4. laboratóriumi gyakorlat

Kétkomponensű keverék összetételének meghatározása sav-bázis és redoxititrálással

Elméleti bevezető

Térfogatos elemzésnek vagy titrimetriának nevezzük azt a mennyiségi meghatározási módszert, amelyben a minta egy komponensének ismeretlen mennyiségét úgy határozzuk meg, hogy ismert koncentrációjú ún. mérőoldattal reagáltatjuk, és meghatározzuk a vizsgált anyag teljes elreagáltatásához szükséges mérőoldat-mennyiséget. A reakcióval szemben elvárás, hogy gyors, egyértelmű, indikálható és gyakorlatilag egyirányú legyen, viszont ezen belül bármilyen reakciótípusba tartozhat, ezek alapján beszélünk sav-bázis-, redoxi-, csapadékos- és komplexképződéses titrálásokról. Mi a gyakorlaton sav-bázis- és redoxititrálást fogunk végezni.

Mivel a mérőoldatok koncentrációja beméréssel nehezen állítható be pontosan (pl. a NaOH-pasztillák mindig tartalmaznak ismeretlen mennyiségben vizet és Na2CO3-ot, a KMnO4 mindenféle szerves szennyezővel képes elreagálni), a gyakorlatban a tényleges mérés előtt a mérőoldat pontos koncentrációját is meghatározzuk (ún. faktorozás). Ekkor állandó hatóértékű anyag ismert mennyiségét titráljuk meg a mérőoldattal, és ebből határozzuk meg az ún. faktorát (f), vagyis azt az értéket, amellyel a névleges koncentrációt megszorozva a tényleges koncentrációt megkapjuk: cpontos=f·cnévleges. A gyakorlaton faktorozást nem végzünk, de el kell kérnünk a használt mérőoldatok (NaOH, KMnO4) faktorát.

Minden sav-bázis titrálás alapja a közömbösítési reakció. Az ún. végpontot, vagyis azt a mérőoldat-térfogatot, amelynél a mért komponens és a mérőoldat éppen sztöchiometrikus mennyiségben van jelen, ún. sav-bázis indikátorokkal jelezzük. Ezek olyan gyenge savak vagy bázisok, amelyeknek igen intenzív színe van, és a savas és bázikus közegben megjelenő színe láthatóan eltér. A titrálást ún. átmeneti színig végezzük.

A redoxititrálások sokféle reakciót használhatnak fel, oxidálhatunk I2-dal (ún. jodometria), BrO3--tal (bromatometria), vagy, mint a jelen kísérletben,  KMnO4-tal (ún. permanganometria). Az utóbbit általában erősen savas közegben használják, ekkor a permanganát redukciójának egyenlete:

MnO4 + 8 H+ + 5 e = Mn2+ + 4 H2O

A reakció szobahőmérsékleten nem felel meg a gyorsasági igényeknek, ezért a reakciót emelt hőmérsékleten és katalizátor jelenlétében végezzük (a reakció érdekessége, hogy azt az egyik termék, a Mn2+ ion katalizálja [autokatalízis]). A permanganometria külön indikátort nem igényel, mert a MnO4- ionok lila színe rendkívül intenzív, így a titrálást a lila szín megmaradásáig végezzük.

Térfogatmérés: Pr. 1.10. Titrálások gyakorlati kivitelezése: Pr. 160-162. oldal.

Eszközök

25 cm3-es büretta, 5cm3-es és 10 cm3-es pipetta (kétjelű), 100cm3-es mérőlombik, üvegbot, tölcsér, titrálólombik, 10cm3-es mérőhenger

Anyagok

Számozott ismeretlen összetételű oxálsav [(COOH)2.2H2O] – K-oxalát [(COOK)2.H2O] keverék, 0,1 mol/dm3-es NaOH-oldat, 0,02 mol/dm3-es KMnO4-oldat

A mérés leírása

(Megjegyzés: e gyakorlat helyett választható: Mosópor vizsgálata titrálással. Ha valaki az alternatív gyakorlatot szeretné elvégezni, legalább egy héttel korábban szóljon az oktatónak!)

A kapott kisméretű Erlenmeyer-lombikban (COOH)2.2H2O és (COOK)2.H2O keveréke van. A kis lombikot kb. félig töltjük vízzel, kis üvegbottal való kevergetéssel vagy ultrahangos rázatással maradéktalanul feloldjuk. Az oldatot tölcsér segítségével hiánytalanul átvisszük a 100cm3-es mérőlombikba. Ehhez a lombikot és a tölcsért (ha üvegbottal dolgoztunk, azt) is még legalább kétszer desztillált vízzel átöblítjük és a lombikba öntjük (Vigyázzunk, ha a mérőlombik jele fölé töltöttük az oldatot, nem tudjuk a mérést pontosan elvégezni, ezért kis mennyiségekkel dolgozzunk). Ha már minden eszközt átöblítettünk a lombikba, jelre töltjük, ehhez tulipántölcsért vagy cseppentőcsövet használhatunk. A mérőlombikban lévő oldatot homogenizáljuk (a dugót gondosan bedugva többször egymás után megfordítjuk a lombikot, a dugót óvatosan kihúzzuk, hogy a csiszolatra tapadt oldat kifolyjon, majd újra bedugjuk, és a felfordításokat megismételjük).

A bürettát átmossuk, majd feltöltjük a NaOH-oldattal. 3 titrálólombikba belepipettázunk 10-10cm3 törzsoldatot, majd térfogatát desztillált vízzel kb. megduplázzuk, 4-5 csepp fenolftaleint adunk hozzá és átmeneti színig (halványrózsaszín) titráljuk. Ha a három mérés szórása túl nagy, további méréseket végzünk.

A bürettát 2-3-szor átmossuk desztillált vízzel majd KMnO4-mérőoldattal, és 0-jelre töltjük. 3 titrálólombikba 5-5cm3-t pipettázunk a törzsoldatunkból, az oldatokhoz 5-5cm3 20%-os kénsavoldatot adunk (mérőhengerrel mérjük!!!), térfogatukat kb. 20 cm3-re egészítjük ki, majd kb. 70ºC-ig melegítjük őket (nem forraljuk!!!). A titrálás elején a mérőoldatot cseppenként adjuk, amíg az oldat teljesen el nem színtelenedik, majd kicsit gyorsabban kb. 1 percig megmaradó átmeneti színig titrálunk (kipróbálhatjuk azt is, hogy az egyik lombikot nem melegítjük, de negyed kanálnyi MnSO4-ot adunk hozzá). Legalább 3 párhuzamos mérést végzünk.

Kérdések, feladatok

  1. Írjuk fel a két titrálási reakció egyenletét! Gondoljuk végig, hogy melyik méréssel melyik komponenst titráljuk. A redoxireakció felírásánál vegyük figyelembe, hogy a reakció erősen savas közegben megy végbe, így mindkét komponens gyakorlatilag oxálsavként van jelen, valamint azt, hogy az oxálsav oxidációjának terméke CO2. (Figyelem!!! Ezt a pontot már a gyakorlat előtt végezzük el!)
  2. A sav-bázis titrálás átlagfogyásából határozzuk meg a keverék oxálsavtartalmát (mólban)!
  3. A redoxititrálás átlagfogyásából állapítsuk meg a keverék teljes oxálsav+oxaláttartalmát (mólban)!
  4. Adjuk meg a keverék tömegszázalékos összetételét!

A mérés pontossága

A térfogatmérő eszközöket nem kalibráljuk, így kb. 1%-os pontosságra számíthatunk. Gondos kivitelezés esetén a főbb hibák a jelreállítások és a leolvasások ill. a mérőeszközök pontatlanságaiból származnak. Fatális hibát jelent a minta mérőlombikba vitelének elhibázása ill. a homogenizálás elmulasztása (az utóbbira a mérések szisztematikus tolódása hívhatja fel a figyelmet). Ekkor semmi más megoldás nincs, mint a mérés újrakezdése.


Az oldal készítője és fenntartója: Frigyes Dávid, egyetemi adjunktus (© 2007-2008.)