Esperienza n. 3. Analisi di una miscela di NaHCO 3 e Na 2 CO 3

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1 Esperienza n. 3 Laboratorio di Chimica Analisi di una miscela di NaHCO 3 e Na 2 CO 3 OBBIETTIVI Lo scopo di questa esperienza è quello di risalire alla composizione percentuale di una miscela di carbonato di sodio e di idrogenocarbonato di sodio (Bicarbonato di sodio) mediante titolazione della miscela con una soluzione di acido cloridrico. INTRODUZIONE Quando si deve analizzare una miscela di due o più composti chimici a volte risulta difficile separare e dosare separatamente i singoli costituenti. In questi casi si ricorre all analisi indiretta in cui, tramite un unico trattamento chimico, si trasformano i componenti della miscela in un composto facilmente analizzabile. L analisi indiretta di miscele di composti ionici si applica a composti che hanno in comune uno ione: ad esempio una miscela di CaCl2 e BaCl2 può essere fatta reagire con una soluzione di nitrato di argento ottenendo le seguenti reazioni CaCl2(aq) + 2AgNO3(aq) 2AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq) BaCl2(aq) + 2AgNO3(aq) 2AgCl(s) + Ba(NO3)2(aq) In base alla quantità di cloruro di argento che si ottiene, dalle due reazioni, si risale facilmente alla composizione percentuale di CaCl2 e BaCl2 nella miscela iniziale. Un altro esempio è quello di una miscela di carbonato di sodio e carbonato di potassio che può essere analizzata facendola reagire con una soluzione di acido cloridrico a titolo noto. Ciascun carbonato reagirà con l acido secondo le equazioni: Na2CO3(S) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l) K2CO3(S) + 2HCl(aq) 2KCl(aq) + CO2(g) + H2O(l) In questo caso dalla quantità di acido cloridrico utilizzata per la completa conversione dei due carbonati nei rispettivi cloruri si può risale alla composizione percentuale della miscela iniziale. PROCEDURA SPERIMENTALE Preparare la buretta 25 ml e riempirla con la soluzione di acido cloridrico a titolo noto standardizzata nella precedente esperienza. Pesare, con una bilancia analitica, circa g di miscela di NaHCO3 e Na2CO3 da analizzare. Trasferire in modo quantitativo la miscela in una beuta da 250 ml ed aggiungere 100

2 ml di acqua deionizzata. Aggiungere alla soluzione 2-3 gocce di indicatore metilarancio e titolare con la soluzione di HCl fino a viraggio dell indicatore. Annotare il volume di HCl consumato e ripetere la determinazione. NOTA: se al posto del metilarancio si fossero utilizzati come indicatori prima la fenolftaleina e quindi il rosso metile, sarebbe stato possibile determinare gli equivalenti di NaHCO3 a Na2CO3 presenti nella miscela semplicemente misurando i volumi di HCl utilizzati per il viraggio della fenolftaleina e del rosso metile. Infatti al punto di viraggio della fenolftaleina si ha la titolazione dello ione carbonato mentre al secondo viraggio (rosso metile) si ha completata la neutralizzazione dello ione idrogeno carbonato. DATI E RISULTATI Riportare sul quaderno di Laboratorio * Data * Titolo dell esperienza * Risultati Scrivere i grammi della miscela pesati. Scrivere il titolo della soluzione di acido cloridrico a disposizione per la titolazione. Scrivere i ml di acido cloridrico utilizzato nella titolazione. Calcolare gli equivalenti di HCl utilizzati e risalire alla composizione percentuale di Na2CO3 e di NaHCO3 PRE-LAB TECNICHE DI LABORATORIO Per eseguire l esperienza di laboratorio in modo appropriato è importante aver appreso le seguenti tecniche sperimentali: determinazione della massa, prelievo di volumi e la titolazione mediante l utilizzo di una soluzione a titolo noto. ESEMPI NUMERICI Esempio svolto Si vuole conoscere la composizione percentuale di una miscela di idrossido di sodio e di idrossido di calcio avendo a disposizione una soluzione di acido cloridrico M. Dopo aver pesato e disciolto in acqua g della miscela degli idrossidi la soluzione ottenuta, titolata con la

3 soluzione di acido cloridrico, ha richiesto ml di acido. Da questi dati possiamo risalire alla composizione percentuale nel seguente modo: per prima cosa scriviamo le equazioni chimiche relative alle reazioni dei due idrossidi con l acido: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (reazione 1) 2HCl (aq) + Ca(OH) 2(aq) CaCl 2(aq) + H 2 O (reazione 2) in base alle quali possiamo scrivere i seguenti rapporti molari: 1 mol HCl = 1 mol NaOH 2 mol HCl = 1 mol Ca(OH) 2 A questo punto abbiamo: g (miscela) = g (NaOH) + g(ca(oh) 2 ) = n NaOH M m (NaOH) + n Ca(OH)2 M m (Ca(OH) 2 ) Le masse molari di NaOH e di Ca(OH) 2 sono rispettivamente 40.0 g mol -1 e g mol -1, le uniche incognite sono le moli di idrossido di sodio e di idrossido di calcio presenti nel campione che abbiamo pesato. Le moli di HCl utilizzate nella titolazione (n HCl (utilizzato) = M HCl V HCl = = mol HCl) forniscono la somma delle moli di NaOH e di Ca(OH) 2 nel campione quindi possiamo scrivere: n HCl (utilizzato) = n HCl (reazione 1) + n HCl (reazione 2) Le moli di HCl consumate in seguito alla reazione 1 sono uguali alle moli di NaOH (rapporto molare 1 mol HCl = 1 mol NaOH) mentre le moli di HCl in seguito alla reazione 2 sono pari al doppio delle moli di Ca(OH) 2 (rapporto molare 2 mol HCl = 1 mol Ca(OH) 2 ) quindi possiamo scrivere: n HCl (utilizzato) = n NaOH + 2 n Ca(OH)2 Mettendo a sistema le due equazioni g = 40.0 n NaOH n Ca(OH) mol = n NaOH + 2 n Ca(OH)2 e risolvendo si ottiene nnaoh = g(naoh)= nnaoh Mm(NaOH) = g mol -1 = nca(oh)2= g(naoh) %NaOH 100 g(miscela) %

4 Esempio svolto 2 Una miscela solida è formata da g di Na 2 CO 3 e NaHCO 3. Per la sua titolazione sono stati utilizzati ml di una soluzione di HCl N. Trovare la massa del carbonato e del bicarbonato nella miscela Scriviamo le reazioni: Indicando con x i grammi di Na 2 CO 3 i grammi di NaHCO 3 saranno x. Si avrà quindi : eq di Na 2 CO 3 = x/53 (Abbiamo utilizzato il peso equivalente) eq di NaHCO3 = ( x)/84.01 Mentre gli equivalenti di HCl utilizzati saranno eq HCl = (29.11x10-3 L)(0.7344N) = eq Possiamo quindi risolvere la nostra equazione in x scrivendo: da cui si ottiene facilmente la x. x x eq x = Na 2 CO 3 =0.724 g e NaHCO 3 = g Esempi da svolgere 250 mg di una di idrossido di bario e di idrossido di sodio richiedono per la neutralizzazione ml di una soluzione di acido cloridrico M. Calcolare la composizione percentuale della miscela g di una miscela di nitrato di piombo e di carbonato di piombo hanno dato, per trattamento con H2S, g di solfuro di piombo. Calcolare la composizione percentuale della miscela. POST-LAB Preparare la relazione relativa all esperienza nella quale si riporta: a) Titolo dell esperienza, b) breve introduzione, c) procedura sperimentale utilizzata, d) risultati ottenuti e e) conclusioni.

5 Esperienza n. 4 Determinazione della massa molare di un acido monoprotico OBBIETTIVI Lo scopo di questa esperienza è quello determinare la massa molare e la formula molecolare di un acido monoprotico conoscendo la composizione percentuale degli elementi che lo compongono e titolandone una quantità nota con idrossido di sodio. INTRODUZIONE All inizio dell esperienza vi verrà fornito un campione solido di acido monoprotico (acido monoprotico: specie che ha la capacità di cedere un solo ione H + per molecola di acido) ed una scheda in cui sono riportati i risultati dell analisi elementare effettuata sul campione. Dai dati dell analisi elementare è possibile risalire alla formula minima del composto incognito mentre per risalire alla formula molecolare è necessario conoscere la massa molare del composto. A tale scopo si titola la soluzione di acido incognito con una soluzione di idrossido di sodio a titolo noto: HA(aq) + NaOH(aq) NaA(aq) + H2O Al punto equivalente della titolazione si ha che le moli di idrossido di sodio utilizzate sono uguali alle moli di acido (nnaoh = nha); dalle moli di acido, ottenute dalla titolazione, che sono contenute nella massa di campione pesata si risale alla massa molare dell acido e alla sua formula molecolare del composto. NOTA NaOH non ha i requisiti per essere uno standard primario poichè fortemente igroscopico e facilmente carbonatabile. Quindi se ne prepara una soluzione a titolo approssimato che verrà poi verificato con l'utilizzo di una sostanza madre, come fatto per HCl. Gli standard primari più utilizzati sono: ftalato acido di potassio: KHC6H4O4 acido ossalico: H2C2O4 2H2O Acido benzoico: C6H5COOH Iodato acido di potassio: KH (IO3)2.

6 PROCEDURA SPERIMENTALE Preparare la buretta da 25 ml con la soluzione di idrossido di sodio a titolo noto che vi verrà fornita all inizio dell esperienza. Dopo aver avvinato e azzerato la buretta pesare alla bilancia analitica g di acido incognito e trasferire il campione pesato in una beuta da 250 ml. Aggiungere 100 ml di acqua deionizzata e una volta solubilizzato completamente il campione aggiungere due gocce di indicatore fenoftaleina. Titolare la soluzione con la soluzione di idrossido di sodio fino al viraggio dell indicatore da incolore a viola. Annotare il volume di idrossido di sodio utilizzato e ripetere la determinazione per altre due volte. DATI E RISULTATI Riportare sul quaderno di Laboratorio * Data * Titolo dell esperienza * Risultati Annotare la massa pesata del campione di acido incognito. Annotare i ml di idrossido di sodio e calcolare le moli di NaOH utilizzate nella titolazione. Dalla massa di acido incognito e dalle moli di idrossido usate nella titolazione calcolare la massa molare dell acido. Ricavare dalla composizione percentuale e dalla massa molare risalire alla formula molecolare dell acido incognito. PRE-LAB TECNICHE DI LABORATORIO Per eseguire l esperienza di laboratorio in modo appropriato è importante aver appreso le seguenti tecniche sperimentali: determinazione della massa, prelievo di volumi e la titolazione mediante l utilizzo di una soluzione a titolo noto.

7 ESEMPI NUMERICI Esempio svolto Una base monoprotica contenete carbonio, idrogeno, azoto ed ossigeno ha fornito all analisi elementare i seguenti dati: %C = 52.18, %H = 4.38, %N = g della base sono stati titolati con ml di una soluzione di acido cloridrico M. Determinare la formula molecolare della base. Dall analisi elementare ricaviamo la formula minima della base incognita: in 100 g di base: g 4.38 g n(c) 4. 34mol n(h) 4. 35mol g mol g mol g g (N) 1. 45mol n(o) 1. 45mol g mol g mol n 1 I rapporti molari degli elementi nella formula minima sono: C:H:N:O = 4.34:4.34:1.45:1.45 = 3:3:1:1 da cui la formula minima della base incognita è C 3 H 3 NO (M r (f.m.) = 69.06). Dai dati della titolazione con l acido cloridrico ricaviamo la massa molare della base: n B = n HCl n HCl = M HCl V HCl = mol L L = mol mol di base sono contenuti in g di composto quindi M m g(base) (Base) n(base) g mol 137.1g mol -1 Conoscendo la formula minima e la massa molare della base si ricava la formula molecolare (C 3 H 3 NO) n M (base) n M (f.m.) r 2 r Quindi la formula molecolare della base incognita è C 6 H 6 N 2 O 2 Esempi da svolgere Un acido monoprotico X contenente carbonio, idrogeno, azoto ed ossigeno ha fornito, all analisi elementare i seguenti dati: %C = 42.5, %N= 12.3, %O = Per titolare 1.25 g di detto acido occorrono 37.0 ml di una soluzione acquosa di idrossido di sodio 0.15 M. Determinare la formula molecolare di X.

8 POST-LAB Laboratorio di Chimica Preparare la relazione relativa all esperienza nella quale si riporta: a) Titolo dell esperienza, b) breve introduzione, c) procedura sperimentale utilizzata, d) risultati ottenuti e e) conclusioni.