Визначення значення pKs слабкої кислоти методом напівтитрування

Кислотно-основне титрування з використанням індикаторів слугує в аналітичній хімії для попереднього дослідження відповідних розчинів. З його допомогою можна зробити перші висновки про концентрацію досліджуваної речовини. Точніше дослідження виконують потім, як правило, за допомогою pH-електродів.
Значення pKs слабкої кислоти теж можна визначити за допомогою індикатора.

Попередні знання

Учні мають уже мати перший експериментальний досвід поводження з кислотами й основами. Учням має бути відомий принцип роботи об'ємних вимірювальних приладів (мірна піпетка, бюретка, наповнювач для піпеток).

Принцип

Це титрування є об'ємним аналітичним методом визначення значення pKs оцтової кислоти.
Тут беруть відомий об'єм слабкої кислоти невідомої концентрації і додають відповідний індикатор (тут: фенолфталеїн). Розчин основи з відомою концентрацією (стандартний розчин) наливають у бюретку і тепер по краплях додають до досліджуваного розчину, доки індикатор не змінить забарвлення. З об'єму, зчитаного на бюретці, дістають кількість розчину гідроксиду натрію, яку треба додати до розчину, щоб значення pH розчину дорівнювало значенню pKs оцтової кислоти.

Навчальна мета

Учням треба на прикладі показати й пояснити застосування індикаторів в аналітичній хімії, а також основи об'ємного аналізу.

Завдання

Учні мають за допомогою відповідного індикатора (тут: фенолфталеїн) визначити значення pKs оцтової кислоти. Для цього відомий об'єм цієї кислоти титрують об'ємом розчину гідроксиду натрію відомої концентрації (стандартного розчину) до зміни забарвлення індикатора. Потім витрачений об'єм розчину гідроксиду натрію зчитують на бюретці. Далі до початкового розчину додають рівно половину цього об'єму соляної кислоти і визначають значення pH за допомогою індикаторної смужки. Це значення pH тоді дорівнює значенню pKs оцтової кислоти.

Підготовка

Треба приготувати приблизно 0,1 М розчин кожної із солей 1–4.
0,1 М розчин хлориду натрію: 1,46 г хлориду натрію на 250 мл дист. води.
0,1 М розчин броміду натрію: 2,57 г броміду натрію на 250 мл дист. води. 0,1 М розчин сульфату натрію: 3,55 г сульфату натрію на 250 мл дист. води.
0,1 М розчин карбонату натрію: 2,64 г карбонату натрію на 250 мл дист. води.

Так само треба приготувати 5-відсотковий розчин соляної кислоти (налийте прибл. 40 мл дист. води в мірну колбу, відберіть піпеткою 13 мл 37-відсоткової соляної кислоти і долийте дист. води до 100 мл), 5-відсотковий розчин азотної кислоти (налийте прибл. 40 мл дист. води в мірну колбу, відберіть піпеткою 50 мл 10-відсоткової соляної кислоти і долийте дист. води до 100 мл), а також 10-відсотковий розчин хлориду барію (10 г хлориду барію на 100 мл дист. води).

• Кислоти й основи спричиняють сильні хімічні опіки.
• Надінь захисні окуляри й захисні рукавички!
• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
• Щодо H- і P-фраз звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.

Як можна визначити силу слабкої кислоти?

У побуті й у хімічній лабораторії нам трапляється багато кислот. Чи то оцет у салаті, чи то акумуляторна кислота в автомобілі. Вони зустрічаються всюди.
Щоб безпечно поводитися з ними в лабораторії, важливо знати їхню силу. Мірою сили кислоти є так зване значення pKs.
За допомогою відповідного індикатора й основи можна визначити значення pKs слабкої кислоти. Цей метод називають напівтитруванням.

Визнач за допомогою напівтитрування значення pKs оцтової кислоти. Використай для цього фенолфталеїн як індикатор і 0,1-молярний розчин гідроксиду натрію як основу.

• Кислоти спричиняють сильні хімічні опіки.
• Надінь захисні окуляри й захисні рукавички!
• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
• Щодо H- і P-фраз звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Стисни великим і вказівним пальцями обидва важелі затискача для бюретки (Рис. 4) і встав бюретку між чотирма гумованими роликами (Рис. 5). Зафіксуй бюретку, повільно відпускаючи обидва важелі.

Рис. 4

Рис. 5

Наповни бюретку 0,1-молярним розчином гідроксиду натрію за допомогою лійки. Використай для цього обидві мензурки і підпиши їх, щоб унеможливити переплутування.
Обережно наповни 10-мілілітрову бюретку трохи вище за верхню калібрувальну риску. Стеж, щоб у бюретці не було бульбашок повітря і щоб нічого не перелилося через край (Рис. 6).

Постав одну з мензурок під кран бюретки й обережно відкрий його. Злий стільки розчину гідроксиду натрію, щоб стовпчик рідини дійшов до верхньої калібрувальної риски (Рис. 7).

Рис. 6

Рис. 7

На поверхні стовпа рідини в бюретці утворюється вигнута донизу поверхня - так званий меніск (від грец. meniskos - півмісяць). Щоб точно визначити, коли стовп рідини торкається верхньої калібрувальної риски, орієнтуються на найнижчу точку цього вигину. Твої очі при цьому мають бути точно на рівні калібрувальної риски (Рис. 8).

Насади наповнювач для піпеток на мірну піпетку (Рис. 9). Стисни великим і вказівним пальцями клапан "A". Іншими пальцями видави повітря з наповнювача для піпеток (Рис. 10).

Рис. 9

Рис. 8

Рис. 10

Тримай мірну піпетку вертикально і введи її кінчик у підготовлену оцтову кислоту. Обережно стискаючи клапан "S", повільно наповнюй піпетку кислотою. Стеж, щоб піпетка не наповнювалася надто швидко. У рідині не має бути бульбашок повітря. Обережно: кислота не повинна потрапити в наповнювач для піпеток!
Наповни мірну піпетку приблизно до шести мілілітрів (Рис. 11).

Стискаючи клапан "E", випусти з мірної піпетки стільки кислоти, щоб у ній лишилося рівно 5 мл рідини (Рис. 12).
Висоту наповнення зчитують так, як описано вище.

Рис. 11

Обережно вийми мірну піпетку з оцтової кислоти і введи її в колбу Ерленмейера. Стисканням клапана "E" її повністю спорожнюють у посудину (Рис. 12).
Під час витікання маленька крапля лишається в кінчику мірної піпетки. Це вже враховано під час калібрування піпетки, тож видаляти її з піпетки не потрібно.

Постав колбу Ерленмейера під кран бюретки й долий трохи води за допомогою промивалки (Рис. 13). У колбі має бути не більш ніж приблизно два сантиметри рідини.

Рис. 13

Додай за допомогою піпетки з гумовим ковпачком від 3 до 5 крапель фенолфталеїну до розчину кислоти (Рис. 14).

Обережним поворотом крана бюретки встановлюють середню швидкість крапання.
При цьому мають бути помітні окремі краплі.
Колбу Ерленмейера з кислотою обережно похитують туди-сюди (Рис. 15). Бризок бути не повинно (Обережно: кислота!).
Щойно в розчині кислоти проявиться зміна забарвлення, швидкість крапання зменшують обережним поворотом крана бюретки.

Після першої краплі, за якої зміна забарвлення лишається стійкою, кран бюретки закривають. Об'єм витраченого розчину гідроксиду натрію зчитують на бюретці й записують.
За допомогою мірної піпетки до досліджуваного розчину додають половину того об'єму оцтової кислоти, який показала бюретка. При цьому важливо додавати саме слабку кислоту до розчину в колбі Ерленмейера. (Не переплутай із розчином гідроксиду натрію!).
У знебарвлений тепер розчин занурюють індикаторну смужку pH і порівнюють зміну кольору на смужці з кольоровою таблицею.

Утилізація

Використані в цьому досліді розчини можна утилізувати в контейнері для збору кислот і основ.

Хімічна лабораторія

Пробірки