Basiskennis chemie6/pH-titraties Zoutzuur met natronloog

Werk in uitvoering.
Dit hoofdstuk bevindt zich nog in de opbouwfase.
De auteur ervan heeft zich voorgenomen de genoemde onderwerpen verder uit te werken.
Indien u wilt bijdragen, overleg dan even met t.vanschaik

Vorige pagina

Inhoudsopgave

Volgende pagina

Index

Titratie van een sterk zuur met een sterke base

Bij de titratie vam een sterk zuur met een sterke base kun je voor het bepalen van de pH op een bepaald punt in de titratie uitgaan van de volgende regels:

Het zuur is volledig in ionen gesplitst
De base is volledig in ionen gesplitst
De reactie tussen H⁺ en OH^- treedt meteen en volledig op
Alleen in het equivalentiepunt is het waterevenwicht van belang.

Als voorbeeld wordt gekeken naar de titraties van 100 mL 0,0100 nol/L zoutzuur met 0,100 mol/L natronloog. Hoewel niet noodzakelijk wordt van alle ionen i de oplossing de concentatie berekend.

Sterk zuur/sterke base
Regels

Begin van de titratie

Aan het begin van de titratie zit er alleen monster in de erlenmeyer, dus de eigenschappen in het titratievat zijn gelijk aan het monster. Het aantal mol chloride is gelijk aan het volume maal de concentratie 0,100 x 0,010 = 0,001 = 1,00 mmol. Ook het aantal mol waterstofionen is hieraan gelijk, en voor de concentratie watwerstof-ionen, nodig om de pH uit te rekenen geldt de uitgangsconcentratie, 0,0100 mol/L. De pH is dan 2,000.

Begin titratie

De eerste milliliter

Met het toevoegen van de eerste milliliter reagens wordt de situatie een stuk lastiger.

Chloride

De hoeveelheid chloride is niet verandert, er is geen chloride toegevoegd. Maar het volume is wel groter geworden, van 0,100 liter is het nu 0,101 liter. De nieuwe chlorideconcentratie is dus:

{\ce {[Cl^{-}]\ =\ {\frac {n_{Cl_{start}}}{v_{start}\ +\ v_{titrant}}}\ =\ {\frac {0,001}{0,101}}\ =\ 0,00991mol/L}}

Natrium

De hoeveelheid natrium is wel veranderd. Het aantal mol natrium dat nu in het titratievat zit is afkomstig uit de eerste milliliter natronloog. Voor de concentratie geldt:

{\ce {[Na^{+}]\ =\ {\frac {c_{titrant}\times v_{titrant}}{v_{start}\ +\ v_{titrant}}}\ =\ {\frac {0,100\times 0,001}{0,101}}\ =\ 0,00099mol/L}}

Waterstof

Voor de waterstof-ionen geldt dat een deel gereageerd heeft met de toegevoegde hydroxide-ionen. Het aantal OH^--ionen is gelijk aan c_titrant x v_titrant. De totale hoeveelheid H⁺ is met die hoeveelheid afgenomen en dit zit in het nieuwe volume:

{\ce {[H^{+}]\ =\ {\frac {n_{H^{+}start}\ -\ c_{titrant}\times v_{titrant}}{v_{start}\ +\ v_{titrant}}}\ =\ {\frac {0,0100\ -\ 0,100\times 0,001}{0,100\ +\ 0,001}}\ =\ 0,00891mol/L}}

Hydroxide: Voor het equivalentiepunt is de concentratie hydroxide-ionen heel klein, practisch nul.

De pH die bij deze polossing hoort is 2,050.

eerste ml

Voor het equivalentiepunt

Tot aan het equivalentiepunt verandert er nu, behalve dat er steeds weer een hoeveelheid base wordt toegevoegd waardoor het totale volume toeneemt, de hoeveelheid Na⁺ wordt groter en H⁺ neemt af. Ook de manier van rekenen verandert niet. De resultaten van de verschillende stappen zijn weergegeven in de tabel.

tot equivalentiepunt

Equivalentiepunt

In het equvalentiepunt is er precies genoeg hydroxide toegevoegd om met de in het zoutzuur aanwezige H⁺ te reageren. In feite is er een oplossing van natriumchloride ontstaan in nutraal water. In de tabel is dit te zien aan het feit dat op dit punt (0,010 toegevoegd)

{\ce {[Cl^{-}]}}

gelijk is aan

{\ce {[Na^{+}]}}

. Dat betekent niet dat

{\ce {[H^{+}]}}

en

{\ce {[OH^{-}]}}

nu nul zijn. Vanuit het waterevenwicht is elk van de twee concentraties

{\ce {1,0.10^{-7}\ mol/L}}

. De daarbij horende pH is 7,000.

Equivalentie

Na het equivalentiepunt

Na het equivalentiepunt ben je eigenlijk natronloog aan het toevoegen aan een oplossing van keukenzout. Onder invloed van het stijgende volume daalt de concentratie chloride, de concentratie waterstof-ionen wordt via het waterevenwicht bepaald door die van hydroxide. Die concentratie stijgt door het steeds toevoegen van extra titrant.

chloride

Het aantal mol chloride is nog steeds gelijk aan het aantal mol waarmee je begon dus 0,001 mol. Het volume is inmiddels opgelopen tot 100 + 11 = 111 ml (= 0,111 L). De concentratie is dan:

{\ce {[Cl^{-}] \ = \ {\frac {0,001}{0,111}}\ = \ 0{,}00901 mol/L}}

natrium

Voor natrium geldt dat het aantal mol gelijk is aan het volume toegevoegd titrant maal de concentratie daarvan. Dit aantal moet dan door het totale volume gedeeld worden:

{\ce {[Na^{+}]\ =\ {\frac {v_{titrant}\times c_{titrant}}{v_{totaal}}}\ =\ {\frac {0,011\times 0,1}{0,111}}\ =\ 0{,}00991\ mol/L}}

Waterstof

Je bent voorbij het equivalentiepunt. Alle bij het begin van de titratie aanwezige waterstof-ioen zijn weggereageerd. Buiten de ionen die nog uit het waterst-evenwicht afkomstig zijn, is de concentratie waterstof effectief 0.

Hydroxide

Je bent voorbij het equivalentiepunt, Het aantal hydroxide-ionen is gelijk aan wat er via de titrant in het titratievat terecht is gekomen, min de hoeveelheid die met de waterstof-ionen gereageerd heeft. Dat aantal moet dan gedeeld worden door het volume.\:

{\ce {[OH^{-}]\ =\ {\frac {c_{titrant}\times v_{titrant}\ -\ c_{zuur\ start}\times v_{zuur\ start}}{v_{totaal}}}\ \Longrightarrow }}

{\ce {\Longrightarrow \ {\frac {0{,}1\times 0{,}011\ -\ 0{,}01\times 0{,}1}{0{,}111}}\ =\ 0{,}00090\ mol/L}}

De pH die bij deze oplossing hoort is 10,995.

De berekening voor het verdere verloop van de pH tijdens deze titratie gaat op dezelfde manier.

De berekening voor de tabel is gestopt bij 17 mL toegevoegde titrant, maar zou je enthousiast doorgaan, dan gaat de pH uiteindelijk naar die van een 0,1 mol/L natronloog (13,0). Je hebt dan alleen ook een erg grote erlenmeyer nodig.

Basische oplossing
11 mL

Algemeen beeld

Het algemene beeld van het pH-verloop bij deze titratie is dat de pH steeds stijgt. In de grafiek is te zien dat de stijging langzaam steeds groter wordt. In de buurt van het equivalentiepunt is de stijging het grootst. Na het equivalentiepunt vlakt de curve weer af.

Beeld

{| class="wikitable"

|+ Overzicht van de concentraties tijdens de titratie van 100 mL 0,01 mol/L HCl met 0,1 mol/L NaOH.
Volumes zijn o[pgegeven in liter. Concentraties zijn opgegeven in mol per liter. |- ! v_titrant !! [Cl^-] !! [Na⁺] !! [H⁺]_net !! [OH^-]_net !! pH_net !! [H⁺]_lui !! [OH^-]_lui !! pH_lui !! delta |- | 0,000 || 0,01000 || 0,00000 || 0,01000 || 0,00000 || 2,000 || 0,01000 || 0,00000 || 2,000 || 0,000 |- | 0,001 || 0,00990 || 0,00099 || 0,00891 || 0,00000 || 2,050 || 0,00900 || 0,00000 || 2,046 || 0,004 |- | 0,002 || 0,00980 || 0,00196 || 0,00784 || 0,00000 || 2,106 || 0,00800 || 0,00000 || 2,097 || 0,009 |- | 0,003 || 0,00971 || 0,00291 || 0,00680 || 0,00000 || 2,168 || 0,00700 || 0,00000 || 2,155 || 0,013 |- | 0,004 || 0,00962 || 0,00385 || 0,00577 || 0,00000 || 2,239 || 0,00600 || 0,00000 || 2,222 || 0,017 |- | 0,005 || 0,00952 || 0,00476 || 0,00476 || 0,00000 || 2,322 || 0,00500 || 0,00000 || 2,301 || 0,021 |- | 0,006 || 0,00943 || 0,00566 || 0,00377 || 0,00000 || 2,423 || 0,00400 || 0,00000 || 2,398 || 0,025 |- | 0,007 || 0,00935 || 0,00654 || 0,00280 || 0,00000 || 2,552 || 0,00300 || 0,00000 || 2,523 || 0,029 |- | 0,008 || 0,00926 || 0,00741 || 0,00185 || 0,00000 || 2,732 || 0,00200 || 0,00000 || 2,699 || 0,033 |- | 0,009 || 0,00917 || 0,00826 || 0,00092 || 0,00000 || 3,037 || 0,00100 || 0,00000 || 3,000 || 0,037 |- | 0,010 || 0,00909 || 0,00909 || 1,0·10^-7 || 1,0·10^-7 || 7,000 || 1,0·10^-7 || 1,0·10^-7 || 7,000 || 0,000 |- | 0,011 || 0,00901 || 0,00991 || 0,00000 || 0,00090 || 10,955 || 0,00000 || 0,00100 || 11,000 || 0,045 |- | 0,012 || 0,00893 || 0,01071 || 0,00000 || 0,00179 || 11,252 || 0,00000 || 0,00200 || 11,301 || 0,049 |- | 0,013 || 0,00885 || 0,01150 || 0,00000 || 0,00265 || 11,424 || 0,00000 || 0,00300 || 11,477 || 0,053 |- | 0,014 || 0,00877 || 0,01228 || 0,00000 || 0,00351 || 11,545 || 0,00000 || 0,00400 || 11,602 || 0,057 |- | 0,015 || 0,00870 || 0,01304 || 0,00000 || 0,00435 || 11,638 || 0,00000 || 0,00500 || 11,699 || 0,061 |- | 0,016 || 0,00862 || 0,01379 || 0,00000 || 0,00517 || 11,714 || 0,00000 || 0,00600 || 11,778 || 0,064 |- | 0,017 || 0,00855 || 0,01453 || 0,00000 || 0,00598 || 11,777 || 0,00000 || 0,00700 || 11,845 || 0,068

|}

Overzicht