Näide happe-aluse tiitrimise aruteluküsimustest
Happe-aluse tiitrimine on keemias üks levinumaid kvantitatiivseid analüüsimeetodeid. See meetod hõlmab happe ja aluse vahelist reaktsiooni lahuse kontsentratsiooni määramiseks. Selles artiklis käsitleme mitmeid happe-aluse tiitrimise probleemide ja nende lahenduste näiteid, eesmärgiga aidata teil mõista põhimõisteid ja nende sooritamise viisi.
Happe-aluse tiitrimise põhimõisted
Happe-aluse tiitrimine hõlmab neutralisatsioonireaktsiooni happe vesinikioonide (H⁺) ja aluse hüdroksiidioonide (OH⁻) vahel, mille tulemuseks on vesi (H₂O). Ekvivalentsuspunkt on punkt, kus happe moolide arv võrdub lisatud aluse moolide arvuga. Selleks hetkeks on happe ja aluse vaheline reaktsioon täielikult toimunud.
Üldine valem
Happe-aluse tiitrimisel kasutatav põhivalem on:
\[n_{a} \cdot M_{a} \cdot V_{a} = n_{b} \cdot M_{b} \cdot V_{b} \]
Kus:
– \(n_{a} \) on happe valents,
– \(M_{a} \) on happe molaarsus,
– \(V_{a} \) on happe ruumala,
– \(n_{b} \) on baasvalents,
– \(M_{b} \) on aluse molaarsus,
– \(V_{b} \) on aluse ruumala.
Lakmuspaber ja indikaatorid
Tiitrimise praktikas kasutatakse ekvivalentsuspunkti määramiseks sageli happe-aluse indikaatoreid, näiteks fenoolftaleiini või metüüloranži. Need indikaatorid muudavad teatud pH juures värvi, mis näitab ekvivalentsuspunkti saavutamist.
Näidisküsimused ja arutelu
Näidisküsimus 1: Tugeva happe ja tugeva aluse tiitrimine
Küsimus:
On teada, et 25 ml 0,1 M HCl lahust tiitritakse 0,1 M NaOH lahusega. Milline NaOH maht on vajalik ekvivalentpunkti saavutamiseks?
Arutelu:
HCl ja NaOH vaheline reaktsioon on:
\[ HCl + NaOH \paremnool NaCl + H_2O \]
1. samm: Määrake HCl-ist saadud H⁺ moolide arv
\[n_{\text{HCl}} = M_{\text{HCl}} korda V_{\text{HCl}} \]
\[n_{\text{HCl}} = 0,1 \times 0,025 = 0,0025 \text{mol} \]
2. samm: Määrake vajalik NaOH maht
Kuna HCl ja NaOH suhe reaktsioonis on 1:1 (n = 1):
\[ n_{\text{HCl}} = n_{\text{NaOH}} \]
\[ M_{\text{NaOH}} \x V_{\text{NaOH}} = 0,0025 \text{ mol} \]
\[ V_{\text{NaOH}} = \frac{0,0025 \text{ mol}}{0,1 \text{ M}} = 0,025 \text{ L} = 25 \text{ ml} \]
Seega on vajaliku NaOH maht 25 ml.
Näidisküsimus 2: Nõrga happe ja tugeva aluse tiitrimine
Küsimus:
Kokku 50 ml 0,1 M äädikhappe (CH₃COOH) lahust tiitriti 0,1 M NaOH lahusega. Milline NaOH maht on vajalik ekvivalentpunkti saavutamiseks?
Arutelu:
Äädikhappe ja NaOH vaheline reaktsioon on:
\[ CH_3COOH + NaOH \paremnool CH_3COONa + H_2O \]
1. samm: Määrake CH₃COOH-st pärineva H⁺ moolide arv
\[n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = M_{\text{CH}_3\text{COOH}} \x V_{\text{CH}_3\text{COOH}} \]
\[n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0,1 \text{mol}}
2. samm: Määrake vajalik NaOH maht
Kuna CH₃COOH ja NaOH moolsuhe on 1:1:
\[ n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = n_{\text{NaOH}} \]
\[ M_{\text{NaOH}} \x V_{\text{NaOH}} = 0,005 \text{ mol} \]
\[ V_{\text{NaOH}} = \frac{0,005 \text{ mol}}{0,1 \text{ M}} = 0,05 \text{ L} = 50 \text{ ml} \]
Seega on vajaliku NaOH maht 50 ml.
Näidisküsimus 3: Tugevate hapete ja aluste polüprootne tiitrimine
Küsimus:
On teada, et 40 ml 0,05 M H₂SO₄ lahust tiitritakse 0,1 M KOH lahusega. Milline KOH maht on vajalik esimese ja teise ekvivalentpunkti saavutamiseks?
Arutelu:
H₂SO₄ on diprootne hape, mis võib vabastada kaks H⁺ iooni. Reaktsioon KOH-ga on kaheetapiline:
\[ H_2SO_4 + 2KOH \paremnool K_2SO_4 + 2H_2O \]
1. samm: Määrake H⁺ moolide arv H₂SO₄-st
\[ n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = M_{\text{H}_2\text{SO}_4} korda V_{\text{H}_2\text{SO}_4} \]
\[n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 0,05 korda 0,04 = 0,002 \text{mol} \]
2. samm: määrake etapi kohta vajalik KOH maht
Esimeses tiitrimises (üks H⁺ eraldub):
\[ n_{\tekst{H}_2\tekst{SO}_4} = n_{\tekst{KOH}} \]
\[M_{\text{KOH}} \x V_{\text{KOH}} = 0,002 \text{ mol} \]
\[ V_{\text{KOH}}_{\text{esimene}} = \frac{0,002 \text{ mol}}{0,1 \text{ M}} = 0,02 \text{ L} = 20 \text{ ml} \]
Teises tiitrimises (kaks H⁺ eemaldamine) on vaja kaks korda rohkem mooli kui eelmisel korral:
\[n_{\text{KOH}}_{\text{second}} = 2 korda 0,002 \text{ mol} = 0.004 \text{ mol} \]
\[ V_{\text{KOH}}_{\text{second}} = \frac{0.004 \text{ mol}}{0,1 \text{ M}} = 0,04 \text{ L} = 40 \text{ ml} \]
Seega on esimese ekvivalentsuspunkti jaoks vajalik KOH maht 20 ml ja teise ekvivalentsuspunkti jaoks 40 ml.
Järeldus
Ülaltoodud mitmete happe-aluse tiitrimise näidete abil oleme õppinud, kuidas määrata erinevat tüüpi tiitrimistes ekvivalentsuspunkti saavutamiseks vajalikku lahuse mahtu. Täpsete tulemuste saamiseks on oluline alati pöörata tähelepanu reaktsiooni stöhhiomeetriale ja kasutada tiitrimise põhivalemit õigesti. Pidev harjutamine erinevat tüüpi probleemidega aitab tugevdada teie arusaamist happe-aluse tiitrimisest analüütilises keemias.
