Porównanie precyzji i dokładności dwóch metod oznaczania stężenia HCl

Transkrypt

1 Porównanie precyzji i dokładności dwóch metod oznaczania stężenia HCl Metoda 1: Oznaczanie stężenia HCl metodą miareczkowania potencjometrycznego (strąceniowe) Wyposażenie: - miernik potencjału 1 szt. - elektroda srebrowa 1 szt. - elektroda odniesienia (chlorosrebrowa z podwójnym kluczem) 1 szt. - naczynia z polietylenu 100 cm 3 4 szt. - zlewka 50 cm 3 2 szt. - zlewka 250 cm 3 1 szt. - pipeta 5 cm 3 2 szt. - mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem 1 szt. - tryskawka z wodą destylowaną 1 szt. - titrator elektroniczny lub pipeta automatyczna 1 szt. Odczynniki: roztwór AgNO 3 o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 roztwór HCl o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 (w butelce z biuretą, dostępny u prowadzącego zajęcia) roztwór KNO 3 o stężeniu ok. 2 mol dm -3 Wykonanie ćwiczenia: 1. Miareczkowanie HCl Do czystego naczynia polietylenowego wlać około 40 cm 3 wody destylowanej, 5 cm 3 roztworu KNO 3 i ostrożnie umieścić w nim mieszadełko magnetyczne. Następnie do naczynia, bezpośrednio z biurety, dodać 5 cm 3 badanego roztworu HCl. Naczynie umieścić na mieszadle magnetycznym i uruchomić mieszanie. Zmontować układ pomiarowy tak jak na rysunku po prawej. Zanurzyć końce obu elektrod w roztworze na głębokość co najmniej 1 cm. Po ustaleniu się wskazań potencjometru zapisać jego wskazania (odpowiadające 0 cm 3 titranta - mianowanego roztworu AgNO 3 ). 123 mv Do czystej i suchej zlewki 50 cm 3 wlać około 20 cm 3 titranta (mianowanego roztworu AgNO 3 ). Wykonać miareczkowanie dodając do badanego roztworu, za pomocą titratora lub pipety automatycznej 1 porcje titranta o objętości 0,5 cm 3. Po dodaniu każdej porcji odczekać do ustalenia się odczytu. Kolejne odczyty wartości potencjału, odpowiadające sumarycznej objętości dodanego titranta, zapisywać w formie tabeli. Titrant dodawać do momentu zauważenia gwałtownego skoku potencjału (o około mv) a następnie dalej, do momentu gdy odczyt dla dwóch kolejno dodanych porcji titranta różnić się będzie o mniej niż 10 mv. Po zakończeniu miareczkowania dokładnie opłukać elektrody i mieszadełko magnetyczne wodą destylowaną (użyć zlewki 250 cm 3 aby zebrać popłuczyny). Wyniki pierwszego miareczkowania przedstawić w formie wykresu SEM = f(v t ) (nie musi on być bardzo dokładny) a następnie zgrubnie wyznaczyć z niego objętość titranta odpowiadającą PK miareczkowania. Kolejne miareczkowania wykonać tak, aby przed obszarem gwałtownego wzrostu potencjału (patrz Rys. 1) dodawać titrant bez czekania na ustalenie się potencjału. Po zbliżeniu się do obszaru gwałtownego wzrostu potencjału wrócić do 1 Jeśli osoba wykonująca miareczkowanie ma wątpliwości co do sposobu obsługi titratora lub pipety koniecznie należy poprosić prowadzącego zajęcia o wyjaśnienia!

2 poprzedniego sposobu miareczkowania, czyli po dodaniu każdej porcji titranta odczekać do ustalenia się odczytu. Sumarycznie należy wykonać siedem miareczkowań. Po zakończeniu pomiarów, elektrody dokładnie opłukać wodą destylowaną, wyjąć mieszadełko i dokładnie je opłukać, tak samo postąpić ze zlewką w której prowadzono miareczkowanie. Miernik potencjału wyłączyć i schować do odpowiedniego pudełka. Sprawozdanie: W sprawozdaniu należy umieścić wykresy zależności SEM = f (V t ). Na podstawie zebranych danych wyznaczyć wartości V PK metodą Hahna 2 i obliczyć odpowiadające im stężenia HCl (wyrażone w mol dm -3 ). Na uzyskanym zbiorze wyników przeprowadzić test Q-Dixona, ewentualne wyniki obarczone błędem grubym odrzucić, obliczyć średnią i odchylenie standardowe. Oszacować rozszerzoną niepewność wyniku oraz wyznaczyć przedział ufności dla średniej. Na podstawie uzyskanych danych porównać metodę miareczkowania potencjometrycznego z metodą miareczkowania konduktometrycznego (wyniki wziąć od grupy wykonującej pomiary odpowiednią metodą) pod względem precyzji (test F-Snedecora) i dokładności (test t-studenta lub test Aspina-Welcha) 3. We wszystkich obliczeniach przyjąć poziom istotności równy 95%. Rysunek 1: Przebieg miareczkowania kwasu solnego roztworem AgNO 3 Uprzejmie proszę aby wszelkie zauważone błędy zgłaszać pod adresem: mailto:wasia@pg.gda.pl?subject=błąd w instrukcji

3 Porównanie precyzji i dokładności dwóch metod oznaczania stężenia HCl Metoda 2: Oznaczanie stężenia HCl metodą miareczkowania potencjometrycznego (alkacymetryczne) Wyposażenie: - ph-metr 1 szt. - ogniwo pomiarowe (kombinowana elektroda szklana) 1 szt. - mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem 1 szt. - pipeta 2 cm 3 1 szt. - pipeta 5 cm 3 1 szt. - cylinder miarowy 50 cm 3 1 szt. - zlewka 50 cm 3 (wysoka i wąska) 1 szt. - tryskawka 1 szt. - zlewka 50 cm 3 1 szt. - titrator lub pipeta automatyczna umożliwiająca dozowanie porcji 0,1 cm 3 1 szt. Odczynniki: - roztwór NaOH o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 - roztwór KNO 3 o stężeniu ok. 2 mol dm -3 - roztwór HCl o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 (dostępny u prowadzącego zajęcia) Wykonanie ćwiczenia: 1. Miareczkowanie HCl Wysoką zlewkę 50 cm 3 ustawić na mieszadle. Wlać 38 cm 3 wody destylowanej i 5 cm 3 2 M roztworu KNO 3. Wrzucić mieszadełko i włączyć mieszanie. Ogniwo pomiarowe zamocować w uchwycie. Przesunąć silikonową osłonę (rurkę) w górę tak aby odsłonić klucz elektrolityczny, zdjąć kapturek zasłaniający króciec do napełniania ogniwa, znajdujący się w jego górnej części. Opuścić ogniwo tak, aby mieszadełko go nie potrącało a jednocześnie klucz elektrolityczny był zanurzony w roztworze. Podłączyć ogniwo do miernika, włączyć zasilacz do sieci. Wtyk zasilacza umieścić w gnieździe zasilania miernika (zwrócić uwagę na oznaczenia gniazd). Włączyć miernik i przełączyć go w tryb pomiaru ph (klawisz ph). Do zlewki dodać pipetą 2 cm 3 HCl (ok. 0,1 M), po ustaleniu się wskazań miernika, zanotować je 4. Przystąpić do miareczkowania próbki. Za pomocą titratora lub pipety automatycznej 5 dodawać po 0,2 cm 3 roztworu NaOH (titranta) do zlewki i po ustaleniu się wskazań miernika notować je wraz z odpowiadającym im objętościom dodanego titranta. Wyniki powinny mieć postać dwukolumnowej tabeli, w jednej kolumnie notujemy objętość dodanego titranta, w drugiej odpowiadające jej ph. Dodawanie roztworu titranta kontynuować do momentu aż ph roztworu osiągnie wartość większą niż 10, po czym dodać jeszcze cztery porcje titranta. Po zakończeniu miareczkowania ogniwo unieść i dokładnie opłukać wodą destylowaną, wyjąć mieszadełko i dokładnie je opłukać, tak samo postąpić ze zlewką w której prowadzono miareczkowanie. Sporządzić wykres ph = f(v t ). Kolejne miareczkowania wykonać tak aby przed obszarem gwałtownego wzrostu ph (patrz Rys. 1) dodawać większe objętości titranta (np. 0,4 cm 3 ) po czym zmniejszyć je (0,2 cm 3 ), tak aby dokładnie odwzorować przebieg krzywej miareczkowania w okolicy PK. Sumarycznie należy wykonać siedem miareczkowań. Po zakończeniu pomiarów opróżnić i opłukać wodą destylowaną wszystkie używane naczynia. ph-metr wyłączyć i schować do odpowiedniego pudełka. Ogniwo pomiarowe opłukać wodą destylowaną i umieścić w przeznaczonym do tego celu naczyniu. Sprawozdanie: 4 Uwaga! Odpowiednią ilość kwasu należy wcześniej pobrać do czystej i suchej zlewki o pojemności ok. 50 cm 3 5 Jeśli osoba wykonująca miareczkowanie ma wątpliwości co do sposobu obsługi titratora lub pipety koniecznie należy poprosić prowadzącego zajęcia o wyjaśnienia!

4 W sprawozdaniu należy umieścić wykresy zależności ph = f (V t ). Na podstawie zebranych danych wyznaczyć wartości V PK metodą Hahna 6 i obliczyć odpowiadające im stężenia HCl (wyrażone w mol dm -3 ). Na uzyskanym zbiorze wyników przeprowadzić test Q-Dixona, ewentualne wyniki obarczone błędem grubym odrzucić, obliczyć średnią i odchylenie standardowe. Oszacować rozszerzoną niepewność wyniku oraz wyznaczyć przedział ufności dla średniej. Na podstawie uzyskanych danych porównać metodę miareczkowania potencjometrycznego z metodą miareczkowania konduktometrycznego (wyniki wziąć od grupy wykonującej pomiary odpowiednią metodą) pod względem precyzji (test F-Snedecora) i dokładności (test t-studenta lub test Aspina-Welcha) 7. We wszystkich obliczeniach przyjąć poziom istotności równy 95%. Rysunek 2: Przebieg miareczkowania kwasu solnego roztworem NaOH Uprzejmie proszę aby wszelkie zauważone błędy zgłaszać pod adresem: mailto:wasia@pg.gda.pl?subject=błąd w instrukcji

5 Porównanie precyzji i dokładności dwóch metod oznaczania stężenia HCl Metoda 3: Oznaczanie stężenia HCl metodą miareczkowania konduktometrycznego Wyposażenie: - miernik przewodnictwa 1 szt. - naczynko konduktometryczne zanurzeniowe 1 szt. - mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem 1 szt. - pipeta 5 cm 3 1 szt. - zlewka 250 cm 3 2 szt. - tryskawka 1 szt. - zlewka 50 cm 3 1 szt. - titrator lub pipeta automatyczna 1 cm 3 1 szt. Odczynniki: - roztwór NaOH o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 - roztwór HCl o stężeniu ok. 0,1 mol dm -3 (dostępny u prowadzącego zajęcia) Wykonanie ćwiczenia: 1. Wyznaczenie objętości wody destylowanej, niezbędnej do zanurzenia czujnika konduktometrycznego Zlewkę 250 cm 3 ustawić na mieszadle. Wrzucić mieszadełko. Naczynko konduktometryczne zamocować w uchwycie tak, aby mieszadełko go nie potrącało. Dolewać wody destylowanej do momentu aż wszystkie elektrody naczynka (czarne paski) będą zanurzone. Uwaga! Podczas energicznego mieszania cieczy, w zlewce tworzy się wir, dlatego należy wlać tyle wody, aby pomimo wspomnianego wiru, elektrody naczynka pomiarowego nie wynurzały się z cieczy. Należy przy tym zadbać aby objętość wody była jak najmniejsza. Mieszanie wyregulować tak aby w naczynku pomiarowym nie było pęcherzy powietrza. Zdjąć zlewkę z mieszadła i za pomocą cylindra miarowego zmierzyć objętość wody destylowanej w zlewce (V w ). Podczas wszystkich miareczkowań do zlewki dodawana będzie taka właśnie objętość wody destylowanej. 2. Miareczkowanie HCl Do zlewki 250 cm 3 wlać uprzednio zmierzoną ilość wody destylowanej, a następnie dodać pipetą dokładnie 5 cm 3 roztworu kwasu solnego (ok. 0,1 M) 8..Zlewkę ustawić na mieszadle, delikatnie wrzucić mieszadełko i zanurzyć w roztworze naczynko konduktometryczne. Włączyć mieszadło i wyregulować jego obroty. Odczekać aż wskazania konduktometru ustabilizują się, a następnie zanotować wartość przewodnictwa roztworu (próbki). Wykonać miareczkowanie dodając roztwór titranta (NaOH) porcjami o objętości 1 cm 3, za pomocą titratora lub pipety automatycznej 9. Po dodaniu każdej porcji titranta należy odczekać aż wskazania konduktometru ustabilizują się, a następnie zanotować wartość przewodnictwa. Do momentu osiągnięcia PK miareczkowania, po dodaniu każdej porcji titranta przewodnictwo roztworu będzie się zmniejszało, następnie zaś zacznie rosnąć 10. Miareczkowanie należy kontynuować do momentu osiągnięcia przewodnictwa zbliżonego do wartości odczytanej przed dodaniem pierwszej porcji titranta. Po zakończeniu miareczkowania dokładnie opłukać (również wewnątrz) naczynko konduktometryczne wodą destylowaną z tryskawki. Podaną powyżej procedurę powtórzyć jeszcze sześciokrotnie. Dane uzyskane w trakcie miareczkowań (siedmiu) należy wykorzystać do obliczenia dokładnego stężenia HCl. Należy pamiętać o dokładnym wypłukaniu wszystkich używanych naczyń (zlewek, pipet itd.) przed ponownym użyciem. Po zakończeniu pomiarów opróżnić i opłukać wodą destylowaną wszystkie używane naczynia. Konduktometr wyłączyć i schować do odpowiedniego pudełka. Naczynko konduktometryczne odłączyć, opłukać wodą destylowaną i schować w przeznaczonym do tego celu pudełku. 8 Uwaga! Odpowiednią ilość kwasu należy wcześniej pobrać do czystej i suchej zlewki o pojemności ok. 50 cm 3 9 Jeśli osoba wykonująca miareczkowanie ma wątpliwości co do sposobu obsługi titratora lub pipety koniecznie należy poprosić prowadzącego zajęcia o wyjaśnienia! 10 Dlaczego? Jaki jest mechanizm tego zjawiska?

6 Sprawozdanie: W sprawozdaniu należy umieścić wykresy zależności κ' = f (V t ) z uwzględnieniem korekty na zmianę objętości roztworu podczas miareczkowania. Wartość κ' obliczyć według poniższego wzoru: gdzie: ' = V V t V κ wartość przewodnictwa odczytana z konduktometru, V początkowa objętość roztworu, równa V w +5, V w objętość wody destylowanej, V t objętość titranta Z wykresów wyznaczyć wartości V PK i obliczyć odpowiadające im stężenia HCl (wyrażone w mol dm -3 ). Na uzyskanym zbiorze wyników przeprowadzić test Q-Dixona, ewentualne wyniki obarczone błędem grubym odrzucić, obliczyć średnią i odchylenie standardowe. Oszacować rozszerzoną niepewność pomiaru oraz wyznaczyć przedział ufności dla średniej. Na podstawie uzyskanych danych porównać metodę miareczkowania konduktometrycznego z jedną z metod potencjometrycznych (wyniki wziąć od grupy wykonującej pomiary odpowiednią metodą) pod względem precyzji (test F-Snedecora) i dokładności (test t-studenta lub test Aspina- Welcha) 11. We wszystkich obliczeniach przyjąć poziom istotności równy 95%. Uprzejmie proszę aby wszelkie zauważone błędy zgłaszać pod adresem: mailto:wasia@pg.gda.pl?subject=błąd w instrukcji 11