Forsøk og praktisk arbeid

Passer for

  • kjemi 1

Tidsbruk

  • 90 - 180 minutter

Syrebasetitrering

På alle skoler finnes det et bredt utvalg løsninger av HCl og NaOH. Konsentrasjonen i disse kan forandre seg med tiden eller det kan være feilmerking. Hvorfor ikke la elevene gjøre en sjekk av HCl- og NaOH-løsningene på skolens kjemirom?

Med dette åpne forsøket ønsker vi å motivere elevene til å lære seg beregninger. Resultatene de kommer fram til har reell betydning. Forsøket har også fokus på systematisk og nøyaktig arbeid på kjemilaboratoriet.

Elevkommentarer:

  • ”Her må man jo jobbe skikkelig nøyaktig!”
  • ”Man må jo kunne litt matte i kjemi også.”
  • "Nå har jeg endelig forstått dette med mol!”

Både syrer og lut nummereres og fordeles i kjemigruppen. Elevene gjør et forarbeid hvor de foreslår en framgangsmåte for å bestemme konsentrasjonen i den løsningen de har fått utdelt. Hver enkelt titrering må være mulig å gjennomføre med en byrettefylling (50 mL). Elevene må i mange tilfeller gjøre noen fortynninger før de kan sette i gang med selve titreringen. Syre- og basekonsentrasjoner på omtrent 0,1 mol/L er god egnet.

Standardløsning av NaOH og HCl-løsning laget av læreren med konsentrasjon på omtrent 0,1 mol/L må være tilgjengelig for elevene.

Når forsøket er gjennomført skal alle beregninger av konsentrasjoner og fortynninger settes opp oversiktlig. Hvis elevene kommer fram til at konsentrasjonen ikke stemmer med det som er oppgitt på flasken de fikk utdelt, skal de lage en plan for hvordan konsentrasjonen kan korrigeres til å stemme med etiketten, uten å tømme ut noe av flaskens innhold. Elevene bør dessuten vurdere feilkilder og resultater.

Hvordan elevene skal veiledes i dette forsøket avhenger av hvor faglig sterke de er. Svake elever trenger antakelig mange hint og mye hjelp, sterke elever kan selv finne den informasjonen de trenger og bearbeide den for å lage en god forsøksplan.

Faglig forklaring

Aktueller formler til regneoppgavene

n=m/Mm

c= n/V


Reaksjonslikninger

Bruk titrisolløsninger til 0,1 mol/L NaOH og 0,1 mol/L HCl.

Hvis du ikke har titrisolløsninger gjør du en innstilling av NaOH med kaliumhydrogenftalat, KHC8H4O4.

KHC8H4O4 er en svak syre med Ka= 3,0 · 10-6 mol/L.

HC8H4O4- (aq) + OH- (aq) C8H4O42- (aq) + H2O (l)

Strukturformel for kaliumhydrogenftalat. Strukturformel for kaliumhydrogenftalat.

1,0 mol/L HCl lager du ved å fortynne 83 mL konsentrert HCl med vann til 1000 mL. Denne løsningen må fortynnes 1 : 10 for å få 0,1 mol/L saltsyreløsning.


Generell reaksjon mellom syre og base:
H3O+ (aq) + OH- (aq) 2 H2O (l)

Indikator

Det er hensiktsmessig å bruke fenolftalien som indikator fordi den har fargeomslag ved pH i området 8,2 - 10,0. Dette er relativt nært pH ved ekvivalenspunktet i denne titreringen.

Eksempel

cNaOH= 0,12 mol/L

cHCl= n/V = (0,02846 mol)/(0,025 L)= 0,1138 mol/L = 0,11 mol/L

La elevene runde av svaret slik at det har like mange signifikante sifre som det minst signifikante sifret i beregningen. I mellomregningen kan de bruke alle tallene som ligger i kalkulatoren.

Hvis variasjonen i titrervolumet i elevenes paralleller er stor, bør elevene kommentere dette i konklusjonen sin.

VHCl= 25,00 mL

VNaOH = 23,72 mL= 0,02372 L

HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O (l)

Vi ser av reaksjonslikningen at stoffene HCl : NaOH er i forhold 1 : 1.

Relevant formel er c = n/V

Kommentarer/praktiske tips

Det kan være lurt å ta en kort fellesgjennomgang i gruppen. Hvis det er første gang elevene gjør en titrering, bør du vise elevene hvordan de skal bruke utstyret.

Diskuter valg av utstyr i forhold til den nøyaktigheten de trenger i forsøket. Elevene trenger både reaksjonslikninger og noen formler, og de må gjøre en rekke beregninger når de planlegger forsøket sitt.

Hvordan elevene skal veiledes avhenger av hvor faglig sterke de er. Du velger om de skal finne all informasjonen de trenger selv, eller om klassen i samarbeid skal finne de opplysningene som trengs for å kunne planlegge forsøket.

Forberedelsen kan gjøres hjemme, men da er sannsynligheten at de kopierer av hverandre større enn om de må planlegge forsøket på skolen.

Elevene bør vite hvordan indikatoren virker. Fargeomslaget mellom fargeløs og rosa indikerer at stoffene er ferdig reagert. Hovedhensikten med dette forsøket er å øve på beregninger, derfor gjør det ingenting om elevene ikke kan forklare kjemisk hvordan indikatoren virker. Forsøket kan utvides til å omfatte indikatorteori. Da må elevene kunne noe om hvordan indikatorer virker, og de bør forklare hvorfor det er hensiktsmessig å bruke fenolftalien som indikator i dette forsøket.

Som en del av forberedelsene til dette forsøket kan elevene løse gitte regneoppgaver med fortynninger. Elevene bør gjøre regneoppgaver som hjelper dem å dimensjonere forsøket slik at det er mulig å gjennomføre parallelltitreringer med èn byrettefylling (50 mL).

Du bør sjekke elevenes forsøksplaner før de setter i gang. Dersom beregningene de har gjort er feil, bør elevene bli bedt om å kontrollere det de har gjort. Hvis forsøket er sikkerhets- og miljømessig forsvarlig, kan elevene gjerne følge en dårlig plan.

Dersom elevene oppdager at planen ikke holder mål, bør de kommentere dette i forsøksrapporten. Elevene bør dessuten komme med konkrete forslag til forbedringer. De kan etter avtale med læreren endre planen underveis, men da risikerer de å få tidsnød med gjennomføringen av forsøket.

Det er ikke sikkert at det er helt uproblematisk for elevene å lage en plan for å korrigere konsentrasjonen til innholdet i flaske slik at det stemmer med det som står på etiketten, uten å tømme ut innholdet. Dette er en fin anledning til å diskutere feilkilder.

Etter at elevene har gjennomført forsøket og vurdert resultatene kan det være greit med en plenumsdiskusjon om feilkilder.

Aktuelle punkter er

  • valg av utstyr (hensiktsmessig bruk av begerglass, målesylinder, pipette og byrette)
  • avlesningsfeil (hvorfor bør samme person foreta alle avlesninger i samme parallell?)
  • antall paralleller
  • er det en fordel dersom flere grupper analyserer samme løsning?
  • er det en fordel å variere volumet av den ukjente løsningen?

HMS: Sikkerhetsmessig er dette forsøket uproblematisk. Elevene skal jobbe med fortynnede løsninger, og avfallet er saltvann. Som trening i å bruke HMS-datablader kan du la elevene gjøre en risikovurdering og en vurdering av hvordan avfallet skal håndteres.

Er du i tvil om hva du skal gjøre, eller hvis du trenger flere tips og ideer, kan du slå opp i en lærebok i kjemi for videregående skole. Alle slike bøker inneholder beskrivelser av syrebasetitreringer.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i kjemi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Kjemi 1
    • Språk og modeller i kjemi
      • sette opp reaksjonslikninger med tilstandssymboler og bruke reaksjonslikninger i beregninger med stoffmengde
    • Metoder og forsøk
      • planlegge og gjennomføre forsøk og vurdere risiko, feilkilder og resultater
      • skrive rapport fra forsøk og presentere prosess, metode og resultater med og uten digitale hjelpemidler
    • Vannkjemi
      • lage løsninger med ulike konsentrasjoner ved hjelp av innveiing og fortynning
    • Syrer og baser
      • planlegge og gjennomføre syrebasetitreringer, begrunne valg av indikator og tolke titrerkurver

Materialer og utstyr

  • vekt
  • titreringsutstyr
  • kaliumhydrogenftalat til innstilling av NaOH og NaOH(omkring 0,1 mol/L) eller NaOH titrisolløsning
  • innstilt HCl (~0,1 mol/L) eller titrisolløsning
  • fenolftalein
  • utstyr til å måle volum med forskjellig nøyaktighet (målesylinder, pipetter, begerglass, byrette)
  • magnetrører og magnet