Basiskennis chemie6/pH-titraties Zoutzuur met natronloog

Titratie van een sterk zuur met een sterke base

Bij de titratie vam een sterk zuur met een sterke base kun je voor het bepalen van de pH op een bepaald punt in de titratie uitgaan van de volgende regels:

• Het zuur is volledig in ionen gesplitst
• De base is volledig in ionen gesplitst
• De reactie tussen H⁺ en OH^- treedt meteen en volledig op
• Alleen in het equivalentiepunt is het waterevenwicht van belang.

Als voorbeeld wordt gekeken naar de titraties van 100 mL 0,0100 nol/L zoutzuur met 0,100 mol/L natronloog. Hoewel niet noodzakelijk wordt van alle ionen i de oplossing de concentatie berekend.

Sterk zuur/sterke base
Regels

Begin van de titratie

Aan het begin van de titratie zit er alleen monster in de erlenmeyer, dus de eigenschappen in het titratievat zijn gelijk aan het monster. Het aantal mol chloride is gelijk aan het volume maal de concentratie Sjabloon:Nowrap Ook het aantal mol waterstofionen is hieraan gelijk, en voor de concentratie watwerstof-ionen, nodig om de pH uit te rekenen geldt de uitgangsconcentratie, 0,0100 mol/L. De pH is dan 2,000.

Begin titratie

De eerste milliliter

Met het toevoegen van de eerste milliliter reagens wordt de situatie een stuk lastiger.

Chloride

De hoeveelheid chloride is niet verandert, er is geen chloride toegevoegd. Maar het volume is wel groter geworden, van 0,100 liter is het nu 0,101 liter. De nieuwe chlorideconcentratie is dus:

$[\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}]=\frac{\mathrm{n}{\phantom{A}}_{{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{\text{start}}}}{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}+\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}=\frac{0,001}{0,101}=0,00991\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

Natrium

De hoeveelheid natrium is wel veranderd. Het aantal mol natrium dat nu in het titratievat zit is afkomstig uit de eerste milliliter natronloog. Voor de concentratie geldt:

$[\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}]=\frac{\mathrm{c}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}\times \mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}+\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}=\frac{0,100\times 0,001}{0,101}=0,00099\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

Waterstof

Voor de waterstof-ionen geldt dat een deel gereageerd heeft met de toegevoegde hydroxide-ionen. Het aantal OH^--ionen is gelijk aan c_titrant x v_titrant. De totale hoeveelheid H⁺ is met die hoeveelheid afgenomen en dit zit in het nieuwe volume:

$[\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}]=\frac{\mathrm{n}{\phantom{A}}_{{\mathrm{H}}^{\text{+}}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}-\mathrm{c}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}\times \mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}+\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}=\frac{0,0100-0,100\times 0,001}{0,100+0,001}=0,00891\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

Hydroxide

Voor het equivalentiepunt is de concentratie hydroxide-ionen heel klein, practisch nul.

De pH die bij deze polossing hoort is 2,050.

eerste ml

Voor het equivalentiepunt

Tot aan het equivalentiepunt verandert er nu, behalve dat er steeds weer een hoeveelheid base wordt toegevoegd waardoor het totale volume toeneemt, de hoeveelheid Na⁺ wordt groter en H⁺ neemt af. Ook de manier van rekenen verandert niet. De resultaten van de verschillende stappen zijn weergegeven in de tabel.

tot equivalentiepunt

Equivalentiepunt

In het equvalentiepunt is er precies genoeg hydroxide toegevoegd om met de in het zoutzuur aanwezige H⁺ te reageren. In feite is er een oplossing van natriumchloride ontstaan in nutraal water. In de tabel is dit te zien aan het feit dat op dit punt (0,010 toegevoegd) $[\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}]$ gelijk is aan $[\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}]$. Dat betekent niet dat $[\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}]$ en $[\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}]$ nu nul zijn. Vanuit het waterevenwicht is elk van de twee concentraties $1,0\cdot 10{\phantom{A}}^{-7}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$. De daarbij horende pH is 7,000.

Equivalentie

Na het equivalentiepunt

Na het equivalentiepunt ben je eigenlijk natronloog aan het toevoegen aan een oplossing van keukenzout. Onder invloed van het stijgende volume daalt de concentratie chloride, de concentratie waterstof-ionen wordt via het waterevenwicht bepaald door die van hydroxide. Die concentratie stijgt door het steeds toevoegen van extra titrant.

chloride

Het aantal mol chloride is nog steeds gelijk aan het aantal mol waarmee je begon dus 0,001 mol. Het volume is inmiddels opgelopen tot 100 + 11 = 111 ml (= 0,111 L). De concentratie is dan:

$[\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}]=\frac{0,001}{0,111}=0\text{,}{\phantom{A}}_{00901}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

natrium

Voor natrium geldt dat het aantal mol gelijk is aan het volume toegevoegd titrant maal de concentratie daarvan. Dit aantal moet dan door het totale volume gedeeld worden:

$[\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}]=\frac{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}\times \mathrm{c}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}}{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{a}\mathrm{l}}}=\frac{0,011\times 0,1}{0,111}=0\text{,}{\phantom{A}}_{00991}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

Waterstof

Je bent voorbij het equivalentiepunt. Alle bij het begin van de titratie aanwezige waterstof-ioen zijn weggereageerd. Buiten de ionen die nog uit het waterst-evenwicht afkomstig zijn, is de concentratie waterstof effectief 0.

Hydroxide

Je bent voorbij het equivalentiepunt, Het aantal hydroxide-ionen is gelijk aan wat er via de titrant in het titratievat terecht is gekomen, min de hoeveelheid die met de waterstof-ionen gereageerd heeft. Dat aantal moet dan gedeeld worden door het volume.\:

$[\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}]=\frac{\mathrm{c}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}\times \mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}}-\mathrm{c}{\phantom{A}}_{\mathrm{z}\mathrm{u}\mathrm{u}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}\times \mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{z}\mathrm{u}\mathrm{u}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{t}}}{\mathrm{v}{\phantom{A}}_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{a}\mathrm{l}}}⟹$

$⟹\frac{0\text{,}{\phantom{A}}_1\times 0\text{,}{\phantom{A}}_{011}-0\text{,}{\phantom{A}}_{01}\times 0\text{,}{\phantom{A}}_1}{0\text{,}{\phantom{A}}_{111}}=0\text{,}{\phantom{A}}_{00090}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L}$

De pH die bij deze oplossing hoort is 10,995.

De berekening voor het verdere verloop van de pH tijdens deze titratie gaat op dezelfde manier.

De berekening voor de tabel is gestopt bij 17 mL toegevoegde titrant, maar zou je enthousiast doorgaan, dan gaat de pH uiteindelijk naar die van een 0,1 mol/L natronloog (13,0). Je hebt dan alleen ook een erg grote erlenmeyer nodig.

Basische oplossing
11 mL

Algemeen beeld

Het algemene beeld van het pH-verloop bij deze titratie is dat de pH steeds stijgt. In de grafiek is te zien dat de stijging langzaam steeds groter wordt. In de buurt van het equivalentiepunt is de stijging het grootst. Na het equivalentiepunt vlakt de curve weer af.

Beeld

{| class="wikitable"

|+ Overzicht van de concentraties tijdens de titratie van 100 mL 0,01 mol/L HCl met 0,1 mol/L NaOH.
Volumes zijn o[pgegeven in liter. Concentraties zijn opgegeven in mol per liter. |- ! v_titrant !! [Cl^-] !! [Na⁺] !! [H⁺]_net !! [OH^-]_net !! pH_net !! [H⁺]_lui !! [OH^-]_lui !! pH_lui !! delta |- | 0,000 Sjabloon:!! 0,01000 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,01000 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,000 Sjabloon:!! 0,01000 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,000 Sjabloon:!! 0,000 |- | 0,001 Sjabloon:!! 0,00990 Sjabloon:!! 0,00099 Sjabloon:!! 0,00891 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,050 Sjabloon:!! 0,00900 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,046 Sjabloon:!! 0,004 |- | 0,002 Sjabloon:!! 0,00980 Sjabloon:!! 0,00196 Sjabloon:!! 0,00784 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,106 Sjabloon:!! 0,00800 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,097 Sjabloon:!! 0,009 |- | 0,003 Sjabloon:!! 0,00971 Sjabloon:!! 0,00291 Sjabloon:!! 0,00680 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,168 Sjabloon:!! 0,00700 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,155 Sjabloon:!! 0,013 |- | 0,004 Sjabloon:!! 0,00962 Sjabloon:!! 0,00385 Sjabloon:!! 0,00577 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,239 Sjabloon:!! 0,00600 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,222 Sjabloon:!! 0,017 |- | 0,005 Sjabloon:!! 0,00952 Sjabloon:!! 0,00476 Sjabloon:!! 0,00476 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,322 Sjabloon:!! 0,00500 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,301 Sjabloon:!! 0,021 |- | 0,006 Sjabloon:!! 0,00943 Sjabloon:!! 0,00566 Sjabloon:!! 0,00377 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,423 Sjabloon:!! 0,00400 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,398 Sjabloon:!! 0,025 |- | 0,007 Sjabloon:!! 0,00935 Sjabloon:!! 0,00654 Sjabloon:!! 0,00280 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,552 Sjabloon:!! 0,00300 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,523 Sjabloon:!! 0,029 |- | 0,008 Sjabloon:!! 0,00926 Sjabloon:!! 0,00741 Sjabloon:!! 0,00185 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,732 Sjabloon:!! 0,00200 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 2,699 Sjabloon:!! 0,033 |- | 0,009 Sjabloon:!! 0,00917 Sjabloon:!! 0,00826 Sjabloon:!! 0,00092 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 3,037 Sjabloon:!! 0,00100 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 3,000 Sjabloon:!! 0,037 |- | 0,010 Sjabloon:!! 0,00909 Sjabloon:!! 0,00909 Sjabloon:!! 1,0·10^-7 Sjabloon:!! 1,0·10^-7 Sjabloon:!! 7,000 Sjabloon:!! 1,0·10^-7 Sjabloon:!! 1,0·10^-7 Sjabloon:!! 7,000 Sjabloon:!! 0,000 |- | 0,011 Sjabloon:!! 0,00901 Sjabloon:!! 0,00991 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00090 Sjabloon:!! 10,955 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00100 Sjabloon:!! 11,000 Sjabloon:!! 0,045 |- | 0,012 Sjabloon:!! 0,00893 Sjabloon:!! 0,01071 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00179 Sjabloon:!! 11,252 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00200 Sjabloon:!! 11,301 Sjabloon:!! 0,049 |- | 0,013 Sjabloon:!! 0,00885 Sjabloon:!! 0,01150 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00265 Sjabloon:!! 11,424 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00300 Sjabloon:!! 11,477 Sjabloon:!! 0,053 |- | 0,014 Sjabloon:!! 0,00877 Sjabloon:!! 0,01228 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00351 Sjabloon:!! 11,545 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00400 Sjabloon:!! 11,602 Sjabloon:!! 0,057 |- | 0,015 Sjabloon:!! 0,00870 Sjabloon:!! 0,01304 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00435 Sjabloon:!! 11,638 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00500 Sjabloon:!! 11,699 Sjabloon:!! 0,061 |- | 0,016 Sjabloon:!! 0,00862 Sjabloon:!! 0,01379 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00517 Sjabloon:!! 11,714 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00600 Sjabloon:!! 11,778 Sjabloon:!! 0,064 |- | 0,017 Sjabloon:!! 0,00855 Sjabloon:!! 0,01453 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00598 Sjabloon:!! 11,777 Sjabloon:!! 0,00000 Sjabloon:!! 0,00700 Sjabloon:!! 11,845 Sjabloon:!! 0,068

|}

Overzicht