Näytteen puhtauden määritys titrauksen avulla

Tehtävä:
4,000 g näytettä, joka sisälsi kaliumkloridia KCl ja kaliumperkloraattia KClO4 liuotettiin veteen ja liuos laimennettiin mittapullossa 250,0 cm³:ksi. Liuoksesta pipetoitiin 50,00 cm³:ä erlenmeyerkolviin ja näyte titrattiin 0,0750 M hopeanitraattiliuoksella AgNO3. Ekvivalenttikohdalla AgNO3 liuosta oli kulunut 41,00 cm³:ä

Ag+(aq) + Cl-(aq) -> AgCl(s)

Alkuperäisestä näyteliuoksesta näyteliuoksesta pipetoitiin toiseen erlenmeyerkolviin 25,00 cm³:n suuruinen näyte. Liuokseen lisättiin vanadiinisulfaattia V2(SO4)3, jolloin tapahtui reaktio (2)

V3⁺(aq) + ClO4^-(aq) + H2O(l) -> Cl^-(aq) + VO2⁺(aq) + H⁺(aq)

Reaktio (2) tapahduttua liuos titrattiin 0,0750 M hopeanitraattiliuoksella AgNO3, jolloin tapahtui reaktio (1). Ekvivalenttikohdalla AgNO3 liuosta oli kulunut 38,12 cm3:ä.

a) Tasapainota reaktio (2) osareaktioiden avulla.
b) Laske tutkitun näytteen koostumus massaprosentteina

Ratkaisu:

a)
Hapetus V3⁺ (+III) => VO2⁺(+VI) 
V           ✓                   ✓
O          +H2O      =>   VO2⁺ + 2H⁺
H           ✓                   ✓
e^-                                  =>    1 e^-
Tot      V3⁺  +H2O => VO2⁺+ 2H⁺

Pelkistys  ClO4^-(+VII) => Cl^-(-I)
Cl           ✓                   ✓
O          + 8H⁺      =>   Cl^- + 4 H2O
H           ✓                   ✓
e^-                      10 e^-    =>    
Tot       ClO4^-+ 8H⁺ => Cl^- + 4 H2O

Jolloin

V3⁺  +H2O => VO2⁺+ 2H^{+    | *8 <- elektronien määrä}
8V3⁺  +8H2O => 8VO2⁺+ 16H⁺ 

ClO4^-+ 8H⁺ => Cl^- + 4 H2O   | *1 <- -"-

Yhteenlaskettu:
8V3⁺  + ClO4^- + 4 H2O => 8 VO2⁺+ Cl^- +  8H<sup>+

b) Demonstraatio siitä, miten en osaa muuttaa excel taulukkoa htlm -muotoon. Siniset edustavat reaktioastian sisällä olevia aineita ja punaiset reagenssejä ja totaalitilavuuksia</sup>

n(KCl) = ?		H2O	K+	Cl-	I osanäy.	V=50cm3	c(AgNO3) = 0,0750M
n(KClO4) = ?		→	KClO4-		→	→	V(AgNO3)=41,00cm3
mtot = 4g			V = 250cm3				Cl-
			↓
			↓
			↓	II osanäyte V=25cm3			c(AgNO3) = 0,0750M
			↓	→	→	→	V(AgNO3)=38,12cm3
				lisätään V2(SO4)3

I osanäytteen titrauksesta saadaan selville KCl:stä peräisin olevien Cl-ionien konsentraatio 

Reaktio: Ag+ + Cl- <-=-> AgCl (s)

n(Cl-) = n(Ag+) = c(AgNO3)  + V(AgNO3)

n(Cl-) = 3,075 * 10-3 mol
n(Cl-) = n(KCl)
m(KCl) = n * M = -- * 74,6 g/mol = 0,229 g
Koska kyseessä oli osa näyte, määrä alkuperäisessä näytteessä on

m-%(KCl) = [[(250,0cm3/50,0cm3) * 0,229 g] / 4g] * 100%
         = 28,674 m-%

II osanäytteessä reagoivat kaikki Cl-ionit jolloin
n(Cl-)II = n(Ag+) = c * V = 2,859 * 10-3 mol
n(Cl-)II = n(ClO4-) + (Cl-)I
n(ClO4-) =  2,859 * 10-3 mol - (25,0cm3/50,0cm3)` * 3,075 * 10-3 mol

`(25,0cm3/50,0cm3) koska näyte tilavuus muuttuu

n(ClO4-) = 1,3215 * 10-3 mol
m(KClO4) = Osanäyte * n * M = (250,0cm3/25,0cm3) * 1,3215 * 10-3 mol * 138,6 g/mol = 1,8315...g
m-%(KClO4) = (1,8315...g / 4g) * 100% = 45,79

V:
m-%(KCl) = 28,674 m-%

m-%(KClO4) = 45,79 m-%

Pieleen mennyt titraus

Johan yritti neutraloida 10ml 0,2 M HCl -liuosta lisäämällä liuokseen tipottain 0,5M NaOH -liousta. Titraus epäonnistui ja pH nousi 12. Kuinka paljon natriumhydroksidiliuosta kului kaikkiaan?

V:
Reaktio       HCl (aq) + NaOH (aq) <-=-> NaCl (aq) + H2O (l)
Kertoimet      1                 1                            1                 1

neutralointiin kului
n(HCl) = c * V = 0,2 M * (10 * 10^-3) l = 0,002 mol
n(NaOH) on sama, koska stoikiometriset kertoimetkin ovat samat
V(NaOH) = n / c = 0,002 mol / 0,5M = 0,004 dm³
                                                           = 4 ml
Lopullinen pH oli 
pOH = 14 - pH
= 14 - 12
= 2

eli [OH-] = 10^-2
= 0,02 mol/dm³

Natriumhydroksidin kulutus ilmoitetaan V:nä

Lisätty [OH-]          =          Neutralointi   +    Liuokseen jäi  
0,5 * V                               0,002 mol     +    0,02(V + 0,01)   
c(NaOH) * V                      n(HCl)                [OH-]{V + V(HCl)}

0,5 * V = 0,002+0,02(V + 0,01)
0,5V = 0,002 + 0,0002 + 0,02V
0,48V = 0,0022 
V = 0,0045833333 dm³ 
    = 4,58 ml

Havainto: NaOH:ia tippui liuokseen vain 4,58 ml - 4 ml = 0,58 ml liikaa.