Ćwiczenie 2. Oznaczanie węglanu sodu obok wodorotlenku sodu

/instrukcja opracowana według: Z. Szmal, T. Lipiec, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Warszawa, PZWL 1997, str. 478/

Metoda Wardera - zasada oznaczania:

Roztwór zawierający mieszaninę wodorotlenku sodu i węglanu sodu miareczkuje się mianowanym roztworem kwasu solnego wobec dwóch wskaźników - fenoloftaleiny i oranżu metylowego.

Najpierw do analizowanego roztworu dodaje się fenoloftaleinę i roztwór przybiera barwę malinowa. W miarę dodawania kwasu zachodzą następujące reakcje:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O (1)

Na₂CO₃ + HCl → NaCl + NaHCO₃ (2)

Miareczkowanie wobec fenoloftaleiny prowadzi się do momentu, gdy barwa miareczkowanego roztworu stanie się blado-różowa. (pH około 8,3).

Następnie do miareczkowanego roztworu dodaje się oranżu metylowego i w dalszym ciągu miareczkuje kwasem solnym, aż do zmiany barwy z żółtej na cebulkową. Następuje wtedy zobojętnienie NaHCO₃ do H₂CO₃, zgodnie z reakcją:

NaHCO₃ +HCl → NaCl + H₂CO₃ (3)

Jeśli miareczkując wobec fenoloftaleiny zużyto V_FF cm³ kwasu solnego (blado-różowa barwa roztworu), natomiast całkowita objętość titranta wprowadzona do zmiany barwy roztworu z żółtej na cebulkową (miareczkowanie wobec oranżu metylowego) wyniosła V_OM, to można napisać następujące równania bilansowe:

c_HClV_FF = n_NaOH + n_Na2CO3

c_HClV_OM = = n_NaOH + 2n_Na2CO3

Metoda Wardera jest w zasadzie bardzo prosta, jednak otrzymanie dokładnych wyników przy jej użyciu wymaga uwzględnienia wielu warunków. Metoda ta daje zupełnie dobre wyniki tylko w przypadku, gdy zawartość Na₂CO₃ w roztworze jest znacznie mniejsza od zawartości NaOH.

Dokładność wyników miareczkowania jest uzależniona od prawidłowego uchwycenia punktu równoważnikowego. pH roztworu w punkcie równoważnikowym, odpowiadającym zobojętnieniu Na₂CO₃ do NaHCO₃, wynosi 8,31, tymczasem barwa fenoloftaleiny zanika przy pH=8,1; wobec niezbyt wyraźnego skoku wartości pH na krzywej miareczkowania w pobliżu tego punktu równoważnikowego, taka różnica powoduje już pewien błąd; otrzymuje się wyniki za wysokie w stosunku do NaOH, a za niskie w stosunku do Na₂CO₃.

Innymi źródłami błędów przy oznaczaniu NaOH obok Na₂CO₃ mogą być:

- Pochłanianie przez roztwór alkaliczny CO₂ z powietrza; powoduje to ubytek zawartości NaOH na korzyść zwiększonej zawartości węglanu. W celu uniknięcia tego błędu należy miareczkować roztwór zaraz po jego przeniesieniu pipetą do kolby stożkowej.

- Miejscowy nadmiar kwasu solnego podczas miareczkowania wobec fenoloftaleiny; powoduje on zobojętnienie Na₂CO₃ bezpośrednio do H₂CO₃ z pominięciem NaHCO₃, przy czym wydzielony kwas węglowy częściowo ulatnia się w postaci CO₂; w tych warunkach zużycie kwasu wobec fenoloftaleiny jest za wysokie.

Zamiast fenoloftaleiny, której barwa zmienia się powoli, można użyć wskaźnika mieszanego - błękitu tymolowego z czerwienią krezolową; zmiana barwy tego wskaźnika zachodzi w przedziale pH od 8,0 do 8,4, a więc bardzo blisko punktu równoważnikowego reakcji (1) i (2).

Wykonanie oznaczenia

Otrzymaną do analizy próbkę rozcieńcza się w kolbie miarowej (200 lub 250 cm³) do kreski wodą destylowana; przenosi się pipetą 20,0 lub 25,0 cm³ tego roztworu do kolby stożkowej, dodaje 3-4 krople roztworu fenoloftaleiny, a następnie około 25 cm³ wody destylowanej (odmierzonej cylindrem) i natychmiast miareczkuje mianowanym roztworem kwasu solnego, łagodnie mieszając aż do momentu, gdy miareczkowany roztwór osiągnie barwę blado-różową. Odczytuje się objętość zużytego kwasu (V_FF)

Następnie do miareczkowanego roztworu dodaje się 2 krople oranżu metylowego i w dalszym ciągu miareczkuje aż do zmiany barwy roztworu z żółtej na cebulową; wtedy ponownie odczytuje objętość zużytego kwasu (V_OM).

Oznaczenie powtarza się przynajmniej 2-krotnie i oblicza średnią zawartość NaOH i Na₂CO₃ (w gramach) w próbce otrzymanej do analizy.

Zakres materiału obowiązujący na kartkówkę:

1. Zasada oznaczeń alkacymetrycznych (stosowane wskaźniki, skok miareczkowania).

2. Sposoby przygotowania mianowanego roztworu kwasu solnego (reakcje, wskaźniki, źródła błędów).

3. Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą, krzywa miareczkowania.

4. Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą, krzywa miareczkowania.

5. Miareczkowanie słabej zasady mocnym kwasem, krzywa miareczkowania.

6. Przykłady oznaczeń alkacymetrycznych (reakcje, wskaźniki, źródła błędów).

-oznaczanie wodorotlenku sodu

-oznaczanie kwasu octowego

-oznaczanie węglanu sodu obok wodorotlenku sodu.

8. Obliczenia związane z oznaczeniami alkacymetrycznymi

---