Kvantitativna hemijska analiza VOLUMETRIJAanaliticka.tmf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2016/12/Volumetrija-NEUTRAL... · HCl, potpuno disosovanu, i neutralnu so, NaCl, jak elektrolit,

Kvantitativna hemijska analiza

VOLUMETRIJA

Principi, tehnika i osnovne operacije u volumetriji.

Titracija.

Proračuni u volumetriji. Titar.

Primeri konkretnih volumetrijskih odreĎivanja.

Hemijska ravnoteže u homogenim sistemima.

• Ravnoteže u rastvorima kiselina i baza (izračunavanje pH vrednosti rastvora)

• Ravnoteže u rastvorima kompleksnih jedinjenja

• Ravnoteže u teško rastvornih soli

• Ravnoteže u redoks sistemima

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Burette.svg

nA : nB = a : b,

,1000

: BB

A

A b:acV

M

m

1000b

a ABBA

McVm ,

wA (%) = 1000

ABB McV

b

a

u

100

m

Izračunavanja u volumetriji

V (cm3)

0,05 cm3

VOLUMETRIJSKE METODE

• KOMPLEKSOMETRIJSKE

• TALOŽNE

• REDOKS

------------------------------------------------------------ titraciono sredstvo (standardizacija)

- indikator

- primena

- izračunavanje

Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije

Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije se zasnivaju na

reakcijama elektrolita koji imaju kiselinsko/bazna svojstva

pri čemu nastaje slabo disosovano jedinjenje – voda.

Titrant

U acidimetriji se kao standardni titracioni rastvori koriste

rastvori kiselina: HCl ili H2SO4.

U alkalimetriji se kao standardni titracioni rastvori koriste

rastvori baza: NaOH ili KOH.

Standardizacija titranta

Rastvori HCl i H2SO4 nemaju odlike primarnog standarda, posle pripremanja

rastvora neophodna je standardizacija. Za standardizaciju kiselina koriste se

primarni standardi: bezvodni natrijum-karbonat, Na2CO3, ili natrijum-tetraborat-

dekahidrat (boraks), Na2B4O7 10H2O.

Indikatori

Izbor indikatora vrši se na osnovu analize vrednosti pH

rastvora u ekvivalentnoj tački titracije i na osnovu analize

krive titracije. Kao indikatori koriste se slabe organske

kiseline ili slabe organske baze tzv. kiselinsko-bazni indikatori,

od kojih su najpoznatiji metiloranž, fenolftalein,

bromtimolplavo i drugi.

Karakteristična reakcija u toku titracije:

H3O+(aq) + OH

-(aq) = 2H2O

Odnos molova u toku titracije: određuje se posebno za pojedinačna određivanja.

Osetljivost, Granica određivanja

Najmanja koncentracija koja može da se odredi neutralizacionom titracijom je

oko 5 mg/dm3.


Karakteristična izračunavanja

Pri titraciji HCl rastvorom NaOH:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

n(HCl): n(NaOH) = 1: 1

a = b = 1

m(HCl) =1000

)HCl()NaOH()NaOH( McV

Pri titraciji Na2CO3 rastvorom HCl:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2CO3

n(Na2CO3): n(HCl) = 1: 2

a = 1, b = 2

m(Na2CO3) =2

1

1000

)CONa()NaOH()NaOH( 32McV


1000b

a 32

32

CONaHClHCl

CONa

McVm

1. Uzorak mase 0,1800 g rastvoren je i titrisan rastvorom HCl

koncentracije 0,100 mol/dm3. Za titraciju, uz indikator metiloranž,

utrošeno je 1,80 cm3 rastvora HCl. Izračunati maseni udeo NaHCO3 u

smeši (vodeći računa o broju značajnih cifara i zaokruživanju).

Podatak: M(NaHCO3) = 84,00 g/mol

Rešenje:

NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl

n(NaHCO3): n(HCl) = 1: 1

m(NaHCO3)=1000

)NaHCO()HCl()HCl( 3McV=

1000

00,84100,080,1= 0,0151 g

w(NaHCO3)=m(NaHCO3)u

100

m= 0,0151

1800,0

100=8,40 %


Primeri izračunavanja



• U cilju određivanja čistoće natrijum-hidroksida,

odmereno je 4,9176 g granula NaOH, rastvoreno i

preneto u merni sud od 250,0 cm3. Pipetom je

odmereno 25,00 cm3 rastvora koji je titrisan rastvorom

H2SO4, pri čemu je utrošeno 34,15 cm3.

• Za standardizaciju rastvora H2SO4 korišćen je natrijum-

karbonat: za 0,2008 g Na2CO3 utrošeno je 42,05 cm3

rastvora H2SO4.

• Izračunati maseni procenat NaOH u ispitivanom uzorku.

• (M NaOH = 40,00 g/mol, = 106,00 g/mol)

STANDARDIZACIJA

Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CO3(aq); a = 1, b = 1

3

CONa4SOH

CONa

SOH dm/mol04500,000,10605,42

10002008,01000

a

b

322

32

42 MV

mc

c42SOH = 0,04500 mol/dm3

TITRACIJA

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O(l); a = 2, b = 1

uzorka

NaOHSOH4SOH

NaOH

10010

1000b

a 422

m

McVw

%00,259176,4

00,4004500,015,342NaOHw

wNaOH = 25,00 %



Indikatori

0 10 20 30 40 50

0

2

4

6

8

10

12

14

IV. NaCl + NaOH

e.t. III. NaCl + H2O

II. HCl + NaCl

I. HCl

pH

VNaOH

(cm3)

Slika III.2.1 Kriva neutralizacione titracije, titracije jake kiseline, HCl, jakom bazom, NaOH

Indikatori

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

e.t.

IV. NaCl + HCl

III. NaCl + H2O

II. NaOH + NaClI. NaOH

pH

VHCl

(cm3)

Slika III.2.1.1 Titraciona kriva za titraciju 25,00 cm

3 rastvora NaOH koncentracije

0,100 mol/dm3 rastvorom HCl iste koncentracije

metiloranž

fenolftalein

Indikatori

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

e.t.

IV. CH3COONa + NaOH

III. CH3COONa

II. CH3COOH / CH

3COONa

I. CH3COOH

pH

VNaOH

(cm3)


3 rastvora CH3COOH koncentracije

0,100 mol/dm3 rastvorom NaOH iste koncentracije

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

e.t.

IV. NH4Cl + HCl

III. NH4Cl

II. NH3 / NH

4Cl

I. NH3

pH

VHCl

(cm3)


3 rastvora NH3 koncentracije


Indikatori

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(e.t.)2

(e.t.)1

VI. HPO4

2- / PO

4

3-

V. HPO4

2-

IV. H2PO

4

- / HPO

4

2-

III. H2PO

4

-

II. H3PO

4 / H

2PO

4

-

I. H3PO

4

pH

VNaOH

(cm3)


3 rastvora H3PO4

koncentracije 0,100 mol/dm3 rastvorom NaOH iste koncentracije

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(e.t.)2

(e.t.)1

VI. H2CO

3 / HCl

V. H2CO

3

IV. NaHCO3 / H

2CO

3

III. NaHCO3

II. Na2CO

3 / NaHCO

3

I. Na2CO

3

pH

VHCl

(cm3)


3 rastvora Na2CO3 koncentracije


Karakteristične tačke (oblasti) titracije:

• I PRE POČETKA TITRACIJE

• II TOK TITRACIJE

• III EKVIVALENTNA TAČKA

• IV POSLE EKVIVALENTNE TAČKE

Titracija jake kiseline jakom bazom

Titracija 25,00 cm3 rastvora HCl rastvorom NaOH.

Koncentracije 0,100 mol/dm3

0 10 20 30 40 50

0

2

4

6

8

10

12

14

IV. NaCl + NaOH

e.t. III. NaCl + H2O

II. HCl + NaCl

I. HCl

pH

VNaOH

(cm3)

Slika III.2.1 Kriva neutralizacione titracije, titracije jake kiseline, HCl, jakom bazom, NaOH

Pre početka titracije:

Količina prisutne kiseline = Va ∙ Ca

Pre ekvivalentne tačke:

Količina dodate baze = Vb∙Cb

Količina preostale kiseline = Va∙Ca - Vb∙Cb

Koncentracija kiseline pre ekvivalentne tačke

(a odatle i [H+]):

[H+] = na / Vtot = [Va∙Ca - Vb∙Cb] / (Va + Vb)

U ekvivalentnoj tački:

- prisutni samo NaCl i H2O

[H+] = [OH-] = 10-7 mol/L

pH = 7

Posle ekvivalentne tačke:

[OH-] = nb / Vtot = [Vb∙Cb - Va∙Ca] / (Va + Vb)



I. pH na početku titracije: rastvor sadrži HCl, jak elektrolit potpun disosovan na jone,

H3O+ i Cl .

[H3O+] = cHCl = 1 1 0,1000 mol/dm3 = 0,1000 mol/dm3 ; pH = 1,00

II. pH od početka titracije do ekvivalentne tačke: rastvor sadrži neistitrisanu količinu

HCl, potpuno disosovanu, i neutralnu so, NaCl, jak elektrolit, potpuno disosovan

na jone, Na+ i Cl-, koji ne podležu promeni, nisu protoliti i ne utiču na kiselost

rastvora. Do e.t. zanemaruje se disocijacija vode. Dodato 10,00 cm3 rastvora NaOH:

1,36pH;dm/mol104,28635,00

0,100010,000,100025,00]O[H 32-

3

(3) Dodato 24,00 cm3 NaOH

02,7pH;dm/mol102,04149,00

0,100024,000,100025,00]O[H 33-

3

III. pH u ekvivalentnoj tački: u rasvoru se nalazi samo so NaCl, jak elektrolit,

potpuno disosovan na jone, Na+ i Cl-, koji ne podležu promeni, nisu

protoliti i ne utiču na kiselost rastvora.

Dodato 25,00 cm3 rastvora NaOH

IV. pH posle ekvivalentne tačke: u rastvoru se nalaze samo NaCl (potpuno

disosovan na jone) i višak dodatog rastvora NaOH (potpuno disosovan)

Dodato 25,05 cm3 NaOH

pH= 14,00 – 4,00 = 10,00

00,7pH;dm/mol1000,1]OH[]O[H 37w3 K

4,00;pOH ;dm/mol5109,99050,05

0,100025,00-0,100025,05][OH 3


Kriva titracije

Titracija 25,00 cm3 rastvora NaОH rastvorom HCl.

Koncentracije 0,100 mol/dm3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

e.t.

IV. NaCl + HCl

III. NaCl + H2O

II. NaOH + NaClI. NaOH

pH

VHCl

(cm3)


3 rastvora NaOH koncentracije


metiloranž

fenolftalein

Titracija slabe kiseline jakom bazom

Titracija 50,00 cm3 0,100 M HAc (Ka = 1.8∙10-5 ) rastvorom 0,100 M NaOH

Pre ekvivalentne tačke:

HAc + NaOH ⇋ H2O + NaAc

za Ka < 10-4 →

U ekvivalentnoj tački: samo NaAc i H2O

A NaAc kao so slabe kiseline i jake baze podleže HIDROLIZI !!!

;

Pre početka titracije:

- prisutna samo HAc (slaba kiselina) 0aH K c

PUFER a

a

s

cH K

c

w s

a

K cOH

K


Sva HAc je potrošena, a višak OH- sprečava hidrolizu Ac

- (princip Le

Chatelier-a):

Ac- + H2O ⇋ HAc + OH

-

pa se [OH-] izračunava kao i pri titraciji jake kiseline jakom bazom:

[OH-] = nb / Vtot = [Vb∙cb - Va∙ca] / (Va + Vb)

Titracija slabe kiseline jakom bazom

Titracija slabe baze jakom kiselinom

Titracija 100,00 mL 0,100 M NH3 (Kb = 1.8∙10-5 ) 0,100 M HCl

Pre početka titracije: prisutan samo NH3 (slaba baza)

za Kb 10-4 Pre ekvivalentne tačke:

HCl + NH3 ⇋ NH4Cl PUFER

Dodatkom HCl nastaje NH4Cl i preostaje neizreagovali NH3, dakle u

rastvoru imamo smešu slabe baze i njene soli, a to je PUFER

za Kb < 10-4 →

U ekvivalentnoj tački: samo NH4Cl i H2O

A NH4Cl kao so slabe baze i jake kiseline podleže HIDROLIZI !!!

0bOH K c

bb

s

cOH K

c

w s

b

K cH

K


Sav NH3 je proreagovao, a višak H+ sprečava hidrolizu NH4+ (princip Le

Chatelier-a):

NH4+ + H2O ⇋ NH4OH + H+

pa se [H+] izračunava kao i pri titraciji jake baze jakom kiselinom:

[H+] = na / Vtot = [Va∙Ca – Vb∙Cb] / (Va + Vb)

Titracija slabe baze jakom kiselinom

I. pH vrednost rastvora pre početka titracije, VHCl = 0,00 cm3, u rastvoru samo NH3

.11,13pOH14pH;2,87]log[OHpOH

;dm/mol101,340,1000101,8][OH

;mol/dm0000,1

335NHNH

3NH

33

3

cK

c

II. pH vrednost od početka titracije do ekvivalentne tačke

VHCl=10,00 cm3, u rastvoru se nalazi puferska smeša NH3/NH4Cl:

.10,21pH3,79;pOH

;dm/mol101,61,00

9,00101,8][OH

;dm/mol110,0

1,00

110,0

0,100010,00

;dm/mol110,0

9,00

110,0

0,100010,000,1000100,0

V

345

ClNH

NH

NH

3

rastvora

HClHClClNH

3

rastvora

HClHClNHNH

NH

4

3

3

4

33

3

c

cK

V

cVc

cVcVc

Titracija slabe baze jakom kiselinom Praktikum 157-159

Titracija 100,0 cm3 0,100 M NH3 (Kb = 1.8∙10-5 ) 0,100 M HCl

III. pH vrednost rastvora u ekvivalentnoj tački

VHCl = 100,0 cm3 , u rastvoru se nalazi samo NH4Cl koji hidrolizuje:

);aq(OH)aq(NH)l(OH)aq(NH 3324

.5,28pH ,dm/mol105,3105,000101,8

101,0OH

,dm/mol105,000200,0

0,1000100,0

362

5

14

ClNH

NH

w3

32

rastvora

NHNH

ClNH

4

3

33

4

cK

K

V

cVc

IV. pH vrednost rastvora posle ekvivalentne tačke

VHCl = 110,0 cm3, u rastvoru se nalazi NH4Cl

kao produkt titracije i višak dodatog rastvora HCl:

.32,2pH

dm/mol10760,40,210

00,101000,0

)ClNHhidrolizusuzbijaHCl(

,]OH[]OH[]OH[

33HCl

4

ClNH3HCl33 4

c

Titracija slabe baze jakom kiselinom Titracija 100,0 mL 0,100 M NH3(Kb = 1.8∙10-5 ) 0,100 M HCl

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl

fenolftalein

Primer: Titracija natrijum-karbonata jakom kiselinom

Na2CO3 + 2HCl = H2CO3 + 2NaCl

metil-oranž

NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl

metil-oranž

Na2CO3 2Na+ + CO32-

CO32- + H+ HCO3

- I e.t.

HCO3- + H+ H2CO3 II e.t.

Titracija soli koje hidrolizuju

Primer: Titraciona kriva za titraciju 25,00 cm3 Na2CO3

konc. 0,1 mol/dm3 rastvorom HCl iste koncentracije

I Na2CO3 [OH-] = pH=11,65

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(e.t.) 2

(e.t.) 1

VI. H 2 CO

3 / HCl

V. H 2 CO

3

IV. NaHCO 3 / H

2 CO

3

III. NaHCO 3

II. Na 2 CO

3 / NaHCO

3

I. Na 2 CO

3

pH

V HCl

(cm 3 )

32CONa

2

cK

Kw

II Na2CO3/NaHCO3 [OH-] = K2

pH=10,92 za V(HCl)=5,00 cm3 32

3

CONa

NaHCO

c

c

III NaHCO3 [H3O+] = pH=8,34

21KK;

IV NaHCO3/H2CO3 [H3O+] = K1

pH= 6,96 , za V(HCl)=30 cm3 3

32

NaHCO

COH

c

c

V H2CO3 [H3O+] = pH=3,92

32COH1 cK

VI H2CO3/HCl [H3O+] = cHCl pH=2,70

za V(HCl)=51,50 cm3

Primer: Titracija fosforne kiseline jakom bazom

• H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O I e.t.

• NaH2PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O II e.t.

• Na2HPO4 + NaOH = Na3PO4 + H2O III e.t.

na 25 o C3

1423243 105,7;)aq(POH)aq(OH)l(OH)aq(POH K

na 25 o C82

243242 102,6;)aq(HPO)aq(OH)l(OH)aq(POH K

na 25 o C133

3432

24 108,4;)aq(PO)aq(OH)l(OH)aq(HPO K

Titracija poliprotonskih (višebaznih) kiselina

Primer: Titracija fosforne kiseline jakom bazom

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(e.t.)2

(e.t.)1

VI. HPO4

2- / PO

4

3-

V. HPO4

2-

IV. H2PO

4

- / HPO

4

2-

III. H2PO

4

-

II. H3PO

4 / H

2PO

4

-

I. H3PO

4

pH

VNaOH

(cm3)


3 rastvora H3PO4


Titracija poliprotonskih (višebaznih) kiselina

VII [OH-] = pH = 12,36

II [H3O+] = K1 za V(NaOH)=15 cm3 pH =2,30

VI [H3O+] = K3 pH = 11,72

za V(NaOH)=55 cm3

V [H3O+] = pH = 9,76

IV [H3O+] = K2 za V(NaOH)=40 cm3 pH =7,38

III [H3O+] = pH =4,67

I [H3O+] = pH =1,56

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

(e.t.)2

(e.t.)1

VI. HPO4

2- / PO

4

3-

V. HPO4

2-

IV. H2PO

4

- / HPO

4

2-

III. H2PO

4

-

II. H3PO

4 / H

2PO

4

-

I. H3PO

4

pH

VNaOH

(cm3)


3 rastvora H3PO4


NEUTRALIZACIONE TITRACIJE ( Titracija fosforne kiseline)

Primer: Titracija 25,00 cm3 H3PO4 konc. 0,1 mol/dm3 rastvorom NaOH

iste koncentracije

43POH1 cK

42

43

PONaH

POH

c

c

21KK

42

42

HPONa

PONaH

c

c

32KK

43

42

PONa

HPONa

c

csoli

3

cw

K

K3

4PO VII.3(e.t.)

m.o.

f.f.

Documents

Kvantitativna hemijska analiza VOLUMETRIJAanaliticka.tmf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2016/12/Volumetrija-NEUTRAL... · HCl, potpuno disosovanu, i neutralnu so, NaCl, jak elektrolit,