Voorbeeld van een terugtitratie

Hieronder volgt een voorbeeld waarbij een terugtitratie uitgevoerd wordt.

Voorbeeld

Gehaltebepaling calciumcarbonaat

Kalk is een bekende stof in de bouw. Kalk is voornamelijk calciumcarbonaat. Hoewel het niet de bedoeling is, kunnen door de manier waarop kalk geproduceerd wordt, ook andere stoffen in de "kalk" zitten. Een gehaltebepaling geeft aan hoeveel kalk er echt aanwezig is. De bepaling zou uitgevoerd kunnen worden volgens onderstaand voorschrift:

CaCO₃ met NaOH via HNO₃

Voorschrift

: Weeg ongeveer 125 mg monster af. Breng het monster kwantitatief over in een erlenmeyer. Voeg met een pipet 50 mL salpeterzuur van een bekende concentratie toe en ongeveer 50 mL water. Doe een roermagneet in de erlenmeyer. Zet een trechter in de hals van de erlenmeyer en breng de oplossing op een magneetroerder met verwarming al roerend aan de kook. Laat de oplossing 10 minuten zachtjes doorkoken. Spoel na het afkoelen van de erlenmeyer de trechter van buiten en van binnen met een beetje water schoon en zorg dat het waswater ook in de erlenmeyer komt. Voeg 3 druppels fenolftaleïne-oplossing toe en titreer met natriumhydroxide tot de roze kleur 30 sec zichtbaar blijft.

Voorschrift

Gegevens en werkschets

De actuele inweeg is 126,3 mg en de concentratie salpeterzuur is 0,1042 mol.L^-1. De concentratie natronloog is 0,0972 mol.L^-1,van die oplossing is 28,27 mL nodig.

Gegevens en werkschets

Enkele opmerkingen bij het voorschrift

Wat het carbonaat betreft maakt het niet uit welk zuur je gebruikt, maar calciumsulfaat is zelf slecht oplosbaar, dus je kunt beter geen zwavelzuur gebruiken. Calciumchloride is wel goed oplosbaar, maar waterstofchloride is zelf ook vluchtig en kan tijdens de kookstap ook "de lucht in gaan" waardoor je het niet meer kunt bepalen. Zoutzuur kun je dus beter ook niet gebruiken.
Je moet uiteraard weten hoeveel salpeterzuur je precies gebruikt hebt. Het toevoegen ervan gebeurt dus met een pipet. De concentratie ervan is in een aparte bepaling vastgesteld.
De roermagneet heeft naast zijn functie in het mengen van de oplossing nog een tweede rol: als hij draait fungeert hij als een kooksteentje en zorgt ervoor dat het koken zo rustig mogelijk verloopt.
De trechter in de hals van de erlenmeyer zorgt ervoor dat tijdens het koken geen vloeistof uit de erlenmeyer kan spetteren.
De trechter moet spetteren voorkomen, maar zal zelf wel bespat kunnen zijn. Deze spatten bevatten ook monster, dus de spetters moeten ook in de erlenmeyer terugkomen, zodat ze meebepaald kunnen worden.

Berekening deel 1

Het betreft hier een titratie, waarbij gegevens van de ene stof bekend zijn en er over een andere stof iets gezegd moet worden. Dat betekent

er is een reactievergelijking nodig, en
je moet via het aantal mol gaan rekenen, want in de reactievergelijking wordt aangegeven hoeveel mol van de ene stof met hoeveel mol van de andere stof reageert.

De berekening die bij deze bepaling hoort wordt hieronder volgens de SPA-methode afgeleid:

Het gehalte calciumcarbonaat is te berekenen via:

\mathrm {Gehalte_{CaCO_{3}}\ =\ 100\ *\ {\frac {massa_{CaCO_{3}}}{massa_{monster}}}\%}

verg. 1

gehalte = massa%

De massa van het monster is bekend, dus die kan ingevuld worden als hij nodig is. Tussen massa en het aantal mol is de molaire massa de derde factor:

\mathrm {massa_{CaCO_{3}}\ =n_{CaCO_{3}}*M_{CaCO_{3}}}

verg. 2

massa CaCO₃

Het calciumcarbonaat reageert met het salpeterzuur. Onderstaande vergelijking beschrijft deze reactie. Het is niet netjes om in onderstaande reactievergelijking de opgeloste stoffen als neutrale stoffen te noteren, maar dan is wel duidelijk welk ion waar vandaan gekomen is. De reactievergelijking is in dit geval, waarbij calciumcarbonaat en salpeterzuur reageren:

{\ce {CaCO3\ +\ 2HNO3\ ->\ Ca(NO3)2\ +\ CO2\ +\ H2O}}

reactie 1

Reactiefactor

Het is waarschijnlijk wel duidelijk dat het aantal mol calciumcarbonaat en het aantal mol salpeterzuur niet aan elkaar gelijk is. Je mag dus in vergelijking 2 niet zomaar

{\ce {n_{CaCO3}}}

vervangen door

{\ce {n_{HNO3}}}

. Vermoedelijk heb je een factor twee nodig, maar daar kun je mee vermenigvuldigen en door delen! Via onderstaande methode kom je bij het juiste antwoord:

1: schrijf het aantal mol van de stof dat je moet uitrekenen als product van "?" en het aantal mol waarmee de stof reageert:

{\ce {n_{CaCO3}\ =\ ?\ *\ n_{HNO3}}}

2: vervang de aanduidingen voor het aantal mol van de stoffen door de coëfficiënten van de stoffen in de reactievergelijking:

{\ce {1\ =\ ?\ *\ 2}}

Je kunt hier allen een ware bewering van maken door op de plek van het vraagteken een half in te vullen:

{\ce {1 \ = \ {\frac {1}{2}}\ * \ 2}}

Vervang je nu de 1 links en de factor 2 rechts van het gelijkteken door de aantallen mol van de stoffen dan vind je de volgende stap in de SPA voor de terugtitratie:

{\ce {n_{CaCO3}\ ={\frac {1}{2}}\ *\ n_{HNO3\ voor\ CaCO3}}}

verg. 3

aantal mol CaCO₃

De factor

{\frac {1}{2}}

wordt in titratieberekeningen meestal aangeduid met de naam reactiefactor.

Reactiefactor

Berekening deel 2

Het aantal mol salpeterzuur dat met het calciumcarbonaat gereageerd heeft, is de toegevoegde hoeveelheid salpeterzuur verminderd met wat er met het natronloog gaat reageren. In het plaatje van de vorige pagina, maar nu ingevuld voor de terugtitratie ziet het er als volgt uit:

Aantal mol HNO₃ uit pipet
Aantal mol HNO₃ dat met CaCO₃ reageert	Aantal mol HNO₃ dat met NaOH reageert

Of in formulevorm:

{\ce {n_{HNO3\ dat\ met\ CaCO3\ reageert}\ =\ n_{HNO3\ uit\ pipet}\ -\ n_{HNO3\ dat\ met\ NaOH\ reageert}}}

verg. 4

aantal mol HNO₃

Rechts van het gelijkteken in vergelijking 4 staat een verschil, waarbij voor beide termen een oplossing gezocht moet worden. Er ontstaan nu twee takken in de SPA-uitwerking.
Voor de eerste tak, of term in het verschil, het totale aantal mol salpeterzuur dat is toegevoegd geldt:

\mathrm {n_{HNO_{3}\ totaal\ toegevoegd}\ =\ v_{HNO_{3}}*c_{HNO_{3}}}

verg. 5

De twee factoren die je nodig hebt om het aantal mol salpeterzuur uit te kunnen rekenen zijn beide bekend. Het volume is het volume van de pipet die gebruikt is om het salpeterzuur toe te voegen. V_HNO₃. De concentratie van het salpeterzuur is in een aparte bepaling vastgesteld. De twee bekende factoren kunnen met elkaar vermenigvuldigd worden en de uitkomst in een berekening gebruikt waar dat nodig is. Je kunt langs deze tak stoppen met SPA en verder gaan met de andere tak.
De tweede term wordt bepaald via het aantal mol NaOH dat nodig is om het overschot salpeterzuur te neutraliseren. Hier stap je weer over naar een andere stof, dus heb je een reactievergelijking nodig. Je werkt al in mol, dus daar hoef je niets aan te doen. De reactievergelijking hier is:

{\ce {HNO3\ +\ NaOH\ ->\ H2O\ +\ NaNO3}}

reactie 2

Op dezelfde manier als bij reactie 1 kun je de reactiefactor voor deze reactie bepalen:staan de stoffen hier niet in ionen genoteerd. Duidelijk is wel dat het aantal mol NaOH en het aantal mol HNO₃ gelijk is:

\mathrm {n_{HNO_{3}\ voor\ NaoH}\ =n_{NaOH}}

verg. 6

Voor het aantal mol natriumhydroxide geldt dezelfde kernbetrekking als voor het totaal aantal mol toegevoegd salpeterzuur:

\mathrm {n_{NaOH}\ =\ v_{NaOH}\ *\ c_{NaOH}}

verg. 7

Van vergelijking 7 zijn beide factoren bekend, dus nu kun je terug gaan invullen.

Pas op: Realiseer je dat de rekeneenheid voor volumes de Liter is, massa's worden in gram gebruikt. De getallen die je bij het invullen ziet zijn afkomstig uit een spreadsheet (die tussentijds afrondt op 12 cijfers achter de komma). Vul je de getallen in zoals ze in de uitwerking vermeld staan, dan gebruik je afgeronde waarden. Die waarden kunnen dus iets andere uitkomsten opleveren.
$\mathrm {n_{NaOH}\ =\ v_{NaOH}\ *\ c_{NaOH}\ =\ 0,02807\ *\ 0,0972\ =\ 0,02807\ mol}$
verg. 7

Invullen van de
vergelijkingen

\mathrm {n_{HNO_{3}\ voor\ NaoH}\ =n_{NaOH}\ =\ 0,02807\ mol}

verg. 6

aantal mol HNO₃ over

\mathrm {n_{HNO_{3}\ totaal\ toegevoegd}\ =\ v_{HNO_{3}}*c_{HNO_{3}}\ =\ 0,050\ *\ 0,1042\ =\ 0,00521\ mol}

verg. 5

\mathrm {n_{HNO_{3}\ voor\ {CaCO_{3}}}\ =\ n_{HNO_{3}\ totaal\ toegevoegd}\ -\ n_{HNO_{3}\ voor\ NaoH}\ =\ 0,00521\ -\ 0,00273\ =\ 0,00248\ mol}

verg. 4

\mathrm {n_{CaCO_{3}}\ ={\frac {1}{2}}\ *\ n_{HNO_{3}\ voor\ CaCO_{3}}\ =\ {\frac {1}{2}}\ *\ 0,00248\ =\ 0,00124\ mol}

verg. 3

\mathrm {massa_{CaCO_{3}}\ =n_{CaCO_{3}}*M_{CaCO_{3}}\ =\ 0,00124\ *\ 100,1\ =\ 0,1242\ g}

verg. 2

\mathrm {Gehalte_{CaCO_{3}}\ =\ 100\ *\ {\frac {massa_{CaCO_{3}}}{massa_{monster}}}\ =\ 100\ *\ {\frac {0,1242}{0,1263}}\ =\ 98,34\ \%}

verg. 1

gehalte = massa%

De grote verschillen in een terugtitratie in vergelijking met een directe titratie zijn:

Je hebt iets meer tijd nodig voordat je met de eigenlijke bepaling kunt beginnen, want je moet eerst de te bepalen stof omzetten in een bepaalbare stof.
Vaak moet de concentratie van het reagens eerst via een aparte (directe) titratie bepaald worden. Dat is in dit voorbeeld niet ook gedaan, maar de concentratie van, in dit geval, salpeterzuur moet wel bepaald worden.
Bij de berekening is vergelijking 4 het essentiële punt: bepalen welk deel van het toegevoegde reagens met de te bepalen stof gereageerd heeft.
Beide termen van vergelijking 4 moeten daarna apart uitgewerkt worden.

Samenvatting

Vorige pagina

Inhoudsopgave

Volgende pagina