opinpolku 1

a) Hae tietoa blogiisi (oppikirjasta/internetistä) yksikköprosessista neutralointi ja liuotus

Mitä neutraloinnilla tarkoitetaan? Mitä aineita tarvitaan neutralointiin. Missä neutralointia sovelletaan teollisuudessa? Mitä liuotus tarkoittaa? Mitkä tekijät ja aineiden ominaisuudet vaikuttavat liuotukseen ja liukenemiseen?

Mitä neutraloinnilla tarkoitetaan?
Neutralointi tarkoittaa aineen, kuten emäksen tai happaman aineen muuttamista neutraaliksi.

Mitä aineita tarvitaan neutralointiin.

emäksistä ja hapanta ainetta.


Missä neutralointia sovelletaan teollisuudessa?
Happojen ja emästen väkevyyden määrittelyyn titraamalla, jäte-/prosessivesien neutralointi teollisuudessa, vesilaitoksilla ja jäteveden käsittelyssä, lannoitteiden Ph:n säädössä ja happaman maaperän Ph:n nostossa kalkin avulla, fossiilisten polttoaineiden käytön tuottaman rikkidioksidi -kaasun neutralointiin rikkipesureissa

Mitä liuotus tarkoittaa?
liuotuksessa liukeneva aine sekoittuu liuottimeen siten, että syntyy liuos.




Mitkä tekijät ja aineiden ominaisuudet vaikuttavat liuotukseen ja liukenemiseen?
kiehumis ja sulamis piste ja lämpötila

Työssä valmistetaan 0,1 M natriumhydroksidi (NaOH) liuosta, jonka väkevyys tarkistetaan kaliumvetyftalaatin avulla.

Näin saadulla väkevyydeltään tarkasti tunnetulla NaOH-liuoksella tarkistetaan valmistetun laimean suolahapon (HCl) väkevyys sekä määritetään annetun kiinteän orgaanisen hapon (esim. oksaalihapon) moolimassa.

Työssä tarvittavat välineet ja reagenssit

LUE ALUKSI TYÖN SUORITUKSEN VAIHEET ENNEN SOPIVIEN VÄLINEIDEN HAKEMISTA! TUTUSTU ERILAISIIN VÄLINEISIIN JA OPETTELE NIIDEN NIMET.

Tarvittavat välineet:

Analyysivaaka, (tarkuus 0,0001 g) sekä punnitusalustoja tai foliota

20 ml tai 50 ml byretti sekä statiivi, kourat ja muhvit

100 ml ja 250 ml tai 500 ml mittapulloja korkkeineen

suppilo

100 ml mittalasi

10 ml ja 25 ml täyspipetit

1ml mittapipetti

pumpetti

3 kpl erlenmeyer-kolvit

dekantterilasi

lämpölevy

lämpökaappi

eksikaattori

lasinen petrimalja

Tarvittavat reagenssit:

Natriumhydroksidi NaOH, pro analysis -laatua

Väkevä HCl (37%) pa-laatu

Kaliumvetyftalaatti KHC8H4O4

Fenoliftaleiini-liuos 0,1% (etanolissa)

Ionivaihdettu vesi

Oksaalihappo (COOH)2 .2H2O

Työn suoritus ja tulosten laskeminen

1) NaOH:n valmistaminen ja tarkistaminen

Laita aluksi noin 1- 1,5 grammaa kaliumvetyftalaattia lasisessa petrimaljaassa kuivumaan lämpökaappiin 105oC:een kahden tunnin ajaksi. Kuivausajan jälkeen siirrä petrimalja eksikaattoriin, jossa jauhe pysyy kuivana. Muista merkitä maljaan, mistä aineesta on kyse.

Laske, paljonko tarvitaan kiinteää natriumhydroksidia, jos valmistetaan 500 ml 0,1M NaOH-liuosta. Punnitse tarvittava määrä analyysivaa’ alla ja liuota se 100 ml dekantterilasissa ionivaihdettuun veteen.

Miksi liuos lämpenee NaOH:n liuetessa? _______________________________________

Siirrä liuos suppiloa apuna käyttäen 500 ml mittapulloon ja täytä pullo merkkiviivaan saakka ionivaidetulla vedellä. Sulje pullo ja sekoita kääntelemällä. Tee pulloon tarvittavat merkinnät.

Seuraavaksi on tarkoituksena tarkistaa tämän liuoksen väkevyys eli konsentraatio kuivatun kaliumvetyftalaatin (KHC8H4O4) avulla käyttäen indikaattorina fenoliftaleiinia, joka muuttaa väriä liuoksen neutraloitusmispisteessä.

Astiassa tapahtuu seuraava neutraloitusmisreaktio:

NaOH + KHC8H4O4 → KNaC8H4O4 + HOH

Tämän jälkeen punnitse analyysivaa´alla tarkasti 0,3 – 0,35 g (eli merkitset punnitustuloksen muistiin) foliopaperille kaliumvetyftalaattia (KHC8H4O4) ja siirrä punnittu määrä huolellisesti 250 ml:n erlenmeyerkolviin. Lämmitä lämpölevyllä ionivaihdettua vettä 400 ml:n dekantterilasissa ja lisää näin kiehuttamaasi vettä n. 50 ml mittalasilla. Sekoita kunnes suola on liuenut. Jäähdytä liuos huoneenlämpötilaan, apuna voit käyttää kylmää vettä tai jäitä. (HUOM! Ei liian kylmäksi!) Lisää 3 pisaraa fenolftaleiiini-indikaattorialiuosta.

Täytä 25 ml:n tai 50 ml:n byretti (kiinnitetty statiiviin) valmistamallasi NaOH-liuoksella. Suorita titraus lisäämällä tarkistettavaa NaOH-liuosta byretistä niin kauan, kunnes värinmuutoskohta osoittaa titrauksen päätepisteen (värittömästä → heikosti vaaleanpunaiseksi). ÄLÄ TITRAA YLI ENSIMMÄISEN VÄRINMUUTOSPISTEEN!!  Ota ylös byretin kulutuslukema.

Tee määritys vielä kaksi kertaa (RINNAKKAISMÄÄRITYKSET) eli toistat titrauksen uusilla punnituilla kaliumvetyftalaattierillä (KHC8H4O4).

Punnitun kaliumvetyftalaatin ja NaOH-liuoksen kulutuksen avulla lasketaan NaOH-liuoksen

tarkka väkevyys eli konsentraatio.

Tee raporttiisi seuraavat merkinnät ja taulukko, jossa esität laskelmat NaOH-liuoksen väkevyyden laskemiseksi

KHC8H4O4 + NaOH   →  KNaC8H4O4 +   H2O

(happo)     + (emäs)            (suola)    +   (vesi)

Laske M(KHC8H4O4) = __________________________________ = ___________  

m(KHC8H4O4)	M(KHC8H4O4)	n(KHC8H4O4)	n(NaOH)	V(NaOH)	c(NaOH)
0,3471	204,222	0,00169962	0,00169962	0,0275	0,0618044
0,3043	204,222	0,00149005	0,00149005	0,0196	0,07602271
0,3004	204,222	0,00147095	0,00147095	0,0178	0,08263754
				Keskiarvo	0,07348822

Kysymys:Miksi kaliumvetyftalaatin ja natriumhydroksidin ainemäärät ovat kussakin titrauksessa samat?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

2) Suolahappoliuoksen laimentaminen ja pitoisuuden tarkistaminen NaOH:lla

Seuraavaksi on valmistettava 0,05 M suolahappoliuos (HCl), jonka pitoisuus tarkistetaan titraamalla se kohdassa 1) tarkistetulla natriumhydroksidiliuoksella (NaOH). Indikaattorina eli värinmuutosaineena käytetään 0,1% fenoliftaleiini-liuosta. Kyseessä on ns. happo-emäs –titraus, jossa suolahappo neutraloidaan emäksisellä NaOH-liuoksella.

Reaktioyhtälö on

HCl          +       NaOH     →      NaCl       +     H2O

(happo)             (emäs)             (suola)    +    (vesi)

Työn suoritus:

Laske tarvittava väkevän HCl-liuoksen määrä ja tee vaadittu laimennus siten, että laimean 0,05M HCl-liuoksen lopullinen määrä on 250 ml.

Tehdään aluksi 0,5 M suolahappoliuosta.

Tarkista väkevän HCl-liuospullon etiketistä tiheys ja väkevyysprosentti:

HCl-liuoksen tiheys рHCl = __________ kg/l ja

pullossa ilmoitettu massa-%: ________ %

HCl:n moolimassa MHCl = (_____+ ______) g/mol = ________ g/mol

Täten väkevän HCl-liuoksen suolahapon massa on litrassa: _______g . ____ = ______ g

Tämän massa mukainen ainemäärä on nHCl = ______ g/(_____ g/mol) = _____ mol

eli litrassa tätä väkevää suolahappoliuosta sen konsentraatio cHCl = ________ mol/l

Laimennuskaava on

c1 * V1 = c2 * V2

missä     c1= väkevän liuoksen konsentraatio

    c2= halutun laimennoksen konsentraatio

    V1= väkevän liuoksen tilavuus

    V2= haluttu laimennoksen tilavuus

Väkevän hapon laimentamisessa 100 ml mittapulloon otetaan 1 ml mittapipetillä 37% happoa

        V1 = [0,5 (mol/L)100 ml]/______ (mol/L) = _____ ml

ja lisätään se 100 ml mittapulloon, jossa on aluksi hieman vettä. Tästä saat tehtyä 0,05 M HCl liuoksen pipetoimalla 25 ml täyspipetillä edellä valmistettua liuosta 250 ml mittapuloon, jonka täytät merkkiin ionivaihdetulla vedellä.Tee tarvittavat merkinnät pulloon!

Täytä byretti tarkistetulla 0,1M NaOH-liuoksella. Mittaa analysoitavaa happoa 25 ml täyspipetillä pumpetin avulla erlenmeyerpulloon ja lisää 3 pisaraa fenoliftaleiiini-indikaattoria. Suorita titraus lisäämällä byretistä tarkistettua NaOH-liuosta niin kauan, kunnes värinmuutoskohta osoittaa titrauksen päätepisteen (värittömästä →  vaaleanpunaiseksi). ÄLÄ TITRAA YLI ENSIMMÄISEN VÄRINMUUTOSPISTEEN!!

Ota ylös byretin kulutuslukema. Tee määritys vielä kaksi kertaa (RINNAKKAISMÄÄRITYKSET)

Pipetoidun HCl-liuoksen määrän, NaOH-liuoksen kulutuksen sekä sen pitoisuuden avulla lasketaan HCl-liuoksen tarkka väkevyys eli konsentraatio.

Laadi laboratoriopäiväkirjaan seuraava taulukko, jossa esität laskelmat HCl-liuoksen väkevyyden määrittämisestä.

TAULUKKO

V(HoCl)	c(NaOH)	V(NaOH)	n(NaOH)	n(HCl)	c(HCI)=n(HCl)/V(HCL)
0,025l	0,073488	0,0195	0,00143302	0,001433	0,05732081
0,025l	0,073488	0,0193	0,00141832	0,001418	0,05673291
0,025l	0,073488	0,0165	0,00121256	0,001213	0,04850223
				Keskiarvo	0,05418531

3) Moolimassan määrittäminen

Seuraavaksi työssä määritettiin oksaalihapon, (COOH)2 moolimassa titraamalla 0,1 M NaOH-liuoksella.

Työn suoritus:

Punnittiin analyysivaa´alla oksaalihappoa tarkasti n. 150-200 mg foliopaperilla. Merkitään tarkka lukema muistiin. Siirretään oksaalihappo erlenmeyeriin ja lisätään 40 ml ionivapaata vettä. Liuotetaan happo.

Täytetään byretti konsentraatioltaan tarkistetulla 0,1 NaOH-liuoksella. Lisätään oksaalihappo-vesiliuokseen 5 tippaa fenoliftaleiinia ja titrataan happoliuos hieman vaaleanpunaiseksi. Tehdään rinnakkaismääritykset (yhteensä 3 kertaa), jotta saataisiin kolme lähekkäin olevaa titraustulosta.

Tulosten käsittely:

m (COOH)2 (g)	c (NaOH) (mol/l)	V (NaOH)  (l)	M(COOH)2 (g/mol))
0,2309	0,073	0,055	114,254552
0,1638	0,073	0,029	153,719218
0,1845	0,073	0,044	114,118476
		Keskiarvo	127,361

Laskukaava:           M(COOH)2 = [2* m(COOH)2] / [c(NaOH)*V(NaOH)]

Lopputulokset:

Lasketaan tuloksista keskiarvo

M(COOH)2 = ___________________

ja verrataan sitä molekyylikaavasta atomipainojen avulla laskettuun tulokseen

M(COOH)2.2H2O = _________________________

Laske vielä virheprosenttien suuruudet opinpolussa määritetyille kolmelle  tulokselle.

Virheprosentti lasketaan:    | [oma tulos] – [oikea tulos] | *100%

                                                [oikea tulos]

Esitä loputulokset seuraavanlaisena taulukkona raportissasi:

Määritetty tekijä	Tulos	Virheprosentti (%)
NaOH:n väkevyys, cNaOH	0,07348822               mol/L	12,5
HCl:n väkevyys, cHCl	0,05418531               mol/L	9,2
Oksaalihapon moolimassa, M(COOH)2 2H2O	127,361              g/mol	1%