How do you prepare a 0.1 M NaOH solution from a 50% w/w stock solution?

Calculate the molarity of the 50% w/w NaOH stock solution using its density (1.53 g/mL) and molar mass (39.998 g/mol). Apply the dilution formula to determine the volume of stock solution needed to prepare 500 mL of ~0.1 M NaOH. Transfer the calculated volume to a labeled polyethylene bottle, add the appropriate volume of water, cap, and invert several times to mix thoroughly.

What is the purpose of standardization in acid-base titration?

Standardization determines the exact concentration of a prepared solution, such as NaOH, which may differ from the target concentration. Using a known acid like potassium hydrogen phthalate (KHP), you perform a neutralization reaction where one mole of base neutralizes one mole of acid. This allows you to calculate the actual molarity of NaOH based on the volume required to reach the endpoint indicated by phenolphthalein color change.

Why does the actual NaOH concentration differ from the prepared 0.1 M concentration?

NaOH is hygroscopic, meaning it readily absorbs moisture from the air, making it difficult to weigh accurately. This property causes the actual concentration to be lower than the expected 0.1 molarity. Standardization using KHP corrects for this discrepancy by determining the true concentration through titration.

How does the half-equivalence point relate to pKa determination?

At the half-equivalence point, the concentrations of undissociated acid and its conjugate base are equal, making the pH equal to the pKa value. To find the first half-equivalence point, divide the volume of NaOH at the first equivalence point by two. Look up the pH at this volume from your titration data to obtain a precise pKa value for comparison with theoretical values.

What does it mean that phosphoric acid is a triprotic acid?

A triprotic acid can donate three protons per molecule when it dissociates in aqueous solution. Phosphoric acid has three pKa values, each corresponding to the dissociation of one proton. In this experiment, you measure two of the three Ka values by observing two sigmoidal curves and two equivalence points on the titration curve.

How do you identify equivalence points on a titration curve?

Equivalence points appear as the maximum peaks on the first derivative plot of the titration curve. Each peak corresponds to a dissociation constant (Ka) of the acid being titrated. For phosphoric acid, two equivalence points are visible, representing the first two pKa values. The experiment stops at pH 12, so only two of the three Ka values are measured.

What role does phenolphthalein play in standardizing NaOH with KHP?

Phenolphthalein is an acid-base indicator that is colorless in acidic conditions and turns pink in basic conditions. Added to the KHP solution before titration, it signals the endpoint when enough NaOH has been added to make the solution basic. The persistent pink color indicates that the neutralization reaction is complete, allowing you to record the volume of NaOH used to calculate its molarity.

Кислотные и щелочные концентрации

Концепции Подготовка преподавателя Протокол студента

0 просмотров06:35 мин

Аррениусовая кислота — это вещество, которое производит ионы водорода при растворении в воде, в то время как основание производит гидроксид-ионы. Ионы водорода немедленно вступают в реакцию с водой с образованием ионов гидроксония, но для простоты мы продолжим думать о них как об ионах водорода. В зависимости от количества ионов водорода или гидроксид-ионов в растворе, он считается кислым или основным.

Мы измеряем количество кислотности или основности с помощью pH, который рассчитывается как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Таким образом, значения pH ниже 7 являются кислыми, а значения pH выше 7 — базовыми. pH 7 нейтральный.

Кислоты и основания также сравниваются на основе их концентрации, которая отличается от их pH. Прочность кислоты связана с тем, насколько легко ион водорода диссоциирует с анионом, называемым сопряженным основанием. Та же идея вытекает и для основания по отношению к гидроксид-иону и его сопряженной кислоте. Мы можем присвоить значение этой прочности, используя константу кислотной диссоциации, или K_a.

K_a определяется с использованием концентраций недиссоциированной кислоты и диссоциированных ионов водорода и сопряженного основания. Вы часто можете видеть, как это соотношение представлено в виде pK_a, который является просто отрицательным логарифмом K_a. Чем меньше pK_a, тем сильнее кислота.

Некоторые кислоты, такие как соляная кислота, являются монопротными, что означает, что они могут диссоциировать только один ион водорода. Полипротонные кислоты, как и фосфорная кислота, могут диссоциировать несколько ионов водорода. Каждая диссоциация имеет свой собственный pK_a.

Итак, как мы можем определить pK_a? Одним из способов является проведение кислотно-щелочного титрования. Титрование выполняется путем медленного добавления раствора известной концентрации к раствору с неизвестной концентрацией при одновременном наблюдении за реакцией между ними. При этом кислота вступает в реакцию нейтрализации с основанием с образованием соли и воды.

Таким образом, если мы хотим измерить концентрацию ионов водорода в кислоте, мы можем просто титровать сильным основанием с известной концентрацией гидроксид-ионов до тех пор, пока кислота не будет нейтрализована. Чтобы точно выполнить титрование, основание должно быть стандартизировано, то есть вы должны знать точную концентрацию гидроксид-ионов. Это не всегда просто.

Например, NaOH, который вы будете использовать в своем эксперименте, очень гигроскопичен, то есть поглощает воду из атмосферы. Это происходит с NaOH как в твердом виде, так и в растворе. Таким образом, истинная концентрация раствора NaOH может быть ниже, чем можно было бы ожидать.

Чтобы определить точную концентрацию NaOH, мы должны сначала провести кислотно-щелочное титрование. Для этого необходимо с помощью основания титровать кислоту с известной концентрацией. Гидрофталат калия, ХП, является негигроскопичной кислотой, поэтому мы можем точно рассчитать его концентрацию по его массе.

Мы можем увидеть, когда титрование завершено, то есть кислота нейтрализована, с помощью индикатора pH, такого как фенолфталеин. Фенолфталеин нейтрален и бесцветен при температуре от pH 0 до pH 8.

По мере увеличения pH два иона водорода диссоциируют. Эта анионная форма розового цвета. Итак, когда мы начинаем титрование, раствор KHP кислый, а фенолфталеин бесцветный. По мере добавления NaOH и нейтрализации ионов водорода pH увеличивается.

В этой реакции раствор является нейтральным, если равное количество кислоты и основания было смешано вместе. После этого добавление еще немного NaOH делает pH базовым и раствор становится розовым. Это называется конечной точкой. Если мы знаем моли KHP и объем NaOH, используемого для его нейтрализации, мы можем рассчитать точную концентрацию основания.

Как только у нас есть стандартизированное основание, мы можем определить_{pK A} кислоты, титруя известную концентрацию кислоты с помощью нашего стандартизированного основания при мониторинге pH. График зависимости pH от объема добавленного основания называется кривой титрования. Кривая обычно имеет S-образную или сигмоидальную форму, где точка перегиба самой крутой части кривой обозначает точку эквивалентности.

При этом моли ионов гидроксида и диссоциированных ионов водорода равны. Как и в случае с pK_a, мы увидим одну точку эквивалентности для каждого диссоциированного иона водорода. Таким образом, монопротоновая кислота имеет только одну точку эквивалентности, а трипротоновая кислота — три.

Когда мы выполним титрование, мы будем знать, что прошли точку эквивалентности, когда показатель pH едва превращается из бесцветного в розовый. Это называется конечной точкой титрования. Например, когда мы стандартизируем основание, это когда раствор имеет небольшой избыток гидроксид-ионов и, таким образом, является слегка основным.

Еще одна точка перегиба на графике находится на полпути к точке эквивалентности. При этом концентрации диссоциированных и недиссоциированных кислот равны. Таким образом, рН в этой точке равен pK_a. Таким образом, если мы проведем титрование и определим объем точки эквивалентности, то мы можем рассчитать pK_a как pH при половине этого объема.

В этой лаборатории вы сначала стандартизируете основание, а затем проведете титрование с использованием этого стандартизированного основания, чтобы определить два_{pK A} полипротонной кислоты.

Print Procedure Steps

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Источник: Смаа Корайм из Университета Джонса Хопкинса, доктор медицины, США

Подготовка ~0,1 M NaOH

В первой части лабораторной работы вы будете использовать 50% массовый раствор NaOH для приготовления 500 мл ~0,1 М. 50% по маслу NaOH является показателем его весового соотношения. Например, если инструктор приготовил 150 мл 50% w/w раствора NaOH, то 150 г NaOH растворили в 150 г воды, а общая масса раствора составила 300 г.

Для начала наденьте соответствующие средства индивидуальной защиты, включая перчатки, защитные очки от химических веществ и лабораторный халат.

Рассчитайте молярность 50% w/w NaOH, что равно M₁ в формуле разведения. заметка: Плотность 50% по массе NaOH составляет 1,53 г/мл, а молярная масса NaOH — 39,998 г/моль.

Таблица 1. Получение 0,1 М NaOH из 50% по мас.% NaOH

Плотность 50% массового раствора	1.53 г/мл
Молярная масса_NaOH	39.998 г/моль
Масса NaOH в 50% массовом растворе (мг)
Общая масса 50% мас.% исходного раствора
Объем 50% мас.% исходного раствора (мл)
Моли NaOH в 50% массовом растворе (моль)
Молярность 50% массового раствора (М₁)
Требуемый объем 50% по массе раствора (В₁)

Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1

Используйте формулу разбавления, чтобы определить объем 50% по весу NaOH, необходимый для приготовления 500 мл ~0,1 M NaOH.
Пометьте полиэтиленовую бутылку объемом 500 мл как '~0.1 M NaOH'.
Отрегулируйте объем пипетки объемом 1 мл до рассчитанного значения и используйте его для передачи 50% безмасляного NaOH в полиэтиленовый флакон
.
Используйте мерный цилиндр объемом 100 мл, чтобы измерить количество воды, и налейте его в бутылку, содержащую NaOH. Закройте флакон крышкой и переверните его несколько раз, чтобы раствор перемешался. заметка: Вам понадобится 500 мл за вычетом расчетного объема NaOH.

Стандартизация 0,1 млн NaOH

После того, как вы приготовили 0,1 М NaOH, определите его точную концентрацию или нормализуйте ее, используя метод кислотно-основного титрования. В этом методе основание, такое как NaOH, медленно добавляется к кислоте, такой как гидрофталат калия (KHP). Химическая реакция, происходящая в колбе, является реакцией нейтрализации. В этой реакции нейтрализации один моль основания нейтрализует один моль кислоты, в результате чего образуются соль и вода. Эта реакция осуществляется в присутствии индикатора фенолфталеина, который бесцветен в начале реакции, когда pH кислый. Индикатор становится розовым, как только в колбу добавляется достаточное количество NaOH, чтобы сделать pH базовым.

Обозначьте три колбы Эрленмейера как 'A', 'B' и 'C'.

Взвесьте 0,5–0,7 г KHP для каждой из колб и запишите массу для каждой. заметка: Попробуйте измерить одинаковую массу KHP для всех трех колб.

Таблица 2. Стандартизация NaOH

Молярная масса_KHP = 204,23 г/моль	Flask A	Flask B	Flask C
Масса ХЛ (г)
_{Начальный объем NaOH} (мл)
_{Объем конечного NaOH} (мл)
Объем_NaOH (мл)
Родинки КХП
Родинки NaOH
Молярность NaOH
Средняя молярность
стандартное отклонение

Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 2

Добавьте 50 мл деионизированной воды в каждую колбу и используйте стеклянный стержень для перемешивания растворов, пока они не станут однородными.
Добавьте по 2-3 капли фенолфталеина в каждую из трех колб.
Настройте аппарат для титрования. Прикрепите зажим для бюретки к кольцевой подставке и надежно зажмите к нему стеклянную бюретку объемом 50 мл. Убедитесь, что клапан бюретки закрыт.
Пометьте стакан объемом 400 мл как "отходы" и поместите его под бюретку. Промойте бюретку, налив в нее около 5 мл 0,1 М NaOH. Откройте клапан бюретки, чтобы NaOH мог течь в стакан.
Закройте клапан и наполните бюретку чуть более чем 50 мл NaOH. Выпустите все пузырьки воздуха, присутствующие на кончике бюретки, открывая и закрывая клапан бюретки. Запишите начальный объем NaOH.
Поместите колбу A ниже кончика бюретки и титруйте раствор, используя 1 мл объемов NaOH. Взбивайте раствор после каждого добавления. Продолжайте добавлять в колбу объем объемом 1 мл до тех пор, пока розовый цвет не сохранится. Это считается конечной точкой. Запишите объем 0,1 M NaOH, добавленный для достижения конечной точки.
Повторите титрование для колб B и C. Эти данные будут использоваться для расчета фактической концентрации NaOH.

Титрование фосфорной кислоты<кнопка class="развернуть">Развернуть
В этом эксперименте мы определим два из трех значений pKa для трипротонной кислоты, фосфорной кислоты, с помощью кислотно-основного титрования. В этой реакции нейтрализации фосфорная кислота вступает в реакцию с NaOH с образованием воды и соли, фосфата натрия.
- Прикрепите счетчик капель к кольцевой подставке, ниже зажима для бюретки. Закрепите пластиковую бюретку так, чтобы ее кончик находился чуть выше счетчика капель.
- Подключите счетчик капель к системе сбора данных и убедитесь, что оба клапана пластиковой бюретки находятся в закрытом положении.
- Поместите контейнер для отходов под бюретку и налейте в нее несколько мл 0,1 M NaOH. Откройте оба клапана, чтобы слить NaOH в стакан для отходов. Затем закройте клапаны.
- Наполните пластиковую бюретку 25 мл 0,1 M NaOH. Слейте около 5 мл в стакан для отходов — достаточно, чтобы NaOH заполнил кончик бюретки. Убедитесь в отсутствии пузырьков воздуха, затем закройте клапаны.
- Откалибруйте счетчик капель. Замените стакан для отходов под бюреткой на мерный цилиндр объемом 10 мл. Затем откройте нижний клапан на бюретке, удерживая верхний клапан закрытым. Включите систему сбора данных и переведите ее в режим подсчета падений.
- Медленно откройте верхний клапан, чтобы очень медленно выпускать капли, в идеале по одной капле каждые 2 с. Дайте каплям стечь из бюретки, пока в градуированном цилиндре не останется 9-10 мл 0,1 М NaOH.
- Закройте нижний клапан и оставьте верхний клапан как есть. Считайте объем NaOH в градуированном цилиндре с точностью до первого знака после запятой и введите это значение в систему сбора данных. Запишите значение «капли/мл». Затем слейте NaOH из градуированного цилиндра в стакан для водных отходов.
- Откалибруйте датчик pH перед началом титрования. Подключите датчик pH к системе сбора данных, затем выберите «Калибровка». Промойте колбу датчика pH деионизированной водой перед тем, как вставить его в буфер pH 7. Оставьте датчик погруженным в воду, пока напряжение не стабилизируется, затем примите измерение.
- Промойте колбу деионизированной водой и вставьте ее в буфер pH 10. Дайте напряжению стабилизироваться, затем примите измерение.
- Промойте колбу датчика pH еще раз и проденьте ее через специальное отверстие в счетчике капель.
- Отмерьте 40 мл деионизированной воды в чистом стакане объемом 100 мл, затем перелейте 1 мл фосфорной кислоты в стакан с водой.
- Положите стакан на тарелку для перемешивания под счетчиком капель. Осторожно вставьте датчик pH в стакан.
- Добавьте полосу перемешивания в стакан и включите режим перемешивания на максимум. Начните сбор данных на устройстве сбора данных. Затем откройте нижний клапан на бюретке. заметка: Скорость выпадения должна составлять примерно 1 капля каждые 2 с. После того, как первая капля будет выпущена, проверьте, записываются ли данные.
- Продолжайте титрование, пока pH-метр не покажет pH 12. Затем прекратите сбор данных и закройте клапан на бюретке. Сохраните свои данные на флешке.
- Чтобы навести порядок на рабочем месте, проверьте pH всех отходов с помощью бумаги pH. Обезвредите все кислые водные отходы пищевой содой и все основные отходы лимонной кислотой. Добавьте в раствор достаточное количество пищевой соды или лимонной кислоты, пока он не перестанет пузыриться.
- Смойте все нейтрализованные растворы в раковину обильным количеством воды.
- Вымойте всю стеклянную посуду.

Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть

В первой части этой лабораторной работы вы стандартизировали раствор NaOH, используя KHP, чтобы определить его фактическую концентрацию. Теперь давайте посмотрим, насколько близка стандартизированная концентрация к концентрации 0,1 М, которая была приготовлена. Определите количество молей KHP, которое было добавлено в каждую колбу, и, соответственно, моли NaOH. После нейтрализации раствора молярные количества KHP и NaOH становятся равными.
Рассчитайте молярность NaOH на основе общего объема NaOH, который был добавлен в каждую колбу. Фактическая концентрация ниже ожидаемой 0,1 молярности. Это связано с тем, что NaOH гигроскопичен, поэтому его трудно точно взвесить.
Постройте график результатов титрования фосфорной кислотой (pH в зависимости от объема NaOH). Фосфорная кислота является слабой трипротонной кислотой, что означает, что она потенциально может давать три протона на молекулу при диссоциации в водных растворах. Фосфорная кислота имеет три значения pKa, одно из которых соответствует диссоциации каждого протона.
Посмотрите на данные. Есть две сигмоидальные кривые, обозначающие две точки эквивалентности. Каждая точка эквивалентности соответствует константе диссоциации Ka фосфорной кислоты. заметка: Вы остановили эксперимент, как только pH достиг 12, поэтому вы измерили только два из трех значений Ka.

Построение первой производной кривой титрования. Точки эквивалентности представлены максимумами кривой.

Таблица 3. Титрование фосфорной кислоты

Объем_{^1-й точки эквивалентности} (мл)
Объем_{^1-й точки полуэквивалентности} (мл)
Объем_{^2-й точки эквивалентности} (мл)
Объем_{^2-й точки полуэквивалентности} (мл)
_{Измерена} 1^ст пКа
1^ст пКа_{теоретическая}	2.16
_{Измерено} ^2-е пКа
^2-я пКа_{теоретическая}	7.21
Родинки NaOH
Родинки H₃PO₄
Молярность H₃PO₄

Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 3

Найдите первую точку полуэквивалентности, взяв объем NaOH, соответствующий первой точке эквивалентности, и разделив его на 2. В точке полуэквивалентности концентрации недиссоциированной кислоты и ее сопряженного основания одинаковы, а рН равен pKa.
Найдите pH в этом объеме из вашей таблицы данных, чтобы получить более точное значение. Это соответствует первому pKa, о котором в литературе сообщается как 2,16.
Повторите это, чтобы найти второй pKa. Вторая точка полуэквивалентности расположена на полпути между первой и второй точками эквивалентности, что должно дать pKa около 7,2.

Browse More Videos

pKa