[scheikunde] [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Wouter O.

Ik doe gymnasium en zit in vwo 6 op dit moment. Mijn scheikunde leraar wilde me een uitdaging geven voor de praktische opdracht die er aan komt, omdat ik een 9,3 gemiddeld sta voor scheikunde (het gaat me meestal redelijk gemakkelijk af). Dit heeft hij besloten te doen, door me de volgende opdracht te geven:

Titreer je zuuroplossing met 20 ml van je baseoplossing. Deze oplossingen moet je zelf maken en dus ook zelf bepalen welke molariteit, hoeveelheid, etc.
Gegeven zuur: oxaalzuur (H₂C₂O₄)

Gegeven base: Natriumacetaat (NaAc)

Maak zelf een geschikte meetopstelling om je proef te doen en gebruik daarbij het programma Coach - 6. Voeg bij je meting ook een geschikte indicator toe en vermeld alle kleurnuances die je onderweg ziet.
De hoofdopdracht zal zijn om de gemeten curve te vergelijken met de theoretisch opgestelde curve. Verklaar alle mogelijke afwijkingen.

Er is alleen 1 probleem.. Ik heb niks van zuur-base reacties geleerd tusseen zowel een zwak zuur als een zwakke base. Alleen reacties tussen 2 sterke en 1 sterke + 1 zwakke.
Nu ben ik ondertussen zover:
H₂C₂O₄ (aq) + 2Ac^- (aq) (evenwichtspijl) C₂O₄^2- (aq) + 2HAC (aq)
Het maken van de oplossingen wilde ik doen, door een 0,1 M oplossing van oxaalzuur te pakken van 10 ml en een 20 ml oplossing van 0,1M oplossing te maken van NatriumAcetaat.

Is dit handig? Zo ja, dan loop ik tegen het volgende punt: hoe ga ik de theoretische titratiecurve van deze zuurbasereactie opstellen?

Ook vraag ik me af welke indicatoren ik het beste zou kunnen gebruiken.

Alvast bedankt!

PS: Ik weet niet zeker of ik dit bij "huiswek en practica" moet zetten of bij "scheikunde", aangezien je normaal niet geleerd wordt op een middelbare school (althans niet op de mijne) om zo'n dergelijke opdracht uit te voeren.

Marko

Allereerst begrijp ik niet hoe het kan dat je in VWO 6 nog niet hebt geleerd over reacties tussen een zwak zuur en een zwakke base. Misschien is er iets veranderd in het examenprogramma, maar normaal gesproken worden bij zuren en basen de volgende vuistregels aangeleerd:

Sterk zuur + Sterke base: aflopende reactie
Sterk zuur + zwakke base: aflopende reactie
Zwak zuur + sterke base: aflopende reactie
Zwak zuur + zwakke base: evenwicht

Om te bepalen of dit evenwicht links of rechts ligt (met andere woorden, of het zwakke zuur en de zwakke base nauwelijks met elkaar reageren of voor een groot deel) kijk je in de tabel met zuursterktes. Is het zuur waar je mee begint sterker dan het zuur wat ontstaat, dan ligt het evenwicht rechts en verloopt de reactie voor een groot deel. Dat is bij oxaalzuur en natriumacetaat zo (zoek de betreffende waardes maar eens op).

Alleen is oxaalzuur een tweewaardig zuur, de tweede dissociatiestap is niet veel sterker dan die van azijnzuur, en dat zal wat uitdagingen geven bij dit experiment, als het tenminste de bedoeling is om zo ver te gaan. Gezien de reactie die je geeft, en de volumes en molariteiten die je noemt lijkt dat wel het geval te zijn.

Houd er rekenening mee dat er 2 evenwichten zijn, eentje met oxaalzuur (H₂Ox) als zuur, dat 1 H⁺ afstaat. Hierbij ontstaat HOx^-. Er is ook een tweede evenwicht waarin HOx^-het H⁺ afstaat.

Hoe dan ook, als je een titratiecurve gaat maken moet je met 2 zaken rekening houden. De getallen die je noemt zijn wel ongeveer goed, maar kunnen wat beter:

1. De titratie moet voorbij het equivalentiepunt lopen, dus je moet wat meer toevoegen.
2. Het liefste houd je het volume zoveel mogelijk constant. Aan te raden is om de oplossing waarmee je titreert wat meer geconcentreerd te maken, en/of om je oxaalzuuroplossing wat minder geconcentreerd te maken.

Dan, het berekenen van de theoretische titratiecurve. Dat komt eigenlijk neer op het berekenen van de pH voor een aantal punten in de titratie.

Het handigst is om dat voor een paar bijzondere punten te berekenen:

A) Het begin van de titratie
B) Equivalentiepunt 1
C) Equivalentiepunt 2
D Het volume halverwege A en B
E) Het volume halverwege B en C

In het eerste equivalentiepunt heb je in principe een oplossing die overeenkomt met een die je zou maken door HAc en NaHOx op te lossen in het volume dat je dan hebt. In het tweede equivalentiepunt heb je een oplossing die overeenkomt met een die bestaat uit HAc en Ox^2-

Het berekenen van de pH van die oplossingen komt in wezen overeen met het berekenen van de pH van een oplossing van een zwak zuur, alleen moet je er rekening mee houden dat er nog wat meer in de oplossing aanwezig is.

Ik ga ervan uit dat je dergelijke berekeningen ("iets x stellen") kent. Je moet dit op dezelfde manier doen, alleen dan goed kijken wat je precies x stelt, en wat dat voor de rest betekent. Ik vermoed dat er vergelijkingen uit gaan rollen die niet zomaar op te lossen zijn met VWO-wiskunde (3e of 4e-graadsvergelijkingen). Maar dat kun je ondervangen door een aantal aannames te doen en verwaarlozingen toe te passen.

Let op! Wat je wel en wat je niet kunt verwaarlozen verschilt in ieder punt.

Wat je ook kunt doen (misschien is dat wel gewoon de opdracht) is de titratiecurve afleiden waarbij je net doet alsof Ac^- een sterke base is, en vervolgens kijken wat de verschillen zijn. In dat geval kun je de rol van Ac^- en HAc verwaarlozen.

Wdeb

En anders heb je een GR. Daarmee kan je die 3de en 4de graads vergelijkingen best aan. Mits je het grafisch oplost.

En rekenwerk aan zwak met zwak zit inderdaad niet verplicht in het VWO. Maar daardoor niet minder leuk.

Wdeb

Wouter O.

Marko schreef: Allereerst begrijp ik niet hoe het kan dat je in VWO 6 nog niet hebt geleerd over reacties tussen een zwak zuur en een zwakke base. Misschien is er iets veranderd in het examenprogramma, maar normaal gesproken worden bij zuren en basen de volgende vuistregels aangeleerd:

Sterk zuur + Sterke base: aflopende reactie
Sterk zuur + zwakke base: aflopende reactie
Zwak zuur + sterke base: aflopende reactie
Zwak zuur + zwakke base: evenwicht

Om te bepalen of dit evenwicht links of rechts ligt (met andere woorden, of het zwakke zuur en de zwakke base nauwelijks met elkaar reageren of voor een groot deel) kijk je in de tabel met zuursterktes. Is het zuur waar je mee begint sterker dan het zuur wat ontstaat, dan ligt het evenwicht rechts en verloopt de reactie voor een groot deel. Dat is bij oxaalzuur en natriumacetaat zo (zoek de betreffende waardes maar eens op).

Nee tot zover heb ik de reacties tussen zwak zuur + zwakke base op leren stellen. Ook de evenwichtswaarde K en de vergelijking die erbij hoort. Na het nalezen van mijn berichtje verwoordde ik me daar inderdaad een beetje onduidelijk, sorry daarvoor. Ik bedoelde dat ik qua rekenwerk en titratiecurves niks ervoor geleerd had.

Marko schreef:Alleen is oxaalzuur een tweewaardig zuur, de tweede dissociatiestap is niet veel sterker dan die van azijnzuur, en dat zal wat uitdagingen geven bij dit experiment, als het tenminste de bedoeling is om zo ver te gaan. Gezien de reactie die je geeft, en de volumes en molariteiten die je noemt lijkt dat wel het geval te zijn.

Houd er rekenening mee dat er 2 evenwichten zijn, eentje met oxaalzuur (H₂Ox) als zuur, dat 1 H⁺ afstaat. Hierbij ontstaat HOx^-. Er is ook een tweede evenwicht waarin HOx^-het H⁺ afstaat.

Dit is inderdaad de bedoeling en hieruit maak ik op dat ik dus de fout maakte dat ik die 2 reacties als 1 opschreef, wat dan dus niet mag?

Marko schreef:Wat je ook kunt doen (misschien is dat wel gewoon de opdracht) is de titratiecurve afleiden waarbij je net doet alsof Ac^- een sterke base is, en vervolgens kijken wat de verschillen zijn. In dat geval kun je de rol van Ac^- en HAc verwaarlozen.

Helaas is dit niet de opdracht, want dat zou het een stuk makkelijker maken. Ik moet daadwerkelijk de titratiecurve opstellen tussen het gegeven zwakke zuur en zwakke base op praktische & theoretische wijze. Vervolgens moet ik beargumenteren waarom ze afwijken van elkaar.

Wdeb schreef: En anders heb je een GR. Daarmee kan je die 3de en 4de graads vergelijkingen best aan. Mits je het grafisch oplost.

En rekenwerk aan zwak met zwak zit inderdaad niet verplicht in het VWO. Maar daardoor niet minder leuk.

Wdeb

Ik ga de berekeningen inderdaad maar met mijn GR oplossen. Ik heb namelijk nog net het geluk dat dat mag. Het jaar onder me mag namelijk geen GR meer gebruiken bij hun scheikunde.

Heel erg bedankt voor je lange antwoord Marko. Het is erg duidelijk en je hebt me zeker een aantal stappen verder geholpen. Mocht ik komende week nog ergens tegen aanlopen, dan zal ik het laten weten!

Wdeb

Wat je ook kunt doen (misschien is dat wel gewoon de opdracht) is de titratiecurve afleiden waarbij je net doet alsof Ac^- een sterke base is, en vervolgens kijken wat de verschillen zijn. In dat geval kun je de rol van Ac^- en HAc verwaarlozen.
Helaas is dit niet de opdracht, want dat zou het een stuk makkelijker maken. Ik moet daadwerkelijk de titratiecurve opstellen tussen het gegeven zwakke zuur en zwakke base op praktische & theoretische wijze. Vervolgens moet ik beargumenteren waarom ze afwijken van elkaar.

Weet je dat zeker? Het feit dat je mag verklaren wat het verschil is, maakt de opdracht vrij simpel. Je zou zelfs gewoon een rechte lijn kunnen voorspellen en dan achteraf de verschillen correct verklaren......of is dit weer te vervelend gelezen???

Wdeb

Marko

Wouter O. schreef:
Nee tot zover heb ik de reacties tussen zwak zuur + zwakke base op leren stellen. Ook de evenwichtswaarde K en de vergelijking die erbij hoort. Na het nalezen van mijn berichtje verwoordde ik me daar inderdaad een beetje onduidelijk, sorry daarvoor. Ik bedoelde dat ik qua rekenwerk en titratiecurves niks ervoor geleerd had.

OK, dat laatste kan ik me goed voorstellen. Praktisch gezien heeft het ook helemaal geen meerwaarde, omdat je titraties niet uitvoert met een zwak zuur én een zwakke base - komt de nauwkeurigheid namelijk helemaal niet ten goede. Blijft over dat het theoretisch een leuke vingeroefening is, maar normaal gesproken gaat het te ver voor middelbare schoolstof (uitzonderingen daargelaten

)

Dit is inderdaad de bedoeling en hieruit maak ik op dat ik dus de fout maakte dat ik die 2 reacties als 1 opschreef, wat dan dus niet mag?

Het mag wel - het evenwicht dat je opschrijft is een combinatie van de 2 evenwichten die ik noemde. Alleen schiet je er niets mee op, omdat je de evenwichtsconstante die bij die evenwicht hoort niet kent, en je dus ook niets kunt gaan uitrekenen. Nu kun je die evenwichtsconstante wel uitrekenen/afleiden op basis van de evenwichtsconstantes van de andere evenwichten, maar daarmee maak je het jezelf onnodig moeilijk. Het is namelijk ook zo dat op ieder moment tijdens de titratie maar één evenwicht echt belangrijk is.

Bedenk je wat er gebeurt tijdens een titratie: Je voegt steeds kleine beetjes natriumacetaat toe aan een oplossing waarin (aan het begin in ieder geval) een grote overmaat oxaalzuur is. De kans dat een molecuul oxaalzuur beide H⁺ afstaat is veel kleiner dan de kans dat twee moleculen oxaalzuur ieder 1 H⁺ afstaan.

Dit blijft zo totdat (nagenoeg) alle oxaalzuurmoleculen 1 H⁺ hebben afgestaan - het eerste equivalentiepunt dus. Pas dán zullen de waterstofoxalaat-ionen hun H⁺ gaan afstaan aan het natriumacetaat dat dan wordt toegevoegd. Pas dán wordt het tweede evenwicht dus van belang.

Helaas is dit niet de opdracht, want dat zou het een stuk makkelijker maken. Ik moet daadwerkelijk de titratiecurve opstellen tussen het gegeven zwakke zuur en zwakke base op praktische & theoretische wijze. Vervolgens moet ik beargumenteren waarom ze afwijken van elkaar.

Och, een beetje uitdaging kan geen kwaad toch? Het probleem is in ieder geval oplosbaar, dus het is geen hopeloze weg

Ik ga de berekeningen inderdaad maar met mijn GR oplossen. Ik heb namelijk nog net het geluk dat dat mag. Het jaar onder me mag namelijk geen GR meer gebruiken bij hun scheikunde.

Mwoah. Ik weet niet of dat zo jammer is. Een GR is helemaal niet nodig voor de berekeningen die je normaal gesproken nodig hebt op het VWO. Het heeft wat dat betreft veel meer waarde om te leren hoe je een probleem zo kunt aanpakken dat hij met een gewone rekenmachine of zelfs met pen en papier is op te lossen. Slimme benaderingen toepassen dus. Dat is namelijk iets wat niet alleen voor chemisch rekenen handig is, maar overal van pas komt.

Heel erg bedankt voor je lange antwoord Marko. Het is erg duidelijk en je hebt me zeker een aantal stappen verder geholpen. Mocht ik komende week nog ergens tegen aanlopen, dan zal ik het laten weten!

Prima. Belangrijkste is dat je op ieder moment in de titratie kijkt wat voor reacties er optreden, dat je zoveel mogelijk in kaart brengt welke evenwichten er allemaal zijn en welke evenwichtsconstante daarbij hoort.

Wouter O.

Wdeb schreef: Weet je dat zeker? Het feit dat je mag verklaren wat het verschil is, maakt de opdracht vrij simpel. Je zou zelfs gewoon een rechte lijn kunnen voorspellen en dan achteraf de verschillen correct verklaren......of is dit weer te vervelend gelezen???

Wdeb

Het is een deel van de opdracht om met berekeningen aan te tonen hoe je je theoretische titratiecurve opstelt. Helaas is het voorspellen van een rechte lijn in zo'n geval niet meer zo aantrekkelijk.

Ik heb een paar dagen wat zitten proberen en heb wat onderzoek gedaan. Ik loop echter tegen een aantal dingen aan en hoopte dat iemand me misschien weer een stapje verder kon helpen.

Het loopt vooral vast bij de berekening van de theoretische titratiecurve. Normaal gezien is dat door het opstellen van De K_z makkelijk te doen, maar in dit geval, voor zover ik weet, niet.
Als ik de volgende reacties opstel:
H₂Ox + Ac^- (evenwichtspijl) HOx^- + HAc

HOx^- + Ac^- (evenwichtspijl) Ox^2- + HAc

kan ik de volgende K_z waarden bepalen:

K_z(1) = [HOx^-][Hac] / [H₂Ox][Ac^-] = 5,9 * 10^-2
K_z(2) = [Ox^2-][HAc] / [HOx^-][Ac^-] = 6,5 * 10^-5

Ik zie echter niet hoe ik de pH nu kan bepalen..

Ik kwam op een -voor mij- ingewikkelde berekening, waarbij ik van mijn oxaalzuur bij elke pH de concentratie van de componenten kon berekenen in water:

k₁ = [H⁺][HOx^-] / [H₂Ox]

k₂ = [H⁺][Ox^2-] / [HOx^-]

Beginconcentratie = [Ox^2-] * (1 + [H⁺]/k₂ + [H⁺]²/k₁k₂) = [Ox^2-]_{alfa Ox^2-(H)}

Beginconcentratie = [HOx^-] * ( k₂/[H⁺] + 1 + [H⁺]/k₁) = [HOx^-]_{alfa HOx^-(H)}

Beginconcentratie = [H₂Ox] * (k₁k₂/[H⁺]² + k₁/[H⁺] +1) = [H₂Ox]_{alfa H2Ox(H)}
Dit zou ik dan mooi in een grafiekje kunnen zetten, een waar ik de concentratie van de componenten als functie van de pH uitzet. Dit geldt echter voor een zuur in water. Dit zou ik dus gewoon toe mogen passen op mijn oplossing, maar dan loop ik tegen een paar dingen op.

1) Mag ik deze nog steeds gebruiken tijdens & na het titreren?
2) De alfa, de protolyse graad, weet ik alleen bij een eenwaardig zuur te berekenen (met nog redelijk wat moeite) en heb ik geen voorbeelden van kunnen vinden van een meerwaardig zuur.

3) Zou dit grafiekje helpen om te verklaren waarom de praktische curve van de theoretische af zal wijken? Je hebt dan namelijk wel een perfect overzicht van alle componenten.

Met andere woorden, ik zit een beetje vast.. Ik heb de theoretische curve nodig om te zien welke kleurindicatoren ik gebruiken ga moeten bij de proef zelf. De oplossingen heb ik al samengesteld, met goedkeuring van mijn leraar.
Per titratie ga ik gebruiken: 50 ml 0,1 M oxaalzuur & 20 ml 0,714 M Natriumacetaat. Ik heb deze zo berekend dat ik, theoretisch, op 7 & 14 ml een equivalentiepunt zou moeten hebben.

Margriet

Wouter O. schreef: Als ik de volgende reacties opstel:
H₂Ox + Ac^- (evenwichtspijl) HOx^- + HAc

kan ik de volgende K_z waarden bepalen:

K_z(1) = [HOx^-][Hac] / [H₂Ox][Ac^-] = 5,9 * 10^-2

Ik zie echter niet hoe ik de pH nu kan bepalen..

Tot het eerste equivalentiepunt heb je inderdaad te maken met de volgende evenwichtsreactie:

H₂Ox + Ac^- ⇔ HOx^- + HAc

Met evenwichtsvoorwaarde:

K = [HOx^-] * [HAc] / [H₂Ox ] * [Ac^-]

Waarvoor geldt: K = Kz_H2ox / Kz_HAc

Je kunt dit afleiden uit beide evenwichtsvoorwaarden.

Aan welke kant ligt het evenwicht?

Stel Ac^- = x , druk de andere concentraties ook in x uit en los de vierkantsvergelijking op.

De pH vind je in het buffergebied uit de verhouding Z^-/HZ.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[scheikunde] [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

[PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base

Re: [PO] Titratie zwak zuur + zwakke base