VOLUMETRIA BAZATĂ PE REACŢII DE NEUTRALIZARE

1. PREPARAREA SOLUŢIILOR TITRATE (DE LUCRU); STABILIREA TITRULUI

Sunt probleme cu grad mediu de dificultate

Bibliografie:

A.A. Iaroslavţev, Exerciţii şi probleme de chimie analiticã, editura tehnicãTirarea amestecului carbonat, bicarbonat de sodiuVolumetria bazata pe reactii de neutralizare

1.Dintr-o probã de 5,9120 g de NaCl chimic purã s-au obţinut 1L soluţie. Care este titrul acestei soluţii?

Se numeşte titru ȋn raport cu substanţa de lucru, sau titru (T), numãrul care aratã cantitatea de substanţã ȋn ucru exprimatã ȋn grame, conţinutã ȋn 1 ml soluţie.

Rezolvare:

1L=1000ml soluţie…………..sunt……….5,9120gde NaCl

1 ml….………………are…………x

x = 5,9120 .1/ 1000=0,005912 g/ ml ( T)

R: T=0,005912 g / ml

2. S-au preparat  250 ml soluţie, prin dizolvarea de 1,3540 g de Na2CO3 chimic pur ȋn apã. Care este titrul soluţiei: a) ȋn raport cu Na2 CO3 ; b) ȋn raport cu Na2O.

Rezolvare

a)Titrul soluţiei de Na2CO3 – dupã exemplul de mai sus:

Dacã ȋn 250 ml soluţie……sunt………1,3540 g de Na2CO3

Atunci   1ml………………are……………….x (T)

T= 1,3540g/ 250 ml = 0,005416 g Na2CO3 / ml

b)Titrul soluţiei ȋn raport cu Na2O:

Se pleacã de la raţionamentul:

Na2CO3 = Na2O + CO2

1mol………1mol

106 ……………62

1,3540g……… x

x Na2O = 1,3540 . 62 / 106 = 0,7919 g/ 250 ml

dacã 250 ml soluţie…………au………….0,7919 g

atunci 1 ml…………………are……………y (T)

T= 0,7919 / 250 = 0,003167 g Na2O / ml

R: T Na2CO3=0,005416 g Na2CO3 / ml ; T Na2O =  0,003167 g Na2O / ml

3. Pentru determinarea titrului unei soluţii de acid clorhidric se iau 20 ml de NaOH cu titrul 0,03982/ml, se introduc ȋntr-un balon cotat de 200 ml şi se completeazã cu apã pânã la semn. Pentru titrarea a 20 ml din soluţia obţinutã se consumã 18,95 ml din soluţia de HCl, cãreia i se determinã titrul. Sã se calculeze:a) normalitatea soluţiei de acid clorhidric;b) factorul de corecţie raportat la normalitate; c) T HCl.

Rezolvare-etape

Se aplicã varianta de rezolvare:

n Eg de NaOH = n Eg de HCl ȋn reacţia de neutralizare:

(Numãrul de echivalenţi gram de NaOH = numãrul de echivalenţi gram de HCl)

NaOH  +  HCl  =  NaCl + H2O     pH = 7

Titrant      probã

bazã         acid       sare      apã

Cunoaştem:

1.V1 = V iniţial de NaOH=20 ml, cu T=0,03982/ml(titrul)

2. V2 = V dupã diluţie = 200 ml ( volumul balonului cotat de 200 ml)

3. V3=V de NaOH folosit la titrare şi care se ia din balonul cotat = 20 ml

4. V4= V HCl consumat la titrarea lui V3 şi care este egal cu = 18,95 ml; are concentraţia necunoscutã.

Nu cunoaştem:

1.nE g de NaOH,  nEg de HCl

2.Cn de HCl; F HCl ; T HCl

Rezolvare

1.Se calculeazã nEg de NaOH din V1:

nEg = m NaOH / Eg NaOH

Eg = M bazã / n grupãri OH;

Eg NaOH = 40 / 1= 40

m NaOH = se calculeazã cu ajutorul titrului:

dacã     1 ml…..are…..0,03982 g

atunci  20 ml ….au……..x

x= 20 . 0,03982 = 0,7964

nEg de NaOH din V1 = 0,7964/40 = 0,01991

2. Se calculeazã nEg de NaOH din V2 ( adicã din balonul cotat), observând cã are loc o diluţie de 10 ori, prin raportarea lui 20 la 200. Va scãdea concentraţia de NaOH de 10 ori:

n Eg de NaOH din V2 = nEg de NaOH : 10 = 0,01991: 10= 0,001991

Acest nEg de NaOH se va gãsi ȋn balonul cotat de 200 ml şi ȋn cei 20 ml (V3), care se vor titra cu 18,95 ml de HCl (V4).

3. Se aplicã relaţia de egalitate a echivalenţilor gram din timpul titrãrii, când are loc reacţia chimicã :

nEg de NaOH din V3 = 0,001991= nEg de HCl din V4

4. Se calculeazã concentraţia normalã a HCl, F HCl ; THCl :

a) Cn = nEg / V   ( nEg / L)

Cn = 0,001991 / 18,95 . 103 = 0,1051 n (nEg de HCl/L)

b) Fsoluţiei de HCl

Dacã concentraţia normalã a soluţiei de HCl este 0,1051n, concentraţia normalã a soluţiei etalon de HCl este 0,1n şi atunci;

FHCl = 0,1051 / 0,1 = 1,051

c) THCl = masa de HCl (g) din 1 ml de soluţie:

1 L soluţie=1000ml ……are……0,1051 Eg de HCl….0,1051.36,5g HCl

1ml………………………………………………..y

y = 0,105 . 36,5 / 1000= 3,833 .10-3 g/ml = 0,003833 g/ml

R: 0,1051 n,  1,051, 0,003833 g/ml

2.TITRAREA BAZATẢ PE REACṬIA DE NEUTRALIZARE

2.1 DOZAREA ACIZILOR/A BAZELOR TARI

BIBLIOGRAFIE

Teodor Hodiṣan, Iovanca Haiduc, Claudia Cimpoiu, Sorin Hodiṣan, Teorie ṣi aplicaṭii în chimia analiticả

1/ pag.304

Câṭi mL HCl 2,0% (d=1,008 g/mL) se vor consuma la titrarea a 25 mL soluṭie NaOH aprox.0,1 M cu factorul de corecṭie F= 1,00507 ?

Varianta propusả pentru Rezolvare

Se calculeazả masa dizolvatả de NaOH din datele concentraṭiei molare, care va ajuta la calcularea masei de HCl cu ajutorul reacṭiei chimice ṣi care este masa dizolvatả în soluṭia sa de 2% ṣi apoi se calculeazả masa soluṭiei de 2%; în final se calculeazả cu ajutorul densitảṭii volumul soluṭiei de 2 %. Sunt multe etape, dar ajutả la formarea spiritului de observaṭie.

Cunoaṣtem:

-reacṭia chimicả de neutralizare dintre HCl ṣi NaOH, din timpul titrảrii

-Cde NaOH, Vs de NaOH (mL), F de corecṭie a concentraṭiei NaOH

-Cp ṣi d la soluṭia de HCl

Trebuie sả calculảm:

-md de NaOH din CM(mol/L)

-md de HCl pe baza reacṭiei chimice

-ms de HCl din Cp de 2 %

-Vs de HCl din densitate

1.Masa dizolvatả de NaOH din soluṭia 0,1M, F=1.00507

md NaOH = 0,1 . 40.0,025. 1,00507= 0,1005 g de NaOH

2. masa de HCL

X       0,1005

HCl +  NaOH  = NaCl + H2O

36,5      40

X = 36,5 . 0,1005 / 40 = 0,0917 g HCl

3. masa de soluṭie HCl de 2 %

ms = 0,0917 . 100/ 2 = 4,585 g de soluṭie 2%

4. volumul soluṭiei de HCL 2 %

Vs = ms / d = 4,585 / 1,008 = 4,54 ml

R= 4,54 ml

2/ 304.  Calculaṭi titrul unei soluṭii de HCl dacả dintr-un balon cotat de 500 mL s-au mảsurat 25 mL ṣi s-au titrat cu 22,50 mL soluṭie NaOH aprox. 0,2000 M cu F = 1,0024.

Varianta propusả pentru rezolvare

Se calculeazả masa dizolvatả de NaOH, apoi masa de HCl cu ajutorul reacṭiei de neutralizare, care are loc la titrare; aceasta este masa dizolvatả din 25 ml soluṭie; se va calcula masa dizolvatả de HCl din 500 ml cu regula de trei simplả ṣi apoi titrul. Titrul este masa dizolvatả de HCl dintr-un ml de soluṭie.

1.md NaOH = CM. F.M. Vs(L)

md NaOH = 0,2 . 1,0024. 40. 0,02250 = 0,18043 g de NaOH

2. masa de HCl

1 mol de HCl= 36,5……………………..1mol de NaOH=40

x…………………………………………..  0,18043g

x= 36,5 .0,18043 / 40 =  0,1646 g HCl din 25 ml soluṭie

3. calculảm masa de HCl din 500 ml

25 mL soluṭie……………………………0,1646 g de HCl

500mL soluṭie……………………………..y

y= 500. 0,1646 / 25 = 3,292 g HCl / 500 mL

4. T = md / Vs =  3,292 / 500 =  0,00658 g /mL

R : 0,00658 g / mL

2.2 DOZAREA CARBONATULUI DE SODIU

BIBLIOGRAFIE

Teodor Hodiṣan, Iovanca Haiduc, Claudia Cimpoiu, Sorin Hodiṣan, Teorie ṣi aplicaṭii în chimia analiticả

6. pag.304

Sã se calculeze concentraṭia procentuală a unei soluṭii de Na2 CO3 ( d=1,05g/mL), ṣtiind că pentru titrarea pânã la CO2 a 10 mL din această soluṭie se consumă 30 mL soluṭie H2SO4 0,2000 M.

Rezolvare

Avem un exemplu de reacṭie de neutralizare a unei sari provenite din acizi poliprotici. Se propune varianta de rezolvare de mai jos, care se bazează pe reacṭia dintre ionul carbonat (CO32-) din carbonatul de sodiu ṣi ionul H+ (din acidul sulfuric). Se observă din reacṭiile de mai jos. Paṣii de rezolvare sunt: se scrie reacṭia de neutralizare a carbonatului (1.2); se calculează cu regula de trei simplă din definiṭia concentraṭiei molare, masa de ion carbonat neutralizat-va fi masa dizolvată în concentraṭia procentuală; se calculează din formula densităṭii masa celor 10 mL soluṭie de carbonat; se calculează apoi, concentraṭia procentuală în ion carbonat.

1.Se scriu reacṭiile chimice ce au loc la titrarea carbonatului de sodium cu acid sulfuric. Este o reacṭie de neutralizare cu efervescenṭă. Au loc reacṭia de hidroliză a carbonatului de sodium ṣi reacṭia de neutralizare a carbonatului în două trepte.

Este important să studiem reacṭia de hidroliză a carbonatului de sodium, care explică de ce soluṭia sa apoasă se poate titra cu acid sulfuric.

1.1Reacṭia de hidroliză a Na2CO3.

Carbonatul de sodium este sarea provenită din acid slab (H2CO3) ṣi bază tare (NaOH); are loc reacṭia de hidroliză în două trepte. Este o hidroliză bazică, soluṭia va avea pH ˃ 7.

Prima treaptă:

Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH

Ka1 = 10-6,37

A doua treaptă

NaHCO3 + H2O = H2CO3 + NaOH

Ka2 = 10-10,25

Notăm cu x numărul de moli de Na2CO3 ce reacṭionează cu apa ṣi cu y numărul de moli de NaHCO3 (din totalul de moli formaṭi), care va reacṭiona cu apa. Avem reacṭiile:

xNa2CO3 + xH2O = xNaHCO3 + xNaOH

yNaHCO3 + yH2O = yH2CO3 + yNaOH

Suma lor este:

xNa2CO3 + (x+y)H2O = (x-y)NaHCO3 + (x+y)NaOH + yH2CO3

1.2Reacṭia de neutralizare are loc în două trepte.

(1) CO32- +H+ ( de la acid) = HCO3-

(2) HCO3- + H+ = H2CO3 ( care se descompune în CO2 ṣi H2O)

ˮConcluzia este că un carbonat solubil se poate titra în prima treaptă de neutralizare cu un acid tare, după reacṭia (1), cu o exactitate relative satisfăcătoare ( cu aceeaṣi exactitate cu care se titrează H2 CO3 cu o bază tare în prima treaptă de neutralizare). Ỉntrucât Kb1 ˃ 10 -9, se va putea titra ṣi în treapta a doua de neutralizare. ˮ

2. Se calculează masa dizolvată de CO32- care va fi neutralizată de 30 mL sol.0,2000M, cu regula de trei simplă aplicată la definiṭia concentraṭiei molare:

M CO32- = A C + 3AO = 12+3×16=60

Reacṭia generală de neutralizare se obṭine prin adunarea reacṭiilor 1.2a ṣi 1.2b:

CO32- + 2H+ = H2 CO3

Se observă că 1 mol de CO32- este neutralizat de 2 moli/ioni de H+, adică de 1 mol de H2SO4.

Avem relaṭia:

1L soluṭie 0,2 M H2SO4…are….0,2 moli H2SO4/ L soluṭie…ṣi ..neutralizează 0,2 moli CO32-

Vom scrie, deci:

1000mL sol.0,2 M H2SO4………neutralizează 0,2 moli de CO32-…0,2x60gCO32

30 mL=0,030 L soluṭie………………………………………………….X g

X = 0,030 L . 0,2 moli. 60 / 1 L = 0,36 g de CO32-

3. Se calculează masa ocupată de 10 mL soluṭie de Na2CO3 ce reacṭionează cu 30 mL de H2SO4 de mai sus:

ms = d (g/mL) . Vs (mL) = 1,05 g/mL . 10mL= 10,5 g

4.Se calculează concentraṭia procentuală în ionul carbonat:

Cp CO32- = 0,36 .100 / 10,5 = 3,42 %

R: 3,42% CO32-

2.3 TITRAREA SOLUṬIEI DE AMONIAC

BIBLIOGRAFIE

Teodor Hodiṣan, Iovanca Haiduc, Claudia Cimpoiu, Sorin Hodiṣan, Teorie ṣi aplicaṭii în chimia analiticả

11.pag.305

a)Care este normalitatea unei soluṭii de NH3 10 % (d=0,958 g/mL), în reacṭie de neutralizare?

b)Dar concentraṭia procentuală a soluṭiei de NH4OH 15 N cu d=0,898 g/mL?

Varianta propusă pentru rezolvare se bazează pe reacṭia dintre NH3 , respective NH4OH ṣi H+ (de la acid) ṣi pe relaṭile dintre concentraṭii ṣi densitate.Este important cum calculăm Eg la NH3, respectiv la NH4OH4

a)Avem formulele de calcul ale CN, Cp , d ṣi Eg NH3 :

CodeCogsEqn (1)

CodeCogsEqn

Se propune următoarea variantă pentru calcularea CN, la care se exprimă md în funcṭie de Cp, iar raportul rezultat dintre ms ṣi Vs reprezintă d(g/L).

md = Cp.ms / 100; se înlocuieṣte în CN (nEg/L) ṣi rezultă:

CN = Cp.ms.10-2 / Eg.Vs ; observăm că ms / Vs este densitatea (d) exprimată în g/L

d = 0,958 g/ mL= 0,958.103 g/L

Eg NH3 = MNH3 = 17 pentru reacṭia prin care acceptă un proton (H+):

NH3 + H+ = NH4+

Rezultă:

CN = 10. 10-2 .0,958.103/ 17 = 5,63 Eg/L

b)Se propune varianta de rezolvare, la care Eg NH4OH în reacṭia de neutralizare este:

Eg NH4OH = M NH4OH / număr gr.OH = 35/1=35

NH4OH + H+ = NH4+ + H2O

Avem, după modelul de mai sus relaṭia dintre CN ṣi Cp:

CN = Cp.10-2 .d(g/L) / Eg

15 = Cp .10-2. 0,898 .1000/ 35

Cp = 15.35 / 8,98= 58,46 %

R: 5,65 n; 58,46%.

116. 10 mL soluţie NH3 4,00 % (d=0,981 g/mL) se titreazã cu o soluţie de HCl 1,0000 M. Sã se calculeze volumul soluţiei HCl utilizat pânã la punctul de echivalenţã.

Rezolvare-varianta propusã

1.Avem reacţia:

NH3 + HCl = NH4Cl
Se observã cã 1mol de NH3 reacţioneazã cu 1 mol de HCl.

2. Problema se bazeazã pe calcularea numãrului de moli de ammoniac ce reacţioneazã cu un numãr egal de moli de acid clorhidric  ce se aflã ȋntr-un volum de soluţie 1,0000 M.

a) se aplicã formulele de calculare a concentraţie procentualã şi a densitãţii pentru soluţia de ammoniac:
nbsp;
d = ms / Vs
unde:
d = densitatea (g/mL)
ms = masa soluţiei (g)
Vs = volumul soluţiei (mL)
m d = masa dizolvatã de ammoniac (g)

ms=dxVs ; md= cp x mS = cp x (dxVs) / 100
md= 4×0,981 x 10 x 10-2 = 0,3924 g NH3
n moli = m / M = 0,3924 / 17 = 0,0231moli de NH3
M NH3 = 17

b)se aplicã regula de trei simplã plecând de la definiţia concentraţiei molare, pentru a afla volumul soluţiei de HCl 1,0000 M:

1L=1000 mL soluţie 1M…..are…1mol HCl… ce titreazã……1 mol NH3
X mL soluţie 1M……………………………………..0,0231 moli NH3

X = 0,0231 x 1000 / 1 = 23,08 mL soluţie HCl 1 M

SAU
1 mL soluţie1M HCl……………titeazã……….1mmol ( 1/1000mol) de NH3
X……………………………………………….0,0231 x 1000 mmol

R: 23,08 mL

2.4 TIRAREA AMESTECULUI DE HIDROXID, CARBONAT, BICARBONAT DE SODIU

CU SOLUŢIE DE ACID CLORHIDRIC 0,1 N, INDICATORI FENOLFTALEINA ŞI METILORANJ

Am considerat cã sunt necesare urmãtoarele lãmuriri, cu privire la titrarea acestui amestec. Am luat informaţiile din bibliografia de mai jos:

Bibliografie:
Teodor Hodiṣan, Iovanca Haiduc, Claudia Cimpoiu, Sorin Hodiṣan, Teorie ṣi aplicaṭii în chimia analiticã

A).Avem cazul, când soluţia de analizat conţine una sau mai multe din substanţele de mai sus şi volumele soluţiei de HCl 0,1 N consumate la titrarea unui volum de soluţie de analizat, ȋn prezenţã de fenolftaleinã (VF) şi respective metiloranj (VMO) ca indicatori. Ȋn funcţie de raportul dintre cele douã volume, ȋn probã se vor gãsi substanţele:
1) VMO = VF , proba conţine numai NaOH
2) VMO > VF = 0 , proba conţine numai NaHCO3
3) VMO = 2VF, proba conţine numai Na2CO3
4) VMO > 2VF, proba conţine NaHCO3 + Na2CO3
5) VMO < 2 VF, proba conţine NaOH + Na2CO3
 
B). Reacţiile dintre HCl şi toţi componenţii probei de mai sus, ce au loc la titrare, ȋn prezenţã de fenolftaleinã şi metiloranj – conform studiilor de specialitate sunt:
B1) Ȋn prezenţa fenolftaleinei, reacţiile de titrare sunt:
HCl + NaOH = NaCL + H2O
HCl + Na2CO3 = NaHCO3 + NaCl
nbsp;
B2) Ȋn prezenţa metiloranjului reacţiile de tirare sunt:
HCl + NaOH = NaCl + H2O   –  ce a rãmas din NaOH nereacţionat mai sus
2HCl+ Na2CO3  = 2 NaCl + H2CO3 (CO2 + H2O) –ce a rãmas nereacţionat
HCl + NaHCO3 ( cel din probã şi cel format la pct.B1) = NaCl + H2CO3

 
MODELE DE PROBLEME REZOLVATE

120. O probã de 0,2042 g ce conţine numai Na2CO3 şi NaHCO3 ȋn apã se titreazã cu o soluţie de HCl 0,1000 M ȋn prezenţa metiloranjului consumându-se 24,76 mL. Sã se calculeze compoziţia procentualã a probei.

Rezolvare-varianta propusã

Observãm din enunţ cã:
1. proba are numai carbonat de sodium şi bicarbonate de sodium(carbonat acid)
2. reacţiile componenţilor cu HCl ȋn prezenţa MO/ indicator sunt:
2HCl+ Na2CO3  = 2 NaCl + H2CO3
HCl + NaHCO3  = NaCl + H2CO3
3.se propune o rezolvare pe baza de sistem de ecuaţii:
Notãm:
a = masa de carbonat de sodium
b = masa de bicarbonat de sodiu
X = masa de HCl ce reacţioneazã cu “a”
Y = masa de HCl ce reacţioneazã cu “b”
a+b=0,2042
x+y=md HCl din soluţia de CM  de 0,1 M (mol/L)
m d = CM x Vs x M = 0,1 x 0,02476 x 36,5= 0,0904 g de HCl
4.se exprimã cu ajutorul reacţiilor chimice de mai sus, x şi y, ȋn funcţie de “a” şi “b”:
M la Na2CO3 = 106; M la NaHCO3 = 84; M la HCl = 36,5
2 moli HCl………..reacţioneazã……….cu 1 mol de Na2CO3
2x 36,5 g HCl…………………………….106 g Na2CO3
X g  HCl……………………………………. a
X = 2×36,5xa / 106 = 0,689 a  HCl
 
1 mol HCl………….reacţioneazã ……….cu 1 mol de NaHCO3
36,5 g HCl……………………………………84 g de NaHCO3
Y g de HCl…………………………………  ..b
Y = 36,5x b / 84 = 0,435 b HCl
 
5.rezultã sistemul, prin ȋnlocuirea lui X şi Y:
a + b = 0,2042
0,6890 a + 0,4350 b = 0,0904
6.se rezolvã acest sistem:
a = 0,2042- b
0,6890 (0,2042-b) + 0,4350 b = 0,0904
0,14069 – 0,6890 b + 0,4350 b = 0,0904
-0,254 b = -0,14069 + 0,0904 = -0,05029
b = – 0,05029 / -0,254 = 0,1979 g  NaHCO3
a = 0,2042 – 0,1979 = 0,0062 g  Na2CO3
7.se calculeazã compoziţia procentualã a probei;
% Na2CO3 = 0,0062 x 100 / 0,2042 = 3,04 %
% NaHCO3 = 100 % – 3,04 % = 96,95 %
Diferenţele apar din cauza rotunjirilor fãcute la cifrele cu zecimale.