Zuur-base titraties - Deel I

Hoofdstuk 9
De zuur-base titraties
9.1 Inleiding
Zuur-base titraties zijn gebaseerd op een zuur-base reactie waarbij een zuur reageert met een equivalente hoeveelheid base.

Het equivalentiepunt kan worden gedetecteerd door een chemische
zuur-base indicator.

Begin titratie Equivalentiepunt
Bron: N. Tro, Introductory Chemistry 3rd Ed., Prentice Hall, 2009
Analytische Chemie 1 BLT – 1 Chemie Tom Mortier

9.1 Inleiding

Het equivalentiepunt kan ook worden gedetecteerd door de pH-verandering te volgen met een pH-meter

pH
Equivalentiepunt

Aantal ml NaOH 0,100 M toegevoegd
Bron: J. McMurry, R. C. Fay, Chemistry 4th Ed., Prentice Hall, 2004
Merk op!
Herhaal de theorie van de zuren en de basen uit de cursus “Beginselen van de chemie” of “Algemene
Chemie” met de bijbehorende pH-berekeningen!

9.2 Berekening van de pH van oplossingen
Korte herhaling van de zuur-base theorie en de pH-berekeningen!
Herhaal de theorie van de zuren en de basen uit de cursus “Beginselen van de chemie” of “Algemene
Chemie” met de bijbehorende pH-berekeningen!
9.2.1 Vereenvoudigde berekeningen van de pH van sterke monozuren & sterke monobasen
Sterke monozuren
Algemeen
Voor reactie:
Tijdens reactie:
Na reactie:

Kwantitatieve (quasi volledige) dissociatie

Sterke monobasen
Voorbeeld
Voor reactie:
Tijdens reactie:
Na reactie:

Kwantitatieve (quasi volledige) dissociatie


9.2 Berekening van de pH van oplossingen
Ionenproduct van water (zie pagina 10!)

Concentratie van water t.o.v. H+ en OH– ionen is gigantisch in verdunde oplossingen en is bijgevolg quasi constant!


9.2.2 Vereenvoudigde pH-berekeningen van zwakke monozuren en zwakke monobasen
Zuurconstanten en baseconstanten (zie pagina 11!)
Zwakke monozuren
Voorbeeld
Zwak zuur

Zuur dissociatieconstante of
zuurconstante!

Zwakke monobasen

Voorbeeld

Zwakke base

Base dissociatieconstante of
baseconstante!
Merk op!
[H2O] zit in de evenwichtsconstanten K z en K b!


Dissociatieconstanten voor geconjugeerde zuur/base paren (zie pagina 12)
Voorbeeld

Zwakke base

Zwak zuur


Vereenvoudigde berekening van de pH in oplossingen van zwakke zuren (!)
Algemeen
Zwak zuur

Ionenproduct van water

Ladingsbalans Elektrische neutraliteit betekent dat ∑[+] = ∑[–]

Eerste benadering

De oxoniumionen komende van de eerste evenwichtsreactie overstijgen de dissociatie van water

De som van de molaire concentraties van het zwakke zuur en de geconjugeerde base is gelijk aan de analytische
concentratie van het zuur CHA

Massabalans


Vereenvoudigde berekening van de pH in oplossingen van zwakke zuren (!)

De positieve oplossing van bovenstaande kwadratische vergelijking is

Tweede benadering


Vereenvoudigde berekening van de pH in oplossingen van zwakke basen (!)
Voorbeeld Analoog aan de voorgaande uitwerking!
Zwakke base

Ionenproduct van water

Ladingsbalans Elektrische neutraliteit betekent dat ∑[+] = ∑[–]

Eerste benadering

De hydroxide-ionen komende van de eerste evenwichtsreactie overstijgen de dissociatie van water

De som van de molaire concentraties van de zwakke base en het geconjugeerd zwak zuur is gelijk aan de
analytische concentratie van de zwakke base Cb

Massabalans


Vereenvoudigde berekening van de pH in oplossingen van zwakke basen (!)

Tweede benadering


Vereenvoudigde berekening van de pH in bufferoplossingen (!)
Buffers van zwakke zuren/geconjugeerde base
Algemeen

Verwaarlozen

Benadering
Massabalans


Vereenvoudigde berekening van de pH in bufferoplossingen (!)
Buffers van zwakke zuren/geconjugeerde base
De Henderson-Hasselbach vergelijking

Buffers van zwakke basen/geconjugeerde zuren
Quasi volledig analoog als de voorgaande uitwerking. Men zal meestal trachten om de vergelijkingen te
vereenvoudigen zodanig dat de voorgaande vereenvoudigde formule om de pH te berekenen kan gebruikt
worden.


9.3 De zuur-base indicatoren
9.3.1 Bepaling
Zuur-base indicatoren = zwak organisch zuur of een zwak organische base

Een zwak zure indicator IndH

kleur zuur kleur base

Verschillende kleur door structuurwijzigingen
Principe van Le Châtelier

Een zwak organische indicator IndOH

kleur base kleur zuur
Verschillende kleur door structuurwijzigingen

Merk op! Het is voldoende als één van beiden gekleurd is.


Enkele representatieve voorbeelden van zuur-base indicatoren in Tabel 9.1 uit de cursus pagina 83


Enkele voorbeelden van zuur-base indicatoren

Indicator

Methylviolet geel violet

Thymolblauw rood geel geel blauw

Methyloranje rood geel-oranje

Broomcresolgroen geel blauw

Methylrood rood geel

Chloorfenolrood geel rood

Broomthymolblauw geel blauw

Fenolrood geel rood

Fenolftaleïne kleurloos rood

Thymolftaleïne kleurloos blauw

Alizarine geel geel violet

Bron: J. McMurry, R. C. Fay, Chemistry 4th Ed., Prentice Hall, 2004


9.3.2 Omslagpunt van de zuur-base indicator


Omslagpunt is bereikt wanneer [IndH] = [Ind–]

Besluit
Het omslagpunt van een zwak zure indicator is bereikt wanneer pH = pKzIndH/Ind-


9.3.3 Omslaggebied van de zuur-base indicator


i) Kleur van IndH als

ii) Kleur van Ind– als

Omslaggebied:


9.3.3 Omslaggebied van de zuur-base indicator
Schematisch

omslaggebied

omslagpunt

De overgang van de kleur van IndH naar de kleur van Ind– gebeurt door een verandering van 2 pH-eenheden


9.4 Titratiecurven met een enkel equivalentiepunt
9.4.1 Titratie van een sterk monozuur met een sterke monobase
Voorbeeld Titratie van 20,0 ml HCl 0,100 M met NaOH 0,200 M als titrans

0

Titratiereactie
10

20

30 Berekeningen

40
• [H+] in de erlenmeyer ifv VT toegevoegd
• [OH-] in de erlenmeyer ifv VT toegevoegd
50
• pH van de oplossing in de erlenmeyer ifv VT toegevoegd.

Grafisch weergeven!


Vereenvoudigde berekeningswijze
Titratie van een sterk monozuur met een sterke monobase
1. a) pH-formule bij 0 ml toegevoegd titrans is de formule van de pH van een sterk zuur.

b) pH-formule tussen 0 ml en 10 ml toegevoegd titrans is de formule van de pH van een sterk zuur
berekend op basis van de resterende hoeveelheid sterk zuur

2. Equivalentiepunt: neutrale oplossing

3. Voorbij equivalentiepunt pH berekenen uit de overmaat toegevoegde OH–

Simulatie met Excel Bijlage A pagina 171


Grafische bepaling van het equivalentiepunt
14,00

12,00

10,00

Fenolftaleïne
8,00
pH

Equivalentiepunt
Broomthymolblauw
6,00

4,00
Methyloranje
2,00

0,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

# ml NaOH 0,200 M
Simulatie van een titratiecurve van 20,0 ml HCl 0,100 M met NaOH 0,200 M op basis van de vereenvoudigde
berekeningswijze

Eindpuntdetectie met zuur-base indicatoren
Broomthymolblauw (6,0 – 7,6) & fenolrood (6,4 – 8,0) zijn het best.
Meestal echter fenolftaleïne (8,0 – 9,6)

Bron: N. Tro, Introductory Chemistry, 3rd Ed., Pearson Prentice Hall, 2009


9.4.2 Titratie van een zwak monozuur met een sterke monobase
Voorbeeld Titratie van 10,0 ml azijnzuur 0,200 M met NaOH 0,100 M als titrans

0

Titratiereactie
10

20

30
Vereenvoudigde Berekeningen
40

50



Titratie van een zwak monozuur met een sterke monobase
1. pH bij 0 ml toegevoegd titrans berekenen uit de vereenvoudigde formule van de pH van een zwak zuur.

2. pH tussen 0 ml en voor het equivalentiepunt (10 ml) berekenen uit de formule van de pH van een
bufferoplossing of de Henderson-Hasselbach vergelijking.

3. Op het equivalentiepunt pH berekenen uit de vereenvoudigde formule van de pH van een zwakke
geconjugeerde base.

4. Voorbij equivalentiepunt pH berekenen uit overmaat toegevoegde OH–

Simulatie met Excel Bijlage B pagina 172


14,00

12,00

10,00

Equivalentiepunt Fenolftaleïne
8,00
pH

6,00
Bufferzone

4,00

2,00

0,00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

# ml NaOH 0,100 M
Simulatie van een titratiecurve van 10,0 ml CH3COOH 0,200 M met NaOH 0,100 M op basis van de vereenvoudigde
berekeningswijze.
Merk op dat voor de eindpuntdetectie fenolftaleïne (8,0 – 9,6) wordt gebruikt!

9.4.3 Titratie van een zwakke monobase met een sterk monozuur
Voorbeeld Titratie van 20,0 ml NH3 0,100 M met HCl 0,100 M als titrans

0

Titratiereactie
10

20

30
Vereenvoudigde Berekeningen
40

50


Titratie van een zwak monozuur met een sterke monobase
1. pH bij 0 ml toegevoegd titrans berekenen uit de vereenvoudigde formule van de pH van een zwak base.

2. pH tussen 0 ml en voor het equivalentiepunt (10 ml) berekenen uit de formule van de pH van een
bufferoplossing NH3/NH4+ of de Henderson-Hasselbach vergelijking.

3. Op het equivalentiepunt pH berekenen uit de vereenvoudigde formule van de pH van een zwak
geconjugeerd zuur.

4. Voorbij equivalentiepunt pH berekenen uit overmaat toegevoegde H+

Simulatie met Excel Bijlage C pagina 173


12,00

10,00 Bufferzone

8,00
pH

6,00
Equivalentiepunt
Methylrood
4,00
Broomcresolgroen

2,00

0,00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

# ml HCl 0,100 M
Simulatie van een titratiecurve van 20,0 ml NH_3 0,100 M met HCl 0,100 M op basis van de vereenvoudigde
berekeningswijze.
Voor de eindpuntdetectie kan methylrood (6,3 – 4,2) en broomcresolgroen (5,4 – 3,6) worden gebruikt!

9.4.4 Besluiten
Titratiecurven met een enkel equivalentiepunt
• Een sterk zuur is te titreren door een sterke base (of omgekeerd) op voorwaarde dat de concentratie aan het
zuur en de base niet lager ligt dan 10-5 M.
• Een zwak zuur is te titreren door een sterke base op voorwaarde dat
- het zuur niet te zwak is (KzHA/A– ¸ 10-8)
- de concentratie van het zuur en van de base niet te klein is

• Een zwakke base is te titreren door een sterk zuur op voorwaarde dat
- de zwakke base niet te zwak is (KbA–/HA}¸ 10-8)
- de concentratie van het zuur en van de base niet te klein is.

• Een zwak zuur is niet te titreren door een zwakke base.


9.5 Titratiecurven met meerdere equivalentiepunten
We slaan dit even over tot na de paasvakantie (les 11 of 12).
Theoretisch moeilijk met verschillende afleidingen!


9.6 Standaardisatie Pagina 92 in de cursus!
Zuren of basen (bvb. HCl of NaOH) moeten gestandaardiseerd worden tov een primaire standaard.

Primaire standaard (voorwaarden)
• kleurloos zijn;
• geen reacties aangaan met bestanddelen uit de lucht; Werkwijze
• een hoge valmassa hebben;
• gemakkelijk af te wegen zijn; Primaire standaardstof
• gemakkelijk zuiver te bekomen zijn. Exact gekende massa

Exact gekende concentratie
+ Indicator

Titreren met zuur of base tot het equivalentiepunt bereikt is Exact gekend
volume

Zuur of base met exact gekende concentratie!


9.6.1 Standaardisatie van een zuur
a. Met Na2CO3
Na2CO3 kan men in zeer zuivere toestand bekomen.
Titratiereacties
Eerste equivalentiepunt

Tweede equivalentiepunt

In de praktijk tot het tweede equivalentiepunt titreren met een geschikte indicator

b. Borax (Na2B4O7∙10H2O)

Titratiereactie


9.6.1 Standaardisatie van een sterke base
Verschillende goede primaire standaarden voor NaOH.
Meestal zwak oganische zuren welke een indicator vergen met een omslaggebied in basisch midden.
O
a. Kaliumwaterstofftalaat
C
OK

OH
C

O
O O

C C
O O
OH H2O
OH O
C C

O O


b. Benzoëzuur O

C
OH

O O

C C
OH O
OH H2O

Opmerking! Benzoëzuur lost niet erg goed op in water!


c. Oxaalzuurdihydraat O

HO C 2H2O
C OH

O
O O

HO C O C
2OH 2H2O
C OH C O

O O

d. Kaliumwaterstofjodaat (KH(IO3)2)

Opmerking! Niet hygroscopisch en een hoge valmassa. Vrij sterk zuur!


Zuur-base titraties - Deel I

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Zuur-base titraties - Deel I

Ähnlich wie Zuur-base titraties - Deel I (7)

Mehr von Tom Mortier

Mehr von Tom Mortier (12)

Zuur-base titraties - Deel I