Matematické Fórum

Bedlasky · 06. 02. 2017 22:39

Zdravím.

Potřeboval bych trochu poradit s výpočtem na laboratoře. Dnes jsme stanovovali volumetricky kyselinu boritou v boraxu. Odpipetoval jsem si 25ml boraxu ze zásobního roztoku do titračky, potom přidal methylčerveň a titroval pomocí HCl (celkem dvakrát). Zjistil jsem si, kolik je potřeba přidat do baňky HCl, aby se vyloučila všechna H3BO3. Potom jsem si do baňky odpipetoval zase 25ml boraxu, přidal mannit, fenolftalein a HCl. Poté jsem začal titrovat roztokem NaOH do světle růžového zabarvení (průměrná spotřeba opět ze dvou titrací).

První problém je se sestavením rovnice. Původně jsem ji sestavil takto:

$2NaOH + 4H_{3}BO_{3} \Rightarrow Na_{2}B_{4}O_{7} + 7 H_{2}O$

Nicméně učitelka mi namítla, že kyselina boritá je slabá kyselina, co disociuje jen do prvního stupně (nevidím důvod proč by nemohla i do těch dalších) a vzniká zde NaH2BO3. Tak si chci ověřit, zda to tak skutečně je. Nicméně, to světle růžové zabarvení, sotva znatelné, by napovídalo vzniku hydrogensoli, jelikož při prvním přebytku NaOH by se fenolftalein zbarvil dost výrazně růžovofialově. Docela jsem se i podivil nad jednou titrací, která mi vyšla asi o 4,5ml více než ty dvě, z kterých jsem počítal, tak mně napadlo, jestli to není způsobeno též nějakou reakcí, nicméně to může být i chyba na mé straně někde v postupu.

Další věcí je však problém s výpočtem procentuálního zastoupení H3BO3 v boraxu. Zkoušel jsem si vyjádřit látkové množství H3BO3 z reakce pro první titraci s HCl, jenže mi přijde, že to nikam nevede. Osobně by mi přišlo nejjednodušší to spočítat jen z těch titrací s HCl, nicméně já počítám se spotřebou NaOH. Nemohli byste mě někdo prosím navést, jak na to? Předem děkuji za odpověď :).

Jen ještě takový dodatek - má to vyjít někde okolo 75%, což mi přijde moc, jelikož, když to vezmu z molárních hmotností, je v boraxu obsaženo 20% H3BO3.

Jozka2 · 07. 02. 2017 09:28

Především k té sytnosti H3BO3. Když si napíšeš elektronový vzorec, zjistíš, že H3BO3 (přesněji B(OH)3 ) má prázdný orbital. Na ten se nutně musí vázat voda za vzniku H[B(OH)4]. Titrací NaOH pak vzniká tetrahydroxoboritan sodný.
Pokud se Toho stanovení týká, možných chyb je víc. Jde jednak o přídavek HCl, který mohl být stanovený nepřesně, a vedle toho i o přídavek manitu.Pak se bude nakonec titrovat ještě samotná boritá a přechod by byl neostrý. Stechiometricky mi vychází obsah borité v boraxu okolo 65%.
Pokud se týká té reakční rovnice, pak skutečně má pravdu učitelka, zdůvodnění máš nahoře. Tetraboritan vzniká až ztátou hydroxoskupin odštěpováním vody, tedy nikoli ve zředěném roztoku.

Bedlasky · 07. 02. 2017 22:33

↑ Jozka2:

Díky za pomoc a vysvětlení :). Jen akorát, jestli bys mě nemohl nějak nakopnout, jak začít ten výpočet.

Jozka2 · 08. 02. 2017 12:33

↑ Bedlasky:
Vyjdeš z rovnice NaOH + H3BO3 = NaH2BO3 + H2O, takže látkové množství H3BO3 je rovné látkovému množství NaOH. Podmínkou ostrého přechodu je přebytek manitu. Nevidím žádný problém. Pokud se týká očekávaného množství H3BO3, nevím, jak jsi přišel na 25%.
M(Na2B4O7.10H2O) = 381,3721g/mol; M(H3BO3) = 61,833g/mol
w(H3BO3) = 4*61,833/381,3721 = 0,6485
Možné zvýšení obsahu H3BO3 může být způsobeno ztrátou části krystalové vody během skladování.

Bedlasky

↑ Jozka2:

Odpovídám až dnes, jelikož jsem na to včera neměl čas. H3BO3 byla připravena z boraxu, nebyla skladována. Jen se chci zeptat, proč je ten přechod ostrý při nadbytku mannitu?

K tomu řešení, mátlo mě to přidávání HCl k boraxu, proto mi nešlo to vypočítat, nakonec jsem ale na to přišel.

$n_{NaOH}\ldots n_{{H_{3}BO_{3}}}\\ 1mol\ldots \ldots 1mol$

$n_{H_{3}BO_{3}}=n_{NaOH}=c_{NaOH}\cdot \bar{V}$

$m_{H_{3}BO_{3}}=c_{NaOH}\cdot \bar{V}\cdot M_{H_{3}BO_{3}}$

$c_{Na_{2}B_{4}O_{7}}=\frac{m_{nav}}{M_{Na_{2}B_{4}O_{7}}\cdot V_{ZR}}$

$m_{Na_{2}B_{4}O_{7}}=n_{Na_{2}B_{4}O_{7}}\cdot M_{Na_{2}B_{4}O_{7}}=c_{Na_{2}B_{4}O_{7}}\cdot V_{Na_{2}B_{4}O_{7}}\cdot M_{Na_{2}B_{4}O_{7}}=\frac{V_{Na_{2}B_{4}O_{7}}\cdot m_{nav}}{V_{ZR}}$

$w_{{H_{3}BO_{3}}}=\frac{m_{{H_{3}BO_{3}}}}{m_{Na_{2}B_{4}O_{7}}}=\frac{c_{NaOH}\cdot \bar{V}\cdot M_{H_{3}BO_{3}}\cdot V_{ZR}}{m_{nav}\cdot V_{Na_{2}B_{4}O_{7}}}$

Kde $\bar{V}$ je průměrná spotřeba NaOH, $V_{ZR}$ je objem zásobního roztoku boraxu, $m_{nav}$ je hmotnost navážky boraxu, $V_{Na_{2}B_{4}O_{7}}$ je odpipetovaný objem boraxu ze zásobního roztoku a $m_{Na_{2}B_{4}O_{7}}$ je hmotnost boraxu v odpipetovaném množství.

Jozka2 · 12. 02. 2017 09:01

↑ Bedlasky:
Odpověď snadno zjistíš, když si uděláš titrační křivku H3BO3. Disociační konstanta pKa(H3BO3) = 9,2.
Při titraci silnou zásadou se titrovaný roztok chová jako pufr. Pro ilustraci si spočítejme 3 body:
Zneutralizováno je 60% kyseliny. ns/na = 0,6/0,4 = 1,5 => pH = 9,2 + log(1,5) = 9,38
Zneutralizováno je 80% ns/na = 0,8/0,2 = 4 => pH = 9,2 + log(4) = 9,8
Zneutralizováno je 90% ns/na = 0,9/0,1 = 9 => pH = 9,2 + log(9) = 10,15
Zneutralizováno je 95% ns/na = 0,95/0,05 = 19 => ph = 10,5
Proto se k roztoku H3BO3 přidává nějaký vícesytný alkohol, jako glycerin, manit, invertní cukr , které se ukázaly jako nejvýhodnější. Ty vytvoří s H3BO3 komplexní kyselinu, která je podstatně silnější a tedy i lépe titrovatelná.
Srovnejme vypočtené hodnoty s s udávaným rozmezím přechodu fenolftaleinu, které je 8,3 - 10. Je zřejmé, že pro přímou titraci H3BO3 není fenolftalein použitelný.
Pokud tedy nebude manitu nadbytek, není zaručeno, že veškerá H3BO3 bude převedená na komplexní kyselinu a nebude na fenolftalein zčásti vůbec titrována, zejména pokud budeme titrovat do slabě růžového zabarvení.

OK?

Bedlasky · 12. 02. 2017 21:57

↑ Jozka2:

Díky za vysvětlení :).

Matematické Fórum

#1 06. 02. 2017 22:39

Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#2 07. 02. 2017 09:28

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#3 07. 02. 2017 22:33

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#4 08. 02. 2017 12:33

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#5 10. 02. 2017 23:07 — Editoval Bedlasky (10. 02. 2017 23:11)

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#6 12. 02. 2017 09:01

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

#7 12. 02. 2017 21:57

Re: Stanovení obsahu H3BO3 v boraxu

Zápatí