogiczne czynności wykonano dla 0,1M H
3
PO
4
.
III
Wyniki ćwiczenia:
Wyniki doświadczenia zawarte są w poniŜszej tabeli:
Roztwór HCl
V
NaOH
pH
V
NaOH
pH
0,00
1,76
7,03
10,96
0,53
1,75
7,46
11,15
0,92
1,77
7,92
11,30
1,55
1,80
8,48
11,46
- 2 -
1,91
1,82
8,92
11,53
2,55
1,88
8,52
11,62
2,99
1,93
10,02
11,71
3,61
2,02
10,58
11,78
3,97
2,08
11,07
11,83
4,56
2,22
11,54
11,88
5,11
2,41
12,00
11,92
5,57
4,92
12,49
11,96
6,04
10,03
13,03
12,00
6,50
10,63
Roztwór H
3
PO
4
V
NaOH
pH
V
NaOH
pH
0,00
2,45
11,43
11,08
0,45
2,46
11,97
11,71
0,93
2,47
12,52
11,99
1,54
2,50
13,04
12,15
2,04
2,58
13,52
12,29
2,52
2,61
14,04
12,40
3,01
2,69
14,51
12,49
3,62
2,79
14,91
12,54
4,03
2,88
15,46
12,62
4,45
3,02
16,02
12,68
4,97
3,28
16,61
12,74
5,53
4,44
17,02
12,78
6,03
5,93
17,48
12,82
6,56
6,30
18,02
12,85
7,06
6,52
18,54
12,89
7,47
6,65
19,10
12,93
7,96
6,81
19,53
12,96
8,54
6,99
20,11
12,99
9,08
7,22
20,42
13,00
9,72
7,55
21,01
13,03
10,09
7,81
21,51
13,04
10,60
8,34
22,02
13,06
10,91
9,33
IV
Opracowanie wyników:
1.
Korzystając z równania Hendersona – Hasselbaha dla buforów kwaśnych obliczono
teoretyczne wartości pH badanych buforów:
a
s
a
c
c
pK
pH
log
+
=
- 3 -
Otrzymane wartości porównano z wynikami przeprowadzonych pomiarów. Wyniki zebrano
w poniŜszej tabeli:
Bufor (V
kw
:V
s
)
Wartość teoretyczna
Wartość doświadczalna
1:1
4,75
4,52
1:9
5,69
5,49
2.
PoniewaŜ pH roztworów buforowych nie zaleŜy od całkowitych stęŜeń kwasu i soli,
a tylko od ich stosunku, zatem pH nie powinno ulegać zmianie przy rozcieńczaniu
roztworu buforowego. Rzeczywiście, zmierzone pH 10-krotnie rozcieńczonych
roztworów buforowych jest zgodne z wartościami pH roztworów nie rozcieńczonych
(róŜnica zaledwie) 0,04 jednostki:
Bufor (V
kw
: V
s
)
pH
pH
po 10× rozcieńczeniu
1 : 1
4,52
4,44
3.
Obliczono pojemność buforową sporządzonych buforów octanowych ze wzoru:
(
)
+
+
+
=
+
+
+
+
H
w
H
H
a
H
a
a
c
K
c
c
K
c
c
K
2
303
,
2
β
Wyniki obliczeń zebrano w poniŜszej tabeli:
Bufor (V
kw
:V
s
)
Pojemność buforowa
1:1
0,18556
1:9
0,02073
Widać, Ŝe pojemność buforowa pierwszego buforu jest większa niŜ drugiego, co jest zgodne
z teoretyczną zaleŜnością, przewidującą iŜ pojemność buforowa w zakresie pH≈3-11 jest
w przybliŜeniu wprost proporcjonalna do początkowego stęŜenia kwasu.
4.
Sporządzono wykres zaleŜności pH(V
NaOH
) oraz
∆pH/∆V(V
NaOH
) dla rozcieńczonych
0,1M roztworów HCl i H
3
PO
4
:
HCl: pH(V
NaOH
)
0
2
4
6
8
10
12
14
0
2
4
6
8
10
12
14
V
NaOH
[cm
3
]
p
H
- 4 -
HCl:
∆
∆
∆
∆pH/∆
∆
∆
∆V(V
NaOH
)
0
2
4
6
8
10
12
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
V
NaOH
[cm
3
]
∆∆∆∆
p
H
/ ∆∆∆∆
V
H
3
PO
4
: pH(V
NaOH
)
0
2
4
6
8
10
12
14
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
V
NaOH
[cm
3
]
p
H
H
3
PO
4
44
4
: ∆
∆
∆
∆pH/∆
∆
∆
∆V (V
NaOH
)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00
V
NaOH
[cm
3
]
∆∆∆∆
p
H
/ ∆∆∆∆
V
- 5 -
5. Metodą pierwszej pochodnej wyznaczono punkt końcowy miareczkowania dla objętości
titranta równej 6 cm
3
dla kwasu chlorowodorowego oraz 5,9 cm
3
i 11,4 cm
3
dla kwasu
fosforowego(V) (nie zaobserwowano tutaj trzeciego skoku pH poniewaŜ trzecia stała
dysocjacji kwasu jest na tyle mała, iŜ skok jest takŜe niewielki i trudny do wychwycenia).
6. Ze wzoru
kwasu
koń
NaOH
kw
V
V
c
c
=
obliczono stęŜenie miareczkowanych kwasów. Wyniki
zebrano w tabeli:
Kwas
StęŜenie teoretyczne
StęŜenie doświadczalne
HCl
0,01
0,0120
H
3
PO
4
0,01
0,0118
V.
Podsumowanie:
Celem ćwiczenia było sporządzenie roztworów buforów octanowych i zbadanie
ich właściwości. Roztwory buforowe posiadają zdolność utrzymywania na stałym
poziomie pH po rozcieńczaniu i dodatku kwasu. PowyŜsze stwierdzenie zostało
potwierdzone doświadczalnie przez obserwację pH buforów po rozcieńczeniu i dodaniu
kwasu.
Wykonano ponadto miareczkowanie potencjometryczne roztworów buforowych
0,1 M roztworem NaOH w celu wyznaczenia pojemności buforowej roztworów.
Potwierdzono tym samym fakt proporcjonalności pojemności buforowej i początkowego
stęŜenia kwasu w zakresie pH
≈
3-11
.
Ostatnim etapem ćwiczenia było wykonanie miareczkowań potencjometrycznych
kwasów HCl i H
3
PO
4
i wyznaczenie punktów końcowych miareczkowania. Wartości PK
miareczkowania posłuŜyły do wyznaczenia dokładnych stęŜeń kwasów.