Esperienza n. 6 Costruzione per via potenziometrica della curva di titolazione acido debole base forte

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1 Esperienza n. 6 Costruzione per via potenziometrica della curva di titolazione acido debole base forte OBBIETTIVI Lo scopo di questa esperienza è quello di costruire la curva di titolazione acido debole-base forte mediante misure potenziometriche di INTRODUZIONE Il sistema studiato in questa esperienza è costituito da acido acetico (acido debole) titolato con idrossido di sodio CH3COH(aq) + (aq) CH3CONa(aq) + HO(l) Al punto equivalente si ha una soluzione di acetato di sodio ed il della soluzione risulterà maggiore di 7. La curva di titolazione è costruita misurando il della soluzione con un elettrodo sensibile alla concentrazione degli ioni H3O + per aggiunte successive di idrossido di sodio alla soluzione di acido. La misura del viene effettuata con un piaccametro che misura la differenza di potenziale esistente tra l elettrodo sensibile alla concentrazione degli ioni H3O + con un elettrodo di riferimento a potenziale costante. Una volta costruita la curva di titolazione ed individuato il punto equivalente, dal della soluzione al punto equivalente a dalla concentrazione di acetato di sodio è possibile calcolare al costate di dissociazione dell acido acetico Ka. Il valore di Ka può essere ottenuto anche dal valore del della soluzione a metà titolazione in cui [CH3COH]=[CH3CO - ]; dall equazione di Henderson-Hasselbalch (=pka+log([ch3co - ]/[CH3COH]) si ha infatti =pka. PROCEDURA SPERIMENTALE a)taratura del piaccametro e misura del Una corretta misura del comporta una calibrazione del sistema strumento-elettrodo utilizzando soluzioni tampone a noto. Si raccomanda una taratura quotidiana prima di procedere alle misure. 1

2 Calibrazione con tamponi a 7. e Accendere il portando l interruttore su on.. Collegare l elettrodo 3. premere i tasti e 4. immergere l elettrodo nel tampone a =7. e agitare leggermente 5. premere il tasto e attendere che si stabilizzi la misura. 6. lavare l elettrodo con acqua deionizzata e introdurlo nella soluzione a =4. 7. premere e attendere che si stabilizzi la misura. 8. lavare l elettrodo con acqua deionizzata; lo strumento è pronto per misurare il. Misura del 1. immergere l elettrodo nella soluzione. premere il tasto 3. leggere il sul display una volta che il valore rimane memorizzato 4. terminata la misura lavare l elettrodo con acqua deionizzata. b) Titolazione acido-base e costruzione della curva di titolazione In un becher da 1 ml vengono aggiunti acido acetico.5 M e 15 acqua deionizzata. Si immerge l elettrodo di vetro nella soluzione e si registra il valore del della soluzione di acido. Si titola la soluzione di acido debole con una soluzione di idrossido di sodio.5 M: aggiungere inizialmente 1 idrossido di sodio e, dopo aver agitato la soluzione nel becher, registrare il valore del. Procedere con la titolazione aggiungendo aliquote di idrossido di sodio 1 ml e, ad ogni aggiunta, registrare il valore del. Il volume di titolante da aggiungere và diminuito man mano che ci si avvicina al punto equivalente. Una volta terminata la titolazione risciacquare l elettrodo con acqua deionizzata. DATI E RISULTATI Riportare sul quaderno di Laboratorio * Data * Titolo dell esperienza * Scrivere le sostanze utilizzate con le relative quantità.

3 * Descrizione delle operazioni effettuate. * Risultati Riportare i dati della titolazione in tre tabelle, ciascuna i due colonne: ( ml) Riportare in grafico, su di un foglio di carta millimetrata, la curva di titolazione acido-base ( vs ml), la derivata prima della curva (/) e la derivata seconda ( / (ml) ). Dai grafici ricavare il punto equivalente, il della soluzione al punto equivalente e la Ka dell acido acetico. PRE-LAB TECNICHE DI LABORATORIO Per eseguire l esperienza di laboratorio in modo appropriato è importante aver appreso le seguenti tecniche sperimentali: prelievo di volumi e la titolazione mediante l utilizzo di una soluzione a titolo noto. Determinazione del punto equivalente Il punto equivalente di una titolazione acido base coincide con il punto di flesso della curva di titolazione. Tanto più brusca è la variazione di in prossimità del punto equivalente tanto più semplice è l individuazione del punto equivalente mediante titolazione potenziometrica. In genere per le titolazioni acido forte-base forte non si presentano problemi particolari ma in alcuni casi, per individuare il punto equivalente è necessario ricorrere a metodi grafici oppure al calcolo della derivata prima e seconda della curva di titolazione. Prenderemo in esame un metodo grafico per individuare il punto equivalente (punto di flesso) della curva di titolazione e i metodi di calcolo della derivata prima e seconda. a) Metodo delle tangenti parallele Si tracciano, nei punti A e B della curva di titolazione, due tangenti fra loro parallele (non importa la loro inclinazione). Si determina il punto mediano M tra le due rette e si traccia una terza retta parallela alle prime due e passante per il punto mediano M. L intersezione di questa retta con la curva di titolazione corrisponde al punto di flesso. Individuato il punto di flesso della curva dal grafico si ricava il volume di titolante ed il in corrispondenza del punto equivalente. e B p.e. A V e M ml 3

4 b) Metodi matematici Sulla base dei punti della curva di titolazione (/ml) si traccia la derivata prima calcolata per punti attraverso il calcolo dei rapporti incrementali /. Il rapporto incrementale esprime il valore medio della pendenza della curva nell intervallo compreso tra i due punti perciò non và attribuito a nessuno dei due ma al punto intermedio fra essi. Ad esempio supponiamo di avere i seguenti punti sul grafico della curva di titolazione: ml titolante = 1.5 =3.1 ml titolante = 13. = il rapporto incrementale è pari a = = alla curva nel muto di ascissa ( )/=1.75 ml. che rappresenta la pendenza media Essendo il punto equivalente della titolazione in corrispondenza del punto di flesso della curva /ml, il punto equivalente nel grafico della derivata prima della curva corrisponde al punto di massimo della funzione. Quindi riportando su di un grafico i valori dei rapporti incrementali in funzione del volume di titolante si ricava il punto di equivalenza in corrispondenza del massimo della curva. p.e. V e ml In modo analogo si può costruire il grafico della derivata seconda della curva /ml. Nel punto di flesso di una curva la derivata seconda della curva si annulla quindi in questo caso il punto di equivalenza della titolazione corrisponde all intersezione della derivata seconda con l asse delle ascisse. A partire dai valori della derivata prima si calcolano i rapporti incrementali / (ml) che riportati in grafico in funzione del volume di titolante permettono di individuare il punto equivalente. ( ml) V e p.e. ml 4

5 ESEMPI NUMERICI Esempio svolto Laboratorio di Chimica Generale Costruire la curva di titolazione e le curve relative alla derivata prima e derivata seconda per la titolazione di 1 una soluzione.1 M di acido cloridrico con una soluzione di idrossido di sodio.1 M ( ml)

6 14 Curva di titolazione ml Grafico della derivata prima della curva di titolazione Grafico della derivata seconda della curva di titolazione 4 3 ( ml) ml ml 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. 6