Титрування сильної кислоти сильною основою з Cobra SMARTsense

Схема досліду

Кислотно-основне титрування - це аналітичний метод визначення концентрацій відповідних сполук.
Застосування вимірювальних pH-електродів дає, крім того, змогу будувати криві вимірювання. Потенціометричні титрування спираються на два основні закони - закон діючих мас (ЗДМ) і рівняння Нернста.
За допомогою ЗДМ можна математично описати перебіг простих хімічних реакцій.

Попередні знання

Учні повинні мати експериментальний досвід роботи з кислотами й основами.
Учням має бути відомий принцип дії об'ємних вимірювальних приладів (мірної піпетки, бюретки, наповнювача для піпеток).

Принцип

Потенціометричне титрування - це об'ємно-аналітичний метод визначення концентрацій кислот і основ. Беруть сильну кислоту невідомої концентрації (тут: HCl, 0,1 М) певного об'єму (50 мл). Після калібрування pH-електрода його разом із Cobra SMARTsense Dropcounter використовують для визначення значення pH розчину. Сильну основу відомої концентрації (тут: NaOH, 1 М) порціями додають до розчину кислоти (аналізованого розчину). Після кожного додавання основи (кроками по 1 мл) зчитують і записують значення pH розчину. Точку еквівалентності визначають за допомогою придатного індикатора (тут: бромтимоловий синій).

Навчальна мета

У цьому досліді учням мають показати й наочно пояснити основи сучасного кислотно-основного титрування. Окрім практичної роботи в лабораторії, розглядають також опрацювання кривих титрування та їхні характерні ознаки.

Завдання

У цьому досліді учні мають зняти криву вимірювання для титрування сильної кислоти сильною основою. При цьому визначають характерні ознаки такої кривої титрування і знаходять точку еквівалентності.

Зауваження

Дослід варто виконувати у групах по двоє. При цьому один учень може працювати з бюреткою, а другий - знімати виміряні значення. Під час повторного виконання досліду ролі слід поміняти. У різних робочих групах титрування можна виконувати з різними об'ємами аналізованого розчину. Так можна показати зв'язок між концентраціями розчинів, що беруть участь. Крім того, рекомендовано використовувати магнітну мішалку (разом із магнітним якірцем), бо завдяки цьому очікувані значення pH точніші.

Планування

Треба приготувати 0,1 М розчин соляної кислоти (спершу налийте 250 мл дист. води у придатну посудину, відберіть піпеткою 4,16 мл 37% соляної кислоти і долийте дист. водою до 500 мл). Треба приготувати 1 М розчин гідроксиду натрію (розчиніть 8 г гідроксиду натрію у 200 мл дист. води).

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

• Кислоти й луги мають їдку дію! Обов'язково надягни захисні окуляри!

Яблука

Від кислого яблука, лужного мила, розчину гідроксиду натрію на кухні й аж до кислотно-основного балансу організму - основи й кислоти відіграють важливу роль. Їхні властивості, як-от концентрація, сила та багато- чи одноосновність, визначають багато процесів у природі. Спираючись на спряженість кислот і основ, можна вдатися до титрування, щоб виконати кількісне визначення концентрацій. Потенціометричне титрування дає змогу визначити концентрацію тоді, коли досліджувані розчини каламутні або забарвлені (індикатор тут був би непридатний). Крім того, цим методом можна будувати криві вимірювання, за якими можна розпізнати характерні ознаки, а також визначити точку еквівалентності (або графічно, або за індикатором).

У колбу Ерленмейера титрують загалом 10 мл розчину гідроксиду натрію. Почни вимірювання і, обережно відкриваючи кран, додай спочатку 1 мл розчину гідроксиду натрію в колбу. Після кожного додавання обережно похитай колбу Ерленмейера туди-сюди (Увага, небезпека розбризкування: кислота!). Запиши значення pH, коли воно встановиться. Після того як відтитровано 4 мл, титрувати треба кроками по 0,2 мл, доки не буде досягнуто точки еквівалентності (зміни кольору); після цього можна знову титрувати кроками по 1 мл.

iOS

Android

Windows

PHYWE MeasureApp

Увімкни Cobra SMARTsense 'Dropcounter', натиснувши кнопку живлення. Переконайся, що на пристрої
увімкнено Bluetooth. Відкрий застосунок PHYWE measure App і вибери датчик "Dropcounter" та вимірювальний канал 'pH' (рис. 1).

Перед власне титруванням вимірювальний pH-електрод слід відкалібрувати:
Зніми захисний ковпачок електрода, наповни два відповідно підписані лабораторні стакани по 30 мл одним із двох буферних розчинів (рис. 3).

Якщо використаний електрод потрібно відкалібрувати, подивись у посібник користувача. Склади дві половини основи штатива (див. рис. угорі). Закріпи стрижень штатива в основі штатива (див. рис. унизу).

Вкрути стрижень штатива у призначений для цього різьбовий пристрій Dropcounter (див. рис. угорі) і закріпи подвійною муфтою стрижень штатива Dropcounter нижче затискача для бюретки на стрижні штатива Потім розмісти вимірювальний pH-електрод у тримачі електрода Dropcounter і закріпи його доданим гвинтом (див. рис. унизу).

Під'єднай електрод до гнізда BNC на Dropcounter (див. рис. угорі). Закріпи затискач для бюретки на стрижні штатива. Стисни великим і вказівним пальцями обидва важелі затискача для бюретки і встав бюретку між чотирма прогумованими роликами. Зафіксуй бюретку, повільно відпускаючи обидва важелі (див. рис. унизу).

Стеж за тим, щоб бюретка була розміщена по центру над лічильником крапель (див. рис. угорі). За допомогою лійки наповни бюретку
1-молярним розчином гідроксиду натрію. Використай для цього обидві мензурки і підпиши їх, щоб виключити небезпеку переплутати. Обережно наповни 10-мілілітрову бюретку вище за найвищу калібрувальну мітку. Стеж за тим, щоб у бюретці не було бульбашок повітря і щоб нічого не перелилося. Постав одну з мензурок під кран бюретки й обережно відкрий його. Спусти стільки розчину гідроксиду натрію, щоб стовп рідини досяг найвищої калібрувальної мітки. На поверхні стовпа рідини в бюретці утворюється вигнуте донизу опукле дзеркало - так званий меніск (грец. meniskos = півмісяць). Щоб точно виміряти, коли стовп рідини торкається найвищої калібрувальної мітки, орієнтуються на найнижчу точку цього вигину. Твої очі при цьому мають бути точно на рівні калібрувальної мітки (див. рис. унизу).

Наповни колбу Ерленмейера 50 мл підготовленої соляної кислоти. Постав колбу Ерленмейера під кран бюретки; кран має торкатися внутрішнього краю колби Ерленмейера.
Введи вимірювальний pH-електрод так, щоб він повністю змочувався розчином (див. рис.)

У колбу Ерленмейера титрують загалом 10 мл розчину гідроксиду натрію. Почни вимірювання кнопкою .

Обережно відкриваючи кран, додай спочатку 1 мл розчину гідроксиду натрію в колбу.
Після кожного додавання обережно похитай її туди-сюди (Увага: кислота!). Запиши значення pH, коли воно стабільне. Після того як відтитровано 4 мл, титрувати треба кроками по 0,2 мл, доки не буде досягнуто точки еквівалентності / зміни кольору. Після цього можна знову титрувати кроками по 1 мл.
Заверши вимірювання кнопкою і збережи свої виміряні значення кнопкою . Внеси свої значення в таблицю в протоколі.
Запиши також помічену зміну кольору (значення pH і витрату NaOH). Опиши криву титрування.

PHYWE MeasureApp

Використані в цьому досліді розчини можна утилізувати в контейнері для кислотних і основних відходів.

Лабораторний посуд, наповнений кислотами й основами

Крупний план: краплинне додавання води

Зображення аналітичної хімічної лабораторії