4.3 Titrering og ekvivalenspunkt
Syrebasetitrering, titreringskurver, ekvivalenspunkt, halvtitreringspunkt og indikatorer.
70 min
18 oppgaver
SyrebasetitreringTitreringskurverEkvivalenspunktHalvtitreringspunktIndikatorer
Din fremgang i kapitlet
0 / 18 oppgaver
Syrebasetitrering
Titrering er en kvantitativ analysemetode for å bestemme konsentrasjonen av en syre eller base.
Prinsipp
En løsning med ukjent konsentrasjon (analytten) reagerer med en løsning av kjent konsentrasjon (titranten).
Utstyr:
- Byrette: Måler nøyaktig volum av titrant
- Erlenmeyerkolbe: Inneholder analytt
- Indikator: Viser når ekvivalenspunktet er nådd
Eksempel:
Titrer ukjent HCl-løsning med standardisert NaOH-løsning.
Reaksjon:
Fremgangsmåte
1. Forberedelse: Fyll byrette med titrant (kjent konsentrasjon)
2. Start: Pipetter nøyaktig volum av analytt til kolbe
3. Tilsett indikator: Få dråper som endrer farge ved ekvivalenspunkt
4. Titrer: Tilsett titrant dråpevis under omrøring
5. Endepunkt: Stopp når indikatoren skifter farge
6. Avles volum: Noter nøyaktig tilsatt volum fra byretten
Viktige begreper
Ekvivalenspunkt: Punktet der syren og basen har reagert i nøyaktig støkiometrisk forhold (1:1 for enprotiske).
Endepunkt: Punktet der indikatoren skifter farge (ideelt lik ekvivalenspunkt).
Standardløsning: Løsning med nøyaktig kjent konsentrasjon.
✏️Eksempel 1: Beregning fra titrering
25,0 mL 0,150 M HCl titreres med NaOH. Det kreves 30,0 mL NaOH for å nå ekvivalenspunktet.
a) Beregn konsentrasjonen av NaOH
b) Hvor mange mol HCl reagerte?
Løsning:
a) Konsentrasjon av NaOH:
Reaksjon: HCl + NaOH → NaCl + H₂O
Molaritet: 1 mol HCl reagerer med 1 mol NaOH (1:1)
Steg 1: Beregn mol HCl
n(HCl) = c × V = 0,150 M × 0,0250 L = 3,75 × 10⁻³ mol
Steg 2: Mol NaOH = mol HCl
n(NaOH) = n(HCl) = 3,75 × 10⁻³ mol
Steg 3: Beregn konsentrasjon av NaOH
c(NaOH) = n/V = (3,75 × 10⁻³ mol) / (0,0300 L)
c(NaOH) = 0,125 M
b) Mol HCl som reagerte:
n(HCl) = 3,75 × 10⁻³ mol = 3,75 mmol
Alternativ metode (formelmetoden):
c₁V₁ = c₂V₂ (for 1:1 reaksjon)
c(NaOH) × 30,0 = 0,150 × 25,0
c(NaOH) = (0,150 × 25,0) / 30,0 = 0,125 M ✓
Titreringskurver
En titreringskurve viser hvordan pH endres når titrant tilsettes.
Sterk syre + sterk base (HCl + NaOH)
Eksempel: Titrer 25,0 mL 0,100 M HCl med 0,100 M NaOH
Karakteristikk:
1. Start: pH ≈ 1 (sterk syre)
2. Før ekvivalenspunkt: pH øker gradvis
3. Ved ekvivalenspunkt: pH = 7,00 (salt i vann)
4. Etter ekvivalenspunkt: pH > 7 (overskudd base)
5. Bratt stigning ved ekvivalenspunkt (pH 3-11)
Ekvivalenspunkt: pH = 7,00 (nøytralt)
NaCl er et nøytralt salt.
Svak syre + sterk base (CH₃COOH + NaOH)
Eksempel: Titrer 25,0 mL 0,100 M CH₃COOH med 0,100 M NaOH
Karakteristikk:
1. Start: pH ≈ 3 (svak syre, ikke pH = 1)
2. Buffersone: pH endres lite i midtpartiet
3. Halvtitreringspunkt: pH = pKa (buffervirkelig maksimal)
4. Ved ekvivalenspunkt: pH > 7 (basisk!)
5. Mindre bratt ved ekvivalenspunkt (pH 7-10)
Ekvivalenspunkt: pH ≈ 8-9 (basisk)
CH₃COO⁻ er en svak base som hydrolyserer:
Sterk syre + svak base (HCl + NH₃)
Eksempel: Titrer 25,0 mL 0,100 M NH₃ med 0,100 M HCl
Karakteristikk:
1. Start: pH ≈ 11 (svak base)
2. Buffersone: Rundt halvtitreringspunkt
3. Ved ekvivalenspunkt: pH < 7 (surt!)
4. Mindre bratt ved ekvivalenspunkt
Ekvivalenspunkt: pH ≈ 5-6 (surt)
NH₄⁺ er en svak syre.
Viktige observasjoner
| Titrering | pH ved ekvivalenspunkt | Indikator |
|---|---|---|
| Sterk syre + sterk base | pH = 7,0 | Fenolftalein, BTB |
| Svak syre + sterk base | pH = 8-9 | Fenolftalein |
| Sterk syre + svak base | pH = 5-6 | Metyloransje |
Halvtitreringspunkt
Halvtitreringspunkt er når halvparten av syren (eller basen) er nøytralisert.
For svak syre + sterk base:
Ved halvtitreringspunkt: pH = pKa
Dette gir maksimal bufferkapasitet.
Eksempel:
Titrer eddiksyre (CH₃COOH, pKa = 4,76):
Ved halvtitreringspunkt: pH = 4,76
Bruksområde:
Halvtitreringspunkt brukes til å bestemme pKa for svake syrer/baser.
✏️Eksempel 2: pH ved halvtitreringspunkt
50,0 mL 0,100 M maursyre (HCOOH, Ka = 1,8 × 10⁻⁴) titreres med 0,100 M NaOH.
Hva er pH:
a) Ved halvtitreringspunktet?
b) Ved ekvivalenspunktet?
Løsning:
a) pH ved halvtitreringspunkt:
Ved halvtitreringspunkt: [HCOOH] = [HCOO⁻]
pKa = -log(1,8 × 10⁻⁴) = 3,74
pH = 3,74
b) pH ved ekvivalenspunktet:
Ved ekvivalenspunkt har all HCOOH blitt til HCOO⁻.
Steg 1: Beregn total volum
V_totalt = 50,0 + 50,0 = 100,0 mL (1:1 forhold)
Steg 2: Beregn [HCOO⁻]
n(HCOO⁻) = 0,100 × 0,0500 = 5,00 × 10⁻³ mol
[HCOO⁻] = 5,00 × 10⁻³ / 0,1000 = 0,0500 M
Steg 3: HCOO⁻ hydrolyserer (svak base)
HCOO⁻ + H₂O ⇌ HCOOH + OH⁻
Kb = Kw/Ka = (1,0 × 10⁻¹⁴)/(1,8 × 10⁻⁴) = 5,56 × 10⁻¹¹
[OH⁻] ≈ √(Kb × c) = √(5,56 × 10⁻¹¹ × 0,0500)
[OH⁻] = 1,67 × 10⁻⁶ M
pOH = -log(1,67 × 10⁻⁶) = 5,78
pH = 14,00 - 5,78 = 8,22
Konklusjon: pH ved ekvivalenspunkt er basisk (8,22 > 7)
Syre-base-indikatorer
Indikatorer er svake syrer eller baser som endrer farge ved pH-endring.
Prinsipp
Indikatoren (HIn) er en svak syre med ulik farge i sur og basisk form:
Fargeendring:
- Lav pH → HIn dominerer (farge 1)
- Høy pH → In⁻ dominerer (farge 2)
Vanlige indikatorer
| Indikator | Farge (surt) | Farge (basisk) | pH-område | Bruksområde |
|---|---|---|---|---|
| Metyloransje | Rød | Gul | 3,1-4,4 | Sterk syre + svak base |
| Bromtymolblått (BTB) | Gul | Blå | 6,0-7,6 | Sterk syre + sterk base |
| Fenolftalein | Fargeløs | Rosa | 8,3-10,0 | Svak syre + sterk base |
| Lakmus | Rød | Blå | 4,5-8,3 | Grov pH-test |
Valg av indikator
Indikatoren må skifte farge i den bratte delen av titreringskurven.
Sterk syre + sterk base:
- Bratt: pH 3-11
- Valg: Fenolftalein, BTB, metyloransje
Svak syre + sterk base:
- Bratt: pH 7-10
- Valg: Fenolftalein (skifte ved pH 8-10)
- IKKE metyloransje (for tidlig)
Sterk syre + svak base:
- Bratt: pH 3-7
- Valg: Metyloransje (skifte ved pH 3-4)
- IKKE fenolftalein (for sent)
Universalindikator
Blanding av flere indikatorer som gir forskjellige farger ved ulike pH-verdier.
Fargeskala:
- pH 1-2: Rød
- pH 3-4: Oransje
- pH 5-6: Gul
- pH 7: Grønn
- pH 8-10: Blå
- pH 11-14: Fiolett
✏️Eksempel 3: Velge indikator
Velg passende indikator for følgende titreringer:
a) 0,10 M HCl titrert med 0,10 M NaOH
b) 0,10 M CH₃COOH titrert med 0,10 M NaOH
c) 0,10 M NH₃ titrert med 0,10 M HCl
Løsning:
a) HCl (sterk syre) + NaOH (sterk base):
Ekvivalenspunkt: pH = 7,0
Bratt del: pH 3-11
Passende indikatorer:
- Fenolftalein (8,3-10,0) ✓
- Bromtymolblått (6,0-7,6) ✓
- Metyloransje (3,1-4,4) ✓
Beste valg: Fenolftalein eller BTB
b) CH₃COOH (svak syre) + NaOH (sterk base):
Ekvivalenspunkt: pH ≈ 8-9 (basisk!)
Bratt del: pH 7-10
Passende indikator:
- Fenolftalein (8,3-10,0) ✓
Ikke bruk:
- Metyloransje (3,1-4,4) ✗ (skifte for tidlig)
- BTB (6,0-7,6) ✗ (kan være upresist)
c) NH₃ (svak base) + HCl (sterk syre):
Ekvivalenspunkt: pH ≈ 5-6 (surt!)
Bratt del: pH 3-7
Passende indikator:
- Metyloransje (3,1-4,4) ✓
Ikke bruk:
- Fenolftalein (8,3-10,0) ✗ (skifte for sent)
Titrering av polyprotiske syrer
Polyprotiske syrer (flerprotiske) har flere sure protoner som kan titreres.
Eksempel: H₂SO₃ (svovelsyrling)
H₂SO₃ er en diprotisk syre med to Ka-verdier:
Første dissosiasjon:
Ka₁ = 1,4 × 10⁻²
Andre dissosiasjon:
Ka₂ = 6,3 × 10⁻⁸
Titreringskurve for H₂SO₃
Kurven har to ekvivalenspunkt:
1. ekvivalenspunkt: H₂SO₃ → HSO₃⁻
- pH ≈ pKa₁ ved halvtitrering
2. ekvivalenspunkt: HSO₃⁻ → SO₃²⁻
- pH ≈ pKa₂ ved halvtitrering
Buffersoner:
- Ved ½ første ekv.: pH = pKa₁ = 1,85
- Ved ½ andre ekv.: pH = pKa₂ = 7,20
Fosforsyre (H₃PO₄)
Triprotisk syre med tre ekvivalenspunkt:
H₃PO₄ → H₂PO₄⁻ → HPO₄²⁻ → PO₄³⁻
pKa₁ = 2,15, pKa₂ = 7,20, pKa₃ = 12,35
✏️Eksempel 4: Titrering av diprotisk syre
25,0 mL 0,100 M H₂CO₃ (karbonsyre) titreres med 0,100 M NaOH.
Ka₁ = 4,3 × 10⁻⁷, Ka₂ = 4,8 × 10⁻¹¹
a) Hvilket volum NaOH kreves til første ekvivalenspunkt?
b) Hvilket volum NaOH kreves til andre ekvivalenspunkt?
Løsning:
a) Første ekvivalenspunkt (H₂CO₃ → HCO₃⁻):
Reaksjon: H₂CO₃ + NaOH → NaHCO₃ + H₂O
Molforhold 1:1
n(H₂CO₃) = 0,100 × 0,0250 = 2,50 × 10⁻³ mol
n(NaOH) = 2,50 × 10⁻³ mol
V(NaOH) = n/c = 2,50 × 10⁻³ / 0,100 = 0,0250 L = 25,0 mL
b) Andre ekvivalenspunkt (HCO₃⁻ → CO₃²⁻):
Reaksjon: HCO₃⁻ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
Nå må ytterligere 1 mol NaOH per mol H₂CO₃ tilsettes.
Totalt NaOH = 2 × 2,50 × 10⁻³ mol = 5,00 × 10⁻³ mol
V_total(NaOH) = 5,00 × 10⁻³ / 0,100 = 0,0500 L = 50,0 mL
Svar:
- Første ekv.: 25,0 mL NaOH
- Andre ekv.: 50,0 mL NaOH (totalt)
Merk: Mellom 0-25 mL: H₂CO₃ + HCO₃⁻ (buffer)
Mellom 25-50 mL: HCO₃⁻ + CO₃²⁻ (buffer)
📝Oppgave 4-37
20,0 mL 0,200 M HCl titreres med 0,150 M NaOH. Hvilket volum NaOH kreves for å nå ekvivalenspunktet?
📝Oppgave 4-38
15,0 mL eddiksyre (CH₃COOH) titreres med 0,100 M NaOH. Det kreves 22,5 mL NaOH til ekvivalenspunktet. Beregn konsentrasjonen av eddiksyren.
📝Oppgave 4-39
Hva er pH ved ekvivalenspunktet når 0,100 M HCl titreres med 0,100 M NaOH?
📝Oppgave 4-40
Vil pH ved ekvivalenspunktet være <7, =7 eller >7 når CH₃COOH titreres med NaOH? Begrunn.
📝Oppgave 4-41
Hvilken indikator er best egnet for titrering av svovelsyre (H₂SO₄) med NaOH: metyloransje eller fenolftalein? Begrunn.
📝Oppgave 4-42
50,0 mL 0,100 M maursyre (HCOOH, pKa = 3,74) titreres med 0,100 M NaOH. Hva er pH ved halvtitreringspunktet?
📝Oppgave 4-43
25,0 mL ukjent HCl-løsning titreres med 0,120 M NaOH. Det kreves 18,5 mL NaOH til ekvivalenspunktet. Beregn massen av HCl i de 25,0 mL.
📝Oppgave 4-44
En elev utfører titrering av 20,0 mL HCl med 0,150 M NaOH og får disse resultatene: 18,2 mL, 18,5 mL, 18,4 mL. Beregn gjennomsnittlig konsentrasjon av HCl.
📝Oppgave 4-45
30,0 mL 0,100 M oksalsyre (H₂C₂O₄, diprotisk) titreres med 0,100 M NaOH. Hvilket volum NaOH kreves til andre ekvivalenspunkt?
📝Oppgave 4-46
Forklar hvorfor fenolftalein IKKE er egnet for titrering av NH₃ med HCl.
📝Oppgave 4-47
25,0 mL svovelsyre (H₂SO₄) titreres med 0,200 M NaOH. Det kreves 37,5 mL NaOH. Beregn konsentrasjonen av H₂SO₄.
📝Oppgave 4-48
0,500 g natriumhydroksid (NaOH) løses i vann til 250 mL. Hvilket volum 0,100 M HCl kreves for å nøytralisere 25,0 mL av denne løsningen?
📝Oppgave 4-49
En løsning inneholder både HCl og CH₃COOH. Når 20,0 mL titreres med 0,100 M NaOH, kreves 35,0 mL til ekvivalenspunktet. Hva måler du?
📝Oppgave 4-50
En ukjent monoprotisk syre (HA) titreres med NaOH. Ved halvtitreringspunktet er pH = 4,52. Beregn Ka for syren.
📝Oppgave 4-51
Ranger følgende titreringer etter synkende pH ved ekvivalenspunktet:
A
HCl + NaOH
B
CH₃COOH + NaOH
C
NH₃ + HCl
📝Oppgave 4-52
50,0 mL 0,100 M benzoesyre (C₆H₅COOH, Ka = 6,3 × 10⁻⁵) titreres med 0,100 M NaOH. Beregn pH ved halvtitreringspunktet og estimer pH ved ekvivalenspunktet.