Titracija nepoznate monoprotonske kiseline
Uzorak od 25,00 cm³ otopine nepoznate monoprotonske kiseline HA titrira se otopinom NaOH koncentracije 0,1000 mol dm⁻³. Do promjene boje fenolftaleina utrošeno je 20,40 cm³ lužine. Pri dodanih 10,20 cm³ lužine izmjeren je pH 4,74. Uzorak kiseline nije bio standardiziran drugom metodom. Tijekom titracije temperatura je održavana na 25 °C, a pH-metar je kalibriran prije mjerenja. Korištena je bireta s podjelom 0,05 cm³. Nastavnik traži da se iz tih podataka odredi koncentracija kiseline, Ka i pH u točki ekvivalencije, uz pretpostavku da je kiselina slaba i monoprotonska. Učenik predlaže metiloranž (prijelaz oko pH 3,1–4,4) kao indikator jer je kiselina slaba. Treba provjeriti je li taj izbor prikladan. Sve otopine su pri 25 °C, Kw=1,0×10⁻¹⁴. Volumeni se smiju zbrajati, a aktiviteti se zamjenjuju koncentracijama.
1. Izračunaj početnu koncentraciju kiseline HA i njezinu konstantu kiselosti Ka. Objasni zašto se podatak pri 10,20 cm³ može izravno iskoristiti.
Read the worked answer
U točki ekvivalencije vrijedi n(HA) = n(NaOH): n(NaOH) = 0,1000 mol dm⁻³ × 0,02040 dm³ = 2,040 × 10⁻³ mol. Dakle je n(HA) = 2,040 × 10⁻³ mol, pa je c(HA) = 2,040 × 10⁻³ mol / 0,02500 dm³ = 0,08160 mol dm⁻³.
Volumen 10,20 cm³ točno je polovica volumena do ekvivalencije. U toj je točki polovica kiseline prevedena u A⁻, pa je [HA] ≈ [A⁻]. Iz izraza Ka = [H⁺][A⁻]/[HA] slijedi Ka ≈ [H⁺]. Zato je pKa = pH = 4,74, odnosno Ka = 10⁻⁴,⁷⁴ = 1,82 × 10⁻⁵.
2. Izračunaj pH u točki ekvivalencije. Koja vrsta određuje pH i zašto otopina nije neutralna?
Read the worked answer
U točki ekvivalencije sav HA preveden je u A⁻. Ukupni volumen je 25,00 cm³ + 20,40 cm³ = 45,40 cm³, pa je c(A⁻) = 2,040 × 10⁻³ mol / 0,04540 dm³ = 0,04493 mol dm⁻³.
A⁻ je slaba baza: Kb = Kw / Ka = 1,0 × 10⁻¹⁴ / 1,82 × 10⁻⁵ = 5,49 × 10⁻¹⁰. [OH⁻] = √(Kb × c) = √(5,49 × 10⁻¹⁰ × 0,04493) = 4,97 × 10⁻⁶ mol dm⁻³. pOH = −log(4,97 × 10⁻⁶) = 5,30, pa je pH = 14,00 − 5,30 = 8,70.
pH nije neutralan jer A⁻ hidrolizira s vodom i stvara OH⁻. Otopina je zato bazična.
3. Je li metiloranž prikladan indikator? Odgovori pomoću usporedbe pH ekvivalencije i prijelaznog područja te predloži bolji izbor.
Read the worked answer
Metiloranž mijenja boju oko pH 3,1–4,4, a pH u točki ekvivalencije je 8,70. Indikator bi se obojio mnogo prije ekvivalencije, pa bi se titracija prekinula prerano i rezultat bi bio pogrešan.
Prijelazno područje indikatora treba sadržavati pH ekvivalencije. Fenolftalein mijenja boju oko pH 8,2–10,0, što obuhvaća 8,70, pa je fenolftalein prikladan. To je i razlog zašto je u opisu titracije do promjene boje fenolftaleina utrošak uzet kao točka ekvivalencije.