Nr sprawozdania 2	Data wykonania ćwiczenia	Termin oddania sprawozdania	Data oddania sprawozdania
Temat ćwiczenia Alkacymetria. Sporządzenie i mianowanie 0,1M roztworu NaOH	Imię i nazwisko studenta
Uwagi:	Poprawa	Oceniający sprawozdanie
	Ocena

1. Wstęp teoretyczny

Analiza miareczkowa jest działem analizy ilościowej, której podstawą jest miareczkowanie.

Miareczkowanie to proces podczas którego titrant dodawany jest do roztworu miareczkowanego określonymi porcjami (miarami) za pomocą biurety. W trakcie miareczkowania titrant reaguje z oznaczanym składnikiem zgodnie ze znaną stechiometrią reakcji dzięki czemu możliwa jest oznaczenia ilości analitu w próbce.

Titrant to roztwór o dokładnie znanym stężeniu używany do oznaczenia analitu w próbce.

Roztwory mianowane możemy otrzymać trzema sposobami:

A. przez dokładne odważenie substancji, której roztwór sporządzamy i rozpuszczenie jej
w wodzie (lub innym rozpuszczalniku) tak, aby otrzymać ściśle określoną objętość roztworu,

B. przez sporządzenie roztworu danej substancji o przybliżonym stężeniu i zmianowanie go za pomocą odpowiedniej substancji wzorcowej,

C. przez sporządzenie roztworu danej substancji o przybliżonym stężeniu i zmianowanie go za pomocą innego mianowanego roztworu.

Analit to składnik oznaczany w procesie miareczkowania

Punkt równoważności (PR) – w miareczkowaniu to punkt teoretyczny, osiągany, gdy ilość dodawanego titranta jest chemicznie równoważna ilości analitu w próbce. Niemożliwe jest dokładne wyznaczenie PR, dlatego, wykonuje się oszacowanie jego wartości na podstawie obserwacji zmian fizycznych zachodzących w miareczkowanym roztworze w pobliżu lub po nieznacznym przekroczeniu PR. Moment wystąpienia gwałtownej zmiany barwy lub rejestrowanego za pomocą instrumentu pomiarowego sygnału analitycznego nazywamy punktem końcowy miareczkowania (PK).

Wyznaczanie PK może odbywać się wizualnie lub metodami instrumentalnymi (spektralnymi, elektrochemicznymi). Znając objętość roztworu titranta odpowiadającą PK oraz jego dokładne stężenie, na podstawie stechiometrii reakcji będącej podstawą miareczkowania, wyznacza się zawartość (stężenie) oznaczanego składnika.
W miareczkowaniu z instrumentalną detekcją PK do jego wyznaczenia wykorzystuje się krzywą miareczkowania. Krzywa miareczkowania jest obrazem graficznym zależności pomiędzy pewnym parametrem charakteryzującym przebieg miareczkowania (np. pH, SEM) a objętością dodanego titranta (wyrażoną w ml).

Wskaźnik to związek organiczny, który wykazuje charakterystyczną zmianę barwy
w pobliżu punktu równoważności miareczkowania i pozwala na wyznaczenie punktu końcowego Wskaźnik dobiera się tak, by zmiana jego barwy następowała jak najbliżej punktu równoważności.

Alkacymetria to grupa metod miareczkowych oparta na reakcjach zobojętniania (kwas-zasada). Wyróżniamy:

Alkalimetrię – stosowanym titrantem jest zasada,

Acydymetrię - titrantem jest kwas.

W zależności od mocy stosowanych kwasów i zasad rozróżnia się następujące przypadki miareczkowania alkacymetrycznego:

• miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą

• miareczkowanie mocnej zasady mocnym kwasem,

• miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą,

• miareczkowanie słabej zasady mocnym kwasem.

Detekcja PK następuje dzięki stosowaniu wskaźników kwasowo – zasadowych (wskaźniki pH). Są to słabe kwasy lub słabe zasady organiczne, które zmieniają swoją barwę
w określonym zakresie pH roztworu.

1. Cele ćwiczenia

Sporządzenie roztworu NaOH o przybliżonym stężeniu 0,1M i zmianowanie go na odważki wodoroftalanu potasu wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika.

1. Część doświadczalna

1. Wykaz sprzętu laboratoryjnego

• kolby miarowa o pojemności 1 L

• biureta o pojemności 50 mL

• zlewka o pojemności 100 mL lub większa,

• lejek,

• wkraplacze,

• butelka polietylenowa o poj. 1L do przechowywania sporządzonego r. NaOH

1. Wykaz odczynników chemicznych

• stężony (ok. 50%) roztwór NaOH

• stały KHC₈H₄O₄,

• 0,1% roztwór fenoloftaleiny,

• woda destylowana, wygotowana.

1. Opis wykonania ćwiczenia

W celu sporządzenia roztworu NaOH o stężeniu ok. 0,1 mol/dm³ napełniono kolbę
o poj.1000ml do ok. połowy jej pojemności, destylowaną wodą wygotowaną. Pobrano ostrożnie pipetą około 6 mL stężonego, klarownego stężonego roztworu NaOH i dodano do kolby z wodą destylowaną. Zamieszano ostrożnie roztwór ruchem poziomym i dopełniono kolbę wodą destylowaną, wygotowaną do kreski. Całość dokładnie wymieszano i przelano do butelki z tworzywa sztucznego.

W celu zmianowania przygotowanego roztworu NaOH należało odważyć na wadze analitycznej trzy odważki wodoroftalanu potasu o masach ok. 0,4 – 0,5 g. Rozpuszczono każdą odważkę w około 40 – 50 mL wody destylowanej przenosząc ilościowo do kolby stożkowej, dodano po 10 kropli 0,1% roztworu fenoloftaleiny i miareczkowano roztworem NaOH, do pojawienia się różowego zabarwienia.

1. Zestawienie wyników:

Tabela 1 Mianowanie roztworu NaOH za pomocą wodoroftalanu

Lp.	Masa pustego naczynka [g]	Masa naczynka z wodoroftalanem [g]	Masa wodoroftalanu [g]	Objętość NaOH [ml]	CNaOH [mol/dm^3]
1	10,7209	11,1837	0,4628	20,2 - 0,06 = 20,14	0, 1125
2	5,4228	5,8797	0,4569	19,9	0, 1124
3	5,6615	6,1089	0,4474	19,5	0, 1123
4	5,9935	6,4553	0,4618	20,1	0, 1125

1. Wzory i obliczenia

W trakcie miareczkowania zachodzi reakcja:

Na jej podstawie można wyprowadzić wzór umożliwiający obliczenie stężenia roztworu NaOH.

n KHC₈H₄O₄ = n NaOH

$$\frac{\mathrm{\text{m\ KH}}\mathrm{C}_{\mathrm{8}}\mathrm{H}_{\mathrm{4}}\mathrm{O}_{\mathrm{4}}\mathrm{\ }}{\mathrm{\text{M\ KH}}\mathrm{C}_{\mathrm{8}}\mathrm{H}_{\mathrm{4}}\mathrm{O}_{\mathrm{4}}}\mathrm{=}\mathrm{C}_{\mathrm{\text{NaOH}}}\mathrm{\bullet}\mathrm{V}_{\mathrm{\text{NaOH}}}\mathrm{\bullet 0,001}$$

$$\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{\text{NaOH}}} = \ \frac{\mathrm{\text{m\ KH}}\mathrm{C}_{\mathrm{8}}\mathrm{H}_{\mathrm{4}}\mathrm{O}_{\mathrm{4}}\mathrm{\bullet \ 1000\ }}{\mathrm{\text{M\ KH}}\mathrm{C}_{\mathrm{8}}\mathrm{H}_{\mathrm{4}}\mathrm{O}_{\mathrm{4}}\ \bullet \ \mathrm{V}_{\mathrm{\text{NaOH}}}}$$

gdzie:

m KHC₈H₄O₄– masa odważki wodoroftalanu potasu [g],

V – objętość roztworu NaOH zużyta do miareczkowania [ml],

M KHC₈H₄O₄ = 204,22 – masa molowa wodoroftalanu potasu [g/mol]

Dla próbki nr 1: Od objętości odczytanej z biurety odjęto objętość 1 kropli titranta, która została dodana w nadmiarze 20,2 - 0,06 = 20,14

$\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{1}}\mathrm{= \ }\frac{\mathrm{0,4628\ \bullet \ 1000\ }}{\mathrm{204,22\ \bullet \ 20,14}}\mathrm{= 0,1125\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\mathrm{\ }$

Dla próbki nr 2: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{= \ }\frac{\mathrm{0,4569\ \bullet \ 1000\ }}{\mathrm{204,22\ \bullet \ 19,9}}\mathrm{= 0,1124\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

Dla próbki nr 3: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{3}}\mathrm{= \ }\frac{0,4474\mathrm{\bullet \ 1000\ }}{\mathrm{204,22\ \bullet \ 19,5}}\mathrm{= 0,1123\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

Dla próbki nr 4: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{4}}\mathrm{= \ }\frac{0,4618\ \mathrm{\bullet \ 1000\ }}{\mathrm{204,22\ \bullet \ 20,1}}\mathrm{= 0,1125\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

Średnie stężenie roztworu wodorotlenku sodu NaOH C_NaOH,śr =0,1124 $\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

W celu obliczenia złożonej niepewności standardowej u_c(C_NaOH,śr) obliczono oddzielnie niepewność systematyczną, u(c_i)_syst oraz niepewność przypadkową, u(c_śr)_przyp

Na standardową niepewność systematyczną składają się te udziały niepewności ważenia
i miareczkowania, które mają charakter systematyczny, czyli u(m)_syst i u(V)_syst

Na wynik pomiaru masy na wadze analitycznej wpływają:

- niepewność wskazania wagi dla danej masy (0,2 mg; podane przez producenta)

- rozdzielczość wskazania wagi (najmniejsza różnica wskazań: 0,1 mg)

- rozrzut wskazań wagi (0,1 mg; podane przez producenta, obliczone z powtórzeń pomiarów jako odchylenie standardowe pojedynczego ważenia)

Po przeliczeniu na niepewności standardowe:

u1(m) = 0,2 mg / $\sqrt{3}$ = 0,115 mg (rozkład prostokątny)

u2(m) = 0,1 mg /$\sqrt{3}$ = 0,058 mg (rozkład prostokątny)

u3(m) = 0,1 mg (rozkład normalny)

Ponieważ dla każdej odważki wykonano dwa ważenia (puste naczyńko wagowe i naczyńko
z odważką), to:

Na pomiar objętości titranta mają wpływ:

- niepewność kalibracji biurety (dla biurety o poj. 50 mL: 0,1 mL)

- niepewność kropli (wyznaczona objętość kropli, średnio 0,05 mL)

- niepewność odczytu (0,05 mL)

- poprawka temperaturowa objętości szkła (do 0,0025 mL dla ± 2°C)

Po przeliczeniu na niepewności standardowe:

u₁(V) = 0,1 ml /$\sqrt{3}$ = 0,058 mL (rozkład prostokątny)

u₂(V) = 0,05 ml /$\sqrt{3}$ = 0,035 mL(rozkład prostokątny)

u₃(V) = 0,05 ml /$\sqrt{3}$= 0,029 mL(rozkład prostokątny)

u₄(V) = 0,0025 ml /$\sqrt{3}$= 0,001 mL (rozkład prostokątny)

$\sqrt{{0,058}^{2} + {0,029}^{2} + {0,029}^{2}\ } = 0,071\ \text{ml}$

Obliczenia wykonano dla średniej masy odważki wodoroftalanu m_śr= 0,4572 g oraz średniej objętości zużytego titranta V_NaOH,śr = 19,91 ml

$u\left( C_{i} \right)_{\text{syst}} = 0,1124 \bullet \sqrt{\left( \frac{0,18 \bullet 10^{- 3}}{0,4572} \right)^{2} + \left( \frac{0,071}{19,91} \right)^{2}\ } = 0,0004\ \frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\ $

Standardową niepewność przypadkową dla C_NaOH,śr obliczono jako odchylenie standardowe średniej z serii wyników: u(C_NaOH,śr)_przyp= s(C_NaOH,śr)

$s\left( C_{\text{NaOH}} \right) = \sqrt{\begin{matrix} \frac{1}{4 - 1} \bullet \lbrack(0,1125 - 0,1124)^{2} + (0,1124 - 0,1124)^{2} + (0,1123 - 0,1124)^{2} + (0,1125 - 0,1124)^{2}\rbrack \\ \\ \end{matrix}} = 0,0001$

$s\left( C_{NaOH,sr} \right) = \frac{0,2928}{\sqrt{4}} = 0,1464$

Ostatecznie:

$u_{c}\left( C_{\text{sr}} \right) = \sqrt{0,0004^{2} + {0,0001}^{2}} = 0,0004\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

Niepewność rozszerzona dla C_NaOH: U(C_NaOH) = k · u_c(C_NaOH ) dla P = 95% k = 2

U(C_NaOH) = 2 · 0,0004 = 0,0008$\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$

Oznaczone stężenie roztworu wodorotlenku sodu wynosi:

C_NaOH = (0,1124 ± 0,0008) ml

4. Podsumowanie

Głównym celem ćwiczenia było sporządzenie i zmianowanie roztworu 0,1 mol/dm³ NaOH_.

Roztwór sporządzono poprzez rozcieńczenie 6ml stężonego (ok.50%) wodorotlenku sodu. Następnie, miano przygotowanego roztworu nastawiono na odważki wodoroftalanu potasu wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika.

Miano sporządzonego roztworu wodorotlenku sodu wynosi: C_NaOH = (0,1124 ± 0,0008) ml