En vanlig typ av kemiexperiment som kallas titrering bestämmer koncentrationen av ett ämne löst i en lösning. Syrabas-titreringar, där en syra och en bas neutraliserar varandra, är det vanligaste slaget. Den punkt vid vilken all syra eller bas i analyten (lösningen som analyseras) har neutraliserats kallas ekvivalenspunkten; beroende på syran eller basen i analyten kommer vissa titreringar också att ha en andra ekvivalenspunkt. Du kan enkelt beräkna lösningens pH vid andra ekvivalenspunkten.
Bestäm om syra eller bas var närvarande i analyten, vilken syra eller bas som var närvarande och hur mycket av den var närvarande. Om du arbetar med den här frågan för en hemuppgift kommer informationen att ges till dig. Om du å andra sidan precis har gjort en titrering i labbet har du samlat in informationen när du utförde titreringen.
Kom ihåg att diprotiska syror eller baser (syror / baser som kan donera eller acceptera mer än en vätejon) är det slag som kommer att ha andra ekvivalenspunkter. Minns också att Ka1 är jämviktskonstanten (förhållandet mellan produkter och reaktanter) för den första protondonationen, medan Ka2 är jämviktskonstanten för den andra protondonationen. Leta upp Ka2 för din syra eller bas i en referenstext eller onlinetabell (se Resurser).
Bestäm mängden konjugatsyra eller bas i din analyt. Detta kommer att motsvara mängden syra eller bas som ursprungligen var närvarande. Multiplicera den ursprungliga analytkoncentrationen med dess volym. Antag till exempel att du börjar med 40 ml 1 molar oxalsyra. Konvertera koncentrationen till milliliter genom att dela med 1000 och multiplicera sedan volymen med dess koncentration. Detta ger dig antalet mol oxalsyra som ursprungligen var närvarande: (40/1000) x 1 = 0,04. Det finns 0,04 mol oxalsyra närvarande.
Ta volymen av titreringsmedel (kemikalien du tillsatte under titreringen) för att neutralisera syran eller basanalyten och tillsätt den till den ursprungliga analytvolymen. Detta ger dig din slutliga volym. Antag till exempel att för att nå andra ekvivalens tillsattes 80 ml 1 molar NaOH till 40 ml 1 molar oxalsyra. Beräkningen blir 80 ml titrerande + 40 ml analyt = 120 ml slutvolym.
Dela antalet mol syra eller bas som ursprungligen finns i din analyt med den slutliga volymen. Detta ger dig den slutliga koncentrationen av konjugatsyra eller bas. Till exempel var 120 ml den slutliga volymen och 0,04 mol var ursprungligen närvarande. Konvertera ml till liter och dela antalet mol med antalet liter: 120/1000 = 0,12 liter; 0,04 mol / 0,12 liter = 0,333 mol per liter.
Bestäm Kb för konjugatbasen (eller Ka om det är en konjugatsyra). Kom ihåg att konjugatbasen är den art som bildas när du tar bort alla protoner från en syra, medan konjugatsyran är den art som bildas när du donerar protoner till en bas. Följaktligen kommer vid den andra ekvivalenspunkten diprotinsyran (till exempel oxalsyra) att vara fullständigt deprotonerad och dess Kb kommer att vara lika med 1 x 10 ^ -14 / den andra Ka för oxalsyra. För en bas kommer Ka vid den andra ekvivalenspunkten att vara lika med 1 x 10 ^ -14 / den andra Kb för den diprotiska basen. Exempelvis var oxalsyra analyten. Dess Ka är 5,4 x 10 ^ -5. Dela 1 x 10 ^ -14 med 5,4 x 10 ^ -5: (1 x 10 ^ -14) / (5,4 x 10 ^ -5) = 1,852 x 10 ^ -10. Detta är Kb för den fullständigt deprotonerade formen av oxalsyra, oxalatjonen.
Ställ in en jämviktskonstantekvation i följande form: Kb = ([OH -] [konjugatsyra]) / [konjugatbas]. De fyrkantiga hängslen representerar koncentration.
Ersätt x ^ 2 för de två termerna överst i ekvationen och lösa för x som visat: Kb = x ^ 2 / [konjugatbas]. Till exempel var koncentrationen av natriumoxalat 0,333 mol / L och dess Kb var 1,852 x 10 ^ -10. När dessa värden är inkopplade ger det följande beräkning: 1,852 x 10 ^ -10 = x ^ 2 / 0,333. Multiplicera båda sidor av ekvationen med 0,333: 0,333 x (1,852 x 10 ^ -10) = x ^ 2; 6,167 x 10 ^ -11 = x ^ 2. Ta kvadratroten på båda sidor för att lösa för x: (6.167 x 10 ^ -11) ^ 1/2 = x. Detta ger följande: x = 7,85 x 10 ^ -6. Detta är koncentrationen av hydroxidjoner i lösningen.
Konvertera från koncentration av hydroxidjon eller vätejon till pH. Om du har en koncentration av vätejon tar du bara den negativa loggen för att konvertera till pH. Om du har en koncentration av hydroxidjon, ta den negativa loggen och dra sedan ditt svar från 14 för att hitta pH. Till exempel var koncentrationen som hittades 7,85 x 10 ^ -6 mol per liter hydroxidjoner: log 7,85 x 10 ^ -6 = -5,105, därför -log 7,85 x 10 ^ -6 = 5,105.
Subtrahera ditt svar från 14. Till exempel 14 - 5,105 = 8,90. PH vid den andra ekvivalenspunkten är 8,90.
Saker du behöver
- Penna
- Papper
- Kalkylator
Tips
Denna beräkning tog inte hänsyn till autojoniseringen av vatten, vilket kan bli en faktor i mycket utspädda lösningar av svaga baser eller syror. Ändå är det en bra uppskattning för dessa ändamål och vilken typ av svar du förväntas ge för denna typ av problem.