Hensikt:

Bestemme konsentrasjonen av HCl ved hjelp av indikator med like mange siffers nøyaktighet som hos basen vi bruker i titreringen (NaOH med tre siffers nøyaktighet). Hvorfor? Eks:

 

Per har en stor flaske med saltsyre (HCl), med ukjent konsentrasjon av HCl. Per trenger å vite konsentrasjonen av HCl i flasken når han skal gjøre forsøk i laboratoriet. Hvordan kan han løse problemet?

 

Svar: Per kan ta ut noe av løsningen i et eget begerglass. Deretter kan han foreta en syre-basetitrering der han bruker en base, samt en indikator eller et pH-meter.

 

Teori/forsøksbeskrivelse:

I en syre-basetitrering kan man bestemme konsentrasjonen av en syre ved å tilsette en base med kjent konsentrasjon, eller omvendt bestemme konsentrasjonen av en base ved å sette til en syre med kjent konsentrasjon. Ved slike syre-basetitreringer skjer det en nøytraliseringsreaksjon der H₃O⁺-ioner og OH^- - ioner reagerer og danner vannmolekyler i den kjemiske reaksjonen

H₃O⁺(aq) + OH^-(aq) -> 2H₂O(l)

 

Dette er strengt tatt en likevektsreaksjon. Men reaksjonen er sterkt forskjøvet mot høyre og det er dannelsen av vann fra sure og basiske ioner som skal frem her.

 

For å finne ut av når syre-basereaksjonen er nøytralisert eller når det er like mange mol tilsatt base som det opprinnelig var av syren, så bruker man ofte en pH-indikator. Det finnes ulike pH-indikatorer og de passer til ulike situasjoner, avhengig av om løsningen er sur, nøytral eller basisk ved ekvivalenspunktet.

 

Problemstilling: I dette forsøket skulle vi titrere 25.0 mL, x mol/L HCl mot 0.100 mol/L NaOH. Hvor stort volum NaOH-løsning går med i titreringen? Hva blir da konsentrasjonen av HCl i den opprinnelige saltsyreløsningen?

 

Byrette med NaOH. Man justerer mengden løsning som skal tilsettes i erlenmeyerkolben ved å justere ventilen. Man justerer ventilen ved å dra i kranen(hane).

 

Utstyr:

- Byrette, 50 mL

- Stativ

- Muffe

- Klype

- Begerglass, 50 mL

- Titrerkolbe (erlenmeyerkolbe med vid hals)

- Magnetrører

- Magnet

- Pipette, 10 mL

- Peleusballong med pipette

- Trakt

Kjemikalier:

- Saltsyre (HCl, x mol/L)

- Natronlut (NaOH 0.100 mol/L)

- Fenolftalein (2-3 dråper)

 

Sikkerhet: Lab frakk og beskyttelsesbriller.

En løsning av NaOH i vann kalles natronlut. Det er en meget sterk base, og det var viktig at vi unngikk mest mulig å få stoffet på hendene og i øynene.

 

Fremgangsmåte:

Oppgaven vår var å bestemme konsentrasjonen av HCl i en løsning ved å titrere. Vi titrerte og fulgte med på når vi fikk fargeomslag på indikator (fenolftalein).

- En nøytralisering er en reaksjon mellom en syre og en base. Da dannes det vann og et salt.

 

Vi begynte med å sette opp reaksjonen mellom saltsyre og en løsning av natriumhydroksid i vann(natronlut). Vi spaltet først begge reaktantene i ioner:

HCl(aq) -> H+(aq) + Cl-(aq)

NaOH(aq) -> Na+(aq) + OH-(aq)

 

Her kunne vi først ha skrevet protolysen av syren, med det som er vesentlig her er at det ble dannet vann. Derfor droppet vi å ta med dannelsen av H3O+(aq). Vannet ble dannet fra at H+-ionet fra syren reagerte med OH- -ionet fra basen. De andre ionene dannet et salt. Det ble faktisk dannet NaCl, men som vi visste var dette lettløselig og lå derfor løst opp i ioner.

 

H+ + Cl- + Na+ + OH- -> H2O + Na+ + Cl-

 

I reaksjonen vil alltid H+ reagere med like mange OH-. Vi gjorde tidligere en ionespalting, og vi så at det ble direkte dannet ett av hvert ion ut fra denne spaltingen. Vi har derfor balansert likningen. Vi visste også at saltet som ble dannet under nøytraliseringen, var nøytralt. Dette betyr at løsningen vil være nøytral ved ekvivalenspunktet. Dette betydde at for å nøytralisere saltsyre, trengte vi like mange mol natronlut som vi hadde i den opprinnelige saltsyreløsningen.

 

Likningen på molekylform:

HCl(aq) + NaOH(aq) -> H₂O(l) + NaCl(aq)

Nå var vi klare for å utføre forsøket!

 

Vi hentet alt utstyret vi trengte og alle kjemikaliene. Vi gjorde klar magnetrøreren og stativet med klype. Vi justerte først kranen slik at den var løs nok til å gjøre raske justeringer, men hard nok til at den er tett. Da vi fylte byretten med NaOH, skylte vi den først med løsningen vi skulle bruke (natronlut) og fylte den deretter opp til 50 mL ved å bruke trakt øverst og ved å helle løsning opp i byretten. Vi oppdaget en luftboble i byretten, denne måtte vi fjerne for å ikke gjøre målefeil. Vi fjernet den ved å åpne ventilen raskt for å så lukke den etterpå da vi så at det luftboblen ble borte. Vi brukte pipette for å få de siste milliliterne mer nøyaktig.

 

Det neste vi gjorde var å måle opp nøyaktig 25.0 mL saltsyre med ukjent konsentrasjon. Til dette brukte vi en pipette med peleusballong. Vi skylte også her med samme løsning som vi skulle måle opp (saltsyre). Pipetten med peleusballong fungerte slik at vi kunne ”suge opp”(pipettere) et bestemt volum av en løsning med høy grad av nøyaktighet. Peleusballongen har ventiler som slipper luft ut og inn. Det var viktig at vi brukte peleusballongen riktig, ellers kunne vi f.eks. ha ødelagt en ventil. Hvis man ikke bruker ballongen riktig kunne vi også endt opp med for lite eller for mye løsning. Teknikken var som følger:

 

Sette på peleusballong.

 

 

Vi klemte sammen ventilen A øverst på ballongen. Deretter stakk vi pipetten inn i åpningen nederst på ballongen (under S ). Pipetten er lang og relativt skjør, derfor skulle vi holde øverst på pipetten da vi stakk den inn i ballongen. Ved å holde øverst hadde vi også bedre kontroll på kraftbruk og presisjon. Det var særdeles viktig at vi her ikke brukte for mye makt og stakk pipetten for langt inn, det kan nemlig vrenge ventilen. Da fungerer ikke peleusballongen lengre og det kan være vanskelig å rette opp ventilen igjen. Pipetten skal sitte så løst at den kan vippes av med en finger. Det neste vi gjorde var å stikke pipettespissen ned i væsken og sugde opp saltsyre til litt over målemerket ved å trykke på S. Det neste vi gjorde var å trykke på E for å slippe ut løsningen ned til pipettens målemerke (25 mL). Dersom det er en slik løsning at det kan oppstå kohesjonskrefter internt i løsningen og adhesjonskrefter mellom løsningen og pipetteveggen, så vil løsningen rekke høyere opp på kantene enn i midten av sylinderen (pipetten). Dette gjelder for eksempel vann (H₂O) som er en dipol pga hydrogenbindinger mellom molekylene. Hvorfor den spesifikke løsningen vi brukte hadde en nedsenkning på midten, visste vi ikke, men vi fikk vite (og observerte) at det var slik.

 

Det neste vi gjorde var å flytte pipetten over dit løsningen skulle (erlenmeyerkolben), fjernet ballongen og lot saltsyren renne ut.

 

Titreringen:

Nå var vi klare for å gjøre selve titreringen, som gikk ut på å tilsette natronlut med byretten til saltsyreløsningen som vi hadde målt opp. Kolben står oppe en elektrisk magnetrører, som fungerer slik at den skaper bevegelse i kolben ved elektromagnetisme. I erlenmeyerkolben hadde vi dessuten to ting:

1. Magnet

2. Fenolftalein (2-3 dråper)

 

Vi tok oss god tid da vi gjorde titreringen, fordi fargeomslaget til indikatoren (som i dette tilfellet skjer ved ekvivalenspunktet) skjer brått og det var derfor tydelig når løsningen ikke lenger er sur. Derfor tilsatte vi natronlut sakte.

Selve titreringen filmet vi og filmen ligger vedlagt, der noe av teorien og fremgangsmåten blir beskrevet ved tekst og bilde.

 

Dette er et godt tidspunkt å se filmen som ligger vedlagt på minnepenn

 

Observasjoner og resultater:

Vi endte opp med å få et fargeomslag etter å ha tilsatt 25.5 mL (=0.0255 L) natronlut. Fenolftalein er en indikator som har et fargeomslag ved 7-8 pH, og er transparent i sur løsning og lilla i basisk løsning. Fargeomslaget vedvarte etter 20 sekunders venting, hvilket betydde at løsningen var nøytral. Fra tidligere visste vi at vi når hadde nådd ekvivalenspunktet, er antall mol vi hadde tilsatt av NaOH det samme antall mol som vi opprinnelig hadde av HCl.

 

Beregninger:

Nå regnet vi ut tilsatt mengde NaOH:

0.100 mol/L * 0.0255 L = 2.55*10^(-3) mol

 

nHCl = 2.55*10^(-3) mol

cHCl =

 =  = 0.102 mol/L = 0.102 M

Vi har nå beregnet den opprinnelige konsentrasjonen av HCl i saltsyreløsningen vi startet med, med tre siffers nøyaktighet.

 

Forsøket ble gjort sammen med de andre elevene i klassen, her er resultatene fra tilsatt mengde NaOH:

26.0 mL
25.7 mL
25.3 mL
25.8 mL
25.5 mL
25.5 mL

 

snitt: 25.6 mL
Lærer fikk 25.45 mL

 

Diskusjon/konklusjon:

Oppgaven vi startet med var å:

Bestemme konsentrasjonen av HCl ved hjelp av indikator med like mange siffers nøyaktighet som hos basen vi bruker i titreringen.

 

Dette har vi gjort og vi kom fram til at molariteten (konsentrasjonen) av HCl i saltsyreløsningen var 0.102 mol/L.

 

Vi la merke til at fargeomslaget i titreringen kom brått. Det kan forklares med at da vi tilsatte den basiske løsningen fortløpende så ble denne ”spist opp” av H3O+ - ioner så lenge det var nok til stede. Grafen til høyre illustrerer pH-forandringen når man titrerer sterk syre med en sterk base.

 

Feilkilder:

Dette forsøket var meget komplisert og det var mange aktuelle feilkilder tilstede.

1. Luftlomme i byretten er en feilkilde, dersom man har en luftlomme i byretten så må denne fjernes slik at det ikke oppstår feilmåling på grunn av det.

2. Lese av unøyaktig og på feil måte under målingene. (fremgangsmåte beskrevet tidligere).

3. Urenhet i utstyr og kjemikalier

4. For mye (eller for lite) indikator (dette er en syre (eller base) og kan påvirke resultatet dersom man bruker for mye). Hvis man bruker for mye indikator så vil også fargeomslaget skjer jevnt og langsomt. Dette er ikke ønskelig ettersom man vil kunne lese av nøyaktig og til riktig tid. Mange ser på det som en ulempe at indikatoren slår raskt om, slik jeg har forstått det er det heller motsatt. Det som ofte menes når man sier at det er en ulempe at man får et raskt pH-omslag er at løsningen ”hopper” flere pH-enheter i ekvivalenspunktet, istedenfor en jevn pH-forandring. En kan faktisk bruke dette til egen fordel, ved at man kan bruke mange forskjellige indikatorer ved titrering av sterk syre mot sterk base, fordi da vil pH enten være svært lav eller svært høy. Det var nettopp dette vi gjorde da vi brukte fenolftalein som indikator, som har fargeomslag mellom pH 8-10.

5. Feil bruk av utstyr. Dersom man tømmer pipetten med peleusballong feil, så vil det føre til at man har målt opp feil volum, dette gjelder pipetter generelt.