Relazione3 (preparazione soluzione standard di HCl e titolazione potenziometrica di una soluzione di NH3)

Preparazione di una soluzione standard di HCl

Obiettivo dell'esperienza

L'obiettivo dell'esperienza è la preparazione di una soluzione standard a titolo 0.1M circa di acido cloridrico, mediante titolazione dell'acido con uno standard primario opportuno, in tal caso il carbonato di sodio. La soluzione standard di HCl verrà poi utilizzata come titolante nelle seguenti titolazioni acido forte-base debole.

Calcoli stechiometrici ed elaborazione dati

La reazione di titolazione è:

CO₃^2-(aq) + 2H₃O⁺(aq) → 3H₂O(l) + CO₂(g)

Si può assumere che la reazione sia totalmente spostata a destra quindi:

(n CO₃^2- / n H₃O⁺) = 1/2

Il rapporto stechiometrico tra lo ione carbonato e lo ione idronio è di una mole a due moli. Ossia 1 molecola (o 1 mole) di CO₃^2- reagisce con 2 molecole (o 2 moli) di H₃O⁺.

Al punto di equivalenza vale:

• nCO₃^2- = (1/2)nH₃O⁺

Dalla stechiometria di Na₂CO₃:

• nCO₃^2- = nNa₂CO₃ = (m Na₂CO₃ / M Na₂CO₃)

Dato che [H₃O⁺] = [HCl], poiché:

• HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-

Essendo HCl un acido forte, la reazione va a completamento e vale che [HCl] = [H₃O⁺] (iniziale [HCl] = finale [H₃O⁺])

Quindi:

• n H₃O⁺ = [H₃O⁺]*V = [HCl]*V

Sostituendo quanto ottenuto dalle equazioni precedenti si ottiene la seguente relazione al punto di equivalenza:

• (m Na₂CO₃ / M Na₂CO₃) = (1/2) * [HCl] * V

Calcoli teorici e valori attesi

Conoscendo la relazione, è possibile determinare a priori della titolazione quale sarà circa il valore di volume di titolante atteso:

Supponiamo [HCl] ≈ 0.1 M e 0.10g < mNa₂CO₃ < 0.12g

MNa₂CO₃ = (22.99 * 2 + 12.01 + 16.00 * 3) g/mol = 105.99 g/mol

• V_atteso = (2 * m Na₂CO₃) / (M Na₂CO₃ * [HCl])
• m = 0.10g → V_atteso = (2 * 0.10)/(105.99 * 0.1) L ≈ 1,89 * 10^-3 L = 18.9 ml
• m = 0.12g → V_atteso = (2 * 0.12)/(105.99 * 0.1) L ≈ 2.26 * 10^-3 L = 22.6 ml

Pertanto, supponendo [HCl] = 0.1 M, si ottiene 18.9 ml < V < 22.6 ml.

Calcoli con valori reali e formule utilizzate

Dall'equazione precedente, si può ricavare che:

• [HCl] = (2 * m Na₂CO₃) / (M Na₂CO₃ * V_titolante)

Prima titolazione

Valori misurati: V₁ = 21.7 ml = 2.17 * 10^-2 L; m Na₂CO₃ = 0.1140g

Sostituendo i valori misurati:

• [HCl] = (2 * 0.1140g) / (105.99 * 2.17 * 10^-2) = 0.09913 M ≈ 0.099 M

Seconda titolazione

Valori misurati: V₂ = 22.4 ml = 2.24 * 10^-2 L; m Na₂CO₃ = 0.1191g

Sostituendo i valori misurati:

• [HCl] = (2 * 0.1191g) / (105.99 * 2.24 * 10^-2) = 0.10033 M ≈ 0.100 M

Calcolo del valore medio

Il valore medio tra le due [HCl] ottenute è pari a:

• [HCl]_media = ([HCl]₁ + [HCl]₂) / 2

Sostituendo i valori calcolati:

• [HCl]_media = (0.09913 + 0.10033) M / 2 = 0.09973 M ≈ 0.099 M

Tabella riassuntiva misure e valori calcolati

n.b. Il valore medio di [HCl], fornito dai docenti e che verrà utilizzato nei calcoli successivi è 0.0975M.

Conclusioni

Il volume misurato in tutte e due le titolazioni è un dato che concorda con il volume atteso, calcolato supponendo la molarità dell'acido cloridrico pari a 0.1M. Anche il valore medio di molarità calcolato si avvicina al valore supposto di HCl.

Titolazione potenziometrica

L'obiettivo dell'esperienza è la determi...