Praktische opdracht Scheikunde Waterstofcarbonaat in water

Transcriptie

1 Praktische opdracht Scheikunde Waterstofcarbonaat in water Praktischeopdracht door I woorden 3 mei ,3 27 keer beoordeeld Vak Scheikunde Inleiding Op een zonnige dag zit je op het strand. Je hebt ineens een enorme dorst, maar je hebt geen water bij je. Dan zie je de zee, en heb je ineens de neiging om hieruit te drinken. Niet doen! Zeewater zorgt juist voor nog meer uitdroging. Dit komt, omdat er zout in het zeewater zit. Het zoutgehalte, of ook wel saliniteit genoemd, dat in zeewater zit wordt uitgedrukt in promille ( ).Dit zouten kun je winnen door het zeewater in te dampen. Het zout bestaat uit een aantal ionen: bromideionen, calciumionen, chlorideionen, fluorideionen, kaliumionen, magnesiumionen, natriumionen, strontiumionen, sulfaationen, waterstofcarbonaationen en kwikionen, maar het bevat ook een zuur genaamd boorzuur. 1 liter zeewater bevat ongeveer een totaal van 35 gram aan zout. De bestanddelen van zout en de waarden hiervan zijn te vinden in BINAS tabel 64A, hierbij is ook het percentage droogmassa weergeven. Een van deze bestandsdelen is onder andere waterstofcarbonaat (HCO 3 ), die een droogmassa van 0,406% heeft in onvervuild zeewater. Het probleem is echter dat we hier spreken over een gemiddelde samenstelling van onvervuild zeewater. Het is namelijk zo, dat het zoutgehalte niet overal gelijk is. In de Middellandse zee (38 gram/l) is het zoutgehalte bijvoorbeeld anders dan in de Noordzee (35 gram/l). Ook is het zeewater nooit 100% onvervuild, terwijl bij de gegeven in BINAS tabel 64A het wel gaat over onvervuild zeewater. Nu hebben we een potje zeezout gekregen en het is nu aan ons de taak om de droogmassa van waterstofcarbonaat in dit zeezout te bepalen met behulp van een zuur base titratie. Waterstofcarbonaat is een amfolyt en er kan dus, zowel een zuur als base gebruikt worden en is het is dus geschikt om dit te onderzoeken met behulp van een zuurbase titratie. De uitkomst kunnen we vergelijken met de waarde die in BINAS tabel 64A staat weergegeven en hieruit kunnen we een conclusie trekken. We hebben daarom onze onderzoeksvraag als volgt geformuleerd: Wat is het droge massapercentage waterstofcarbonaat dat in het zeezout zit? Materiaal 1,0M zoutzuur onaatinwater Pagina 1 van 10

2 0,1M zoutzuur 1,0M natronloog Buret Zeezout Coachlab II phmeter vlo roermotor pipet (50mL/ 100mL) Indicator papier Statief (2x)en een statiefklem Het gidsexperiment Voordat het experiment uitgevoerd kan worden, moet eerst bepaald worden met welke stof er getitreerd gaat worden. Gebruik hierbij twee bekerglaasjes waar dezelfde hoeveelheid zeezout in zit. Vervolgens moet er ook demiwater aan toe worden gevoegd en moet dit gemengd worden. Ook de hoeveelheid demiwater dat in beide bekerglaasjes moet hetzelfde zijn. Doe daarna 1 druppel van 1,0M natronloog in het ene bekerglaasje en in het andere bekerglaasje 1,0M zoutzuur. Bepaal vervolgens de ph van de beide oplossingen met behulp van phindicator papier. Hieruit moet duidelijk worden met welke stof er getitreerd moet worden. (In ons geval is dit zoutzuur). Methode Eerst moet het zeezout opgelost worden in demiwater. Gebruik hierbij niet te veel zeezout. Zorg eerst dat het zeezout goed verdeeld zit in de pot (dus niet alleen poeder, maar ook korrels), vervolgens moet er 5 gram zeezout worden afgewogen en dit moet worden opgelost in ongeveer 100 ml demiwater. Aangezien het oplossen van zeezout in demiwater erg traag gaat, kan dit oplossen door middel van een roermotor en een vlo worden versneld. De stof waarmee getitreerd gaat worden moet eerst verdunt worden. Titreer 100mL 0,1M zoutzuur en stop dit in een maatbeker. Stop hierbij ook 100mL demiwater en vervolgens moet de oplossing goed gemengd worden. De concentratie zoutzuur is nu verdunt met een 1:1 verhouding, naar 0,05M. onaatinwater Pagina 2 van 10

3 De 0,05M zoutzuur komt in de buret te zitten. Vervolgens moet de proefopstelling gebouwd worden net zoals in afbeelding 1. De laptop En de ph meter aangesloten op Coachlab II. De oplossing van zeezout met demiwater komt onder de buret te zitten. Onder het bekerglas komt een roermotor te staan, zodat er niet handmatig gezwenkt hoeft te worden. De phmeter moet echter eerst geijkt worden voordat deze in de oplossing komt te zitten. Dit kan met het programma IPCoach. Vervolgens kan het meten starten. Ook met het programma IPCoach kan dit gemeten worden. Zorg dat de phmeter in de oplossing komt te zitten. Vervolgens moet de roermotor op een lage stand worden gezet. Nu moet de buret opengedraaid worden, op het moment dat deze begint te druppelen, moet er op de startknop worden gedrukt in het programma IPCoach. Zorg hierbij voor een constante druppelsnelheid. De titratiecurve wordt nu getekend. Voor het stoppen van de titratiecurve, moet er op de stopknop worden gedrukt in IPCoach, dit moet tegelijkertijd gebeuren met het dichtdraaien van de buret. Resultaten en waarnemingen Voorberekening Met de gemiddelde waarde van waterstofcarbonaat in zeezout volgens BINAS konden we een schatting maken van het aantal mol HCl dat we nodig zouden hebben. Deze waarde is gevonden met de volgende berekening. H 3 O + + HCO 3 à H 2 CO 3 + H 2 O Dit betekent dat 1 mol H 3 O + reageert met 1 mol HCO 3 De molariteit van de ionen maakt niet zo veel uit, dit veranderd alleen de ph en ons onderzoek gaat alleen om het omslagpunt, dus wanneer alle HCO 3 is gereageerd. Stel we doen 10 g zeezout in 0,1 L water. onaatinwater Pagina 3 van 10

4 Gehalte waterstofcarbonaat in zeezout: 0,406% Molaire massa waterstofcarbonaat: 61,02 0,0406 : 61,02 = 6,65 * 10 4 mol HCO 3 zouden we dan nodig hebben Stel we maken een oplossing van 0,05 M HCl, dan zou je 6,65 * 10 4 : 0,05 = 0,0133 L dus dat is 13,3 ml nodig hebben Dit is een reële waarde die af te lezen is van een buret. Bevindingen gidsexperiment Na ons gids experiment hebben we gekozen om te gaan titreren met een zuur. We hebben niet voor een base gekozen omdat tijdens ons gidsexperiment bleek dat de ph te snel steeg bij het toevoegen van de base. Het leek ons makkelijker om met een zuur te titreren, omdat de ph geleidelijk daalt. Bij de reactie van HCO 3 met een zuur (HCl), ontstaat namelijk H 2 O + CO 2 (H 2 CO 3 ). Het gas (CO 2 ) ontsnapt uit de vloeistof, dit zorgt voor een geleidelijke daling van de ph. Hierdoor is het in een titratiecurve duidelijker een omslagpunt te zien. Ook is de K b >K z, dit betekend dat HCO 3 een basischere eigenschap vertoond. Grafieken 1. Met 5 gram zeezout opgelost in 100 ml water Top dph/tijd: 26,9s Buretstanden: 8,08 à 16,32 dus er is 8,24 ml gebruikt onaatinwater Pagina 4 van 10

5 phomslagpunt: 5,0 1. Voor de 2 e, 3 e, 4 e en 5 e meting hebben we een oplossing gemaakt van 20 gram zeezout in 400 ml water, daarna steeds 100 ml van deze oplossing genomen om te titreren Top dph/tijd: 9,01s Buretstanden: 20,50 à 29,51 dus er is 9,01 ml gebruikt phomslagpunt: 5,0 3. Top dph/tijd: 13,6s Buretstanden: 29,51 à 36,61 dus er is 7,1 ml gebruikt phomslagpunt: 5,0 4. Top dph/tijd: 21,6s Buretstanden: 28,12 à 21,33 dus er is 4,2 ml gebruikt phomslagpunt: 5,0 onaatinwater Pagina 5 van 10

6 5. De meting ging hier fout, daarom is de grafiek niet goed. 6. Hier hebben we 5 gram zeezout opgelost in 400 ml Top dph/tijd: 3,6s Buretstanden: 26,09 à 32,32 dus er is 6,23 ml gebruikt phomslagpunt is hier niet goed te zien. Deze meting is niet correct. Gemiddelde phomslagpunt: (5,0 + 5,0 + 5,0 + 5,0)/ 4 = 5,0 Meting 1 Beginstand: 20,50 Eindstand: 29,51 Omslagpunt: 9,5 sec Eindpunt: 59,2 sec aantal ml gebruikt: 29,51 20,50 = 9,01 ml 9,01 x 59,2 9,5 onaatinwater Pagina 6 van 10

7 x = 1,446 ml = 1,4 ml Meting 2 Beginstand: 29,51 Eindstand: 36,61 Omslagpunt: 13,6 sec Eindpunt: 71,3 sec aantal ml gebruikt: 36,6129,51= 7,1 ml 13,6 x 71,3 7,1 x = 1,4 ml Meting 3 Beginstand: 28,12 Eindstand: 32,33 Omslagpunt: 21,6 sec Eindpunt: 75,2 sec aantal ml gebruikt: 32,3328,12 = 4,2 ml 21,6 x 75,2 4,2 x = 1,2 ml onaatinwater Pagina 7 van 10

8 Aangezien de uitkomsten van de eerste 3 metingen al dicht bij elkaar liggen (verschil 0,2<), is het niet nodig om de 4 e meten mee te rekenen. Het gemiddelde is dus (1,2 + 1,4 + 1,4) : 3 = 1,33 ml 0,05 M HCl 0,00133 * 0,05 = 0,0665 mol HCl H 3 O + + HCO 3 à H 2 CO 3 + H 2 O Dus de mol verhouding H 3 O + (HCl) : HCO 3 = 1 : 1 Dus er is 0,0665 mol HCO 3 in de oplossing van 10 gram zeezout aanwezig 0,0665 * 61,02 = 0, g HCO 3 in onze oplossing van 10 gram zeezout 0, : 10 * 100 = 0,04058 % waterstofcarbonaat in zeezout. Conclusie De onderzoeksvraag was: Wat is het droge massapercentage waterstofcarbonaat dat in het zeezout zit? Het antwoord hierop volgens onze resultaten is dus 0,04058 % onaatinwater Pagina 8 van 10

9 Discussie Op onze onderzoeksvraag Wat is het droge massapercentage waterstofcarbonaat dat in het zeezout zit, zijn we tot een conclusie gekomen dat dit 0,04058% is. Dit is een totaal ander getal dat BINAS tabel 64 weergeven had. Dit heeft er waarschijnlijk mee te maken dat BINAS het gemiddelde zoutgehalte gebruikt. In het potje zeezout de wij kregen is dit waarschijnlijk geen gemiddelde waarde van zoutgehalte in zeewater. Het kan ook zo zijn dat het zeewater waaruit het zout is gewonnen, erg onvervuild is, dat zou ook een verklaring kunnen zijn waarom onze waarde lager ligt dan de waarde in BINAS deze waarde gaat namelijk over onvervuild zeewater. Voor een vervolgonderzoek zouden we dus zelf zeewater kunnen halen uit bijvoorbeeld de Noordzee, want hier zit ongeveer 35 gram zeezout per 1 liter zeewater. Dit zeewater echter halen op een plek in de Noordzee waar het redelijk vervuild is. Vervolgens door zit zeewater in te dampen, zodat we alleen het zeezout over houden en vervolgens dezelfde proef uit kunnen voeren. Het is tijdens het practicum af en toe ook fout gegaan, vooral met het programma IPCoach. Dit programma gaf namelijk steeds een foutmelding aan na het meten, waardoor de tijd doorliep en hierdoor onze metingen niet meer klopten. We hadden ook een keer een probleem met de phmeter deze gaf steeds een andere waarde aan bij het ijken. Achteraf bleek dat deze meter kapot was. De meeste grafieken waren gelukkig wel goed gelukt, op een paar na. Vaak als we de druppelsnelheid van de buret te langzaam lieten lopen, kon er geen goed omslagpunt te zien zijn. Vragen De titratiemethode die je hebt, is gebaseerd op één van de twee gidsexperimenten. Waarom is het niet mogelijk om het waterstofcarbonaatgehalte van zeezout te bepalen volgens de methode in het andere gidsexperiment? In zeezout bevind zich ook boorzuur (H 3 BO 3 ). Dit is een sterker zuur dan HCO 3 en dus is het niet mogelijk om met een base (natronloog) te titreren, omdat deze dan met boorzuur zal reageren. In zeezout bevind zich geen base die sterker is dan HCO 3, bij een titratie met zuur zal dit zuur dus gaan reageren met HCO 3. daarom beter om met een onaatinwater Pagina 9 van 10

10 zuur te titreren en niet geschikt om te titreren met een base. Het is bij de door jou gekozen titratiemethode ook mogelijk om het eindpunt van de titratie te bepalen met een indicator (in plaats van met een phmeter). Welke indicator zou dan geschikt zijn en waarom? In onze experimenten bleek steeds dat het omslagpunt bij ph van 5,0 was. In BINAS tabel 52A staat dat bij methylrood het omslagpunt tussen de 4,8 en 6,0 zou moeten zitten. Bij een hogere ph waarde dan 6,0 is de oplossing geel, bij een lage ph waarde dan 4,8 is de oplossing rood. Dus bij onze oplossing zou het logisch zijn om deze te gebruiken, omdat het kleuromslag van oranje naar geel bij een ph van 4,8 is, dit is net onder de 5,0. Dit is echter wel een stuk minder precies om te meten, aangezien het omslagpunt dan ergens tussen de 4,8 en 6,0 ligt. Deze overgang vind erg snel plaats (in verhouding met het aantal ml) dus uiteindelijk zal het niet heel veel uitmaken in resultaten. De kleurovergang zal hier bij ons dus plaats vinden van geel, naar oranje (omslagkleur). Literatuur Internet: Boeken: BINAS tabellenboek, Noordhoff Uitgevers, vijfde druk. onaatinwater Pagina 10 van 10