Kiedy chemicy muszą znaleźć stężenie substancji rozpuszczonej w roztworze, często używają techniki zwanej miareczkowaniem. Dodając substancję chemiczną, która reaguje z substancją rozpuszczoną, aż cała substancja rozpuszczona zostanie zneutralizowana, chemik może określić, ile było pierwotnie obecne - a tym samym stężenie roztworu. Problemy z miareczkowaniem z kwasami i zasadami są częstymi zadaniami w pracach domowych i testach na zajęciach z chemii.
Określ, czy analit (substancja chemiczna rozpuszczona w roztworze) i titrant (substancja chemiczna dodawana w celu zneutralizowania substancji rozpuszczonej) są mocnymi kwasami czy zasadami. Kwas jest substancją, która oddaje protony, podczas gdy zasada jest substancją pochłaniającą protony. Jeśli substancja rozpuszczona jest zasadą, titrant będzie kwasem i na odwrót. Kwas solny, kwas azotowy, kwas siarkowy, kwas nadchlorowy, kwas bromowodorowy i kwas jodowodorowy są powszechne mocnymi kwasami, natomiast wodorotlenki litu, sodu, potasu, rubidu, wapnia, strontu i baru są mocnymi zasadami. Aby uzyskać listę popularnych kwasów i zasad, zobacz łącze w sekcji Zasoby.
Określ, czy produktem reakcji miareczkowania będzie sól obojętna czy zasadowa/kwaśna. Gdy mocna zasada i mocny kwas reagują ze sobą, produkt jest solą obojętną (sól o pH 7); reakcja między kwasem solnym i wodorotlenkiem sodu daje na przykład chlorek sodu, który nie jest ani zasadowy, ani kwaśny. Silny kwas reagujący ze słabą zasadą daje jednak sól kwasową, podczas gdy silna zasada reagująca ze słabym kwasem daje sól zasadową. Miareczkowania prawie nigdy nie przeprowadza się przy użyciu kombinacji słabego kwasu i słabej zasady, ponieważ trudniej byłoby znaleźć punkt równoważnikowy dla tego rodzaju miareczkowania.
Zapisz, co wiesz, i dowiedz się, o co prosi problem. Zazwyczaj zadanie domowe lub zadanie testowe tego rodzaju daje informacje o tożsamości titranta i analitu, objętości analitu i stężenia titranta. Problem może dać ci ilość titranta potrzebną do osiągnięcia równoważności (punktu, w którym cała substancja rozpuszczona została zneutralizowana) i poprosić cię o znalezienie pH przy równoważność i stężenie oryginalnego roztworu lub może podać stężenie zarówno titranta, jak i substancji rozpuszczonej, a następnie poprosić o znalezienie pH na każdym etapie reakcja. Każdy rodzaj problemu będzie wymagał innej strategii.
Zapisz zbilansowane równanie chemiczne dla reakcji między kwasem a zasadą (zazwyczaj zostanie to również podane w zadaniu). Określ stosunek reagentów za pomocą równania chemicznego, tj. ile cząsteczek jednej substancji chemicznej jest potrzebnych do reakcji z jedną cząsteczką drugiej.
Użyj danych, które otrzymałeś, aby obliczyć pH na każdym etapie reakcji, jeśli problem wymaga tego (jeśli nie, pomiń ten krok i przejdź do kroku 6). W zależności od tożsamości analitu i titranta istnieją cztery możliwości.
1) Jeśli analitem jest mocny kwas, a titrant jest silną zasadą, pH jest tylko ujemnym logarytmem stężenia analitu. Aby obliczyć stężenie analitu, odejmij liczbę moli titranta dodanego do tego punktu, a następnie podziel przez całkowitą objętość (początkowa objętość analitu + objętość dodanego titranta).
2) Jeśli analitem jest mocna zasada, a titrant mocnym kwasem, kroki, które wykonujesz, są takie same jak w (1), z tą różnicą, że ujemny logarytm stężenia analitu da pOH zamiast pH. Aby przeliczyć pOH na pH, odejmij je od 14.
3) Jeśli analit jest słabym kwasem, a titrant jest silną zasadą, użyj równania Hendersona-Hasselbalcha, pH = pKa + log ( [stężenie sprzężonej zasady] / stężenie pozostałego słabego kwasu ). Ilość zasady sprzężonej jest równa ilości titranta dodanego do tej pory; podziel go przez całkowitą objętość, aby znaleźć stężenie. Wartości pKa dla wielu słabych kwasów są wymienione w tabeli połączonej z sekcją Zasoby.
4) Jeśli analit jest słabą zasadą, a titrant jest mocnym kwasem, użyj innej formy Równanie Hendersona-Hasselbalcha, pOH = pKb + log ( [stężenie sprzężonego kwasu] / pozostała słaba zasada stężenie). Następnie przekształć pOH na pH, odejmując od 14.
Znajdź równoważne pH, jeśli problem wymaga tego. W przypadku mocnego kwasu połączonego z mocną zasadą równoważne pH wynosi 7. W przypadku titranta silnie kwasowego i analitu słabej zasady, weź liczbę moli pierwotnie obecnej słabej zasady i podziel przez nową objętość całkowitą (pierwotna objętość analitu + objętość titranta dodanego w celu osiągnięcia równoważności), aby znaleźć stężenie, a następnie weź ujemny logarytm tego stężenie. Procedura dla titranta silnej zasady ze słabym analitem kwasowym jest taka sama, z wyjątkiem tego, że po wykonaniu log ujemny będziesz miał pOH, a nie pH, więc musisz przekonwertować je na pH, odejmując je od 14.
Znajdź pierwotne stężenie analitu, jeśli wymaga tego problem. Objętość dodanego titranta w celu osiągnięcia równoważności pomnożona przez molarność lub stężenie titranta daje liczbę moli dodanego titranta. Liczba moli dodanego titranta pomnożona przez stosunek reagentów znaleziony w kroku 4 jest równa liczbie moli pierwotnie obecnego analitu. Podziel liczbę moli analitu przez pierwotną objętość analitu, aby znaleźć stężenie analitu.
Wskazówki
Ta procedura zakłada stosunek 1 do 1 między kwasem a zasadą w reakcji neutralizacji – co jest typowym rodzajem problemu, który zobaczysz w ogólnym teście z chemii.
Ostrzeżenia
Podczas znajdowania stężeń na poziomie równoważności lub przed nim, weź pod uwagę objętość dodawanego titranta.
