Riassunto / Abstract

Determinazione ( taratura) del volume incognito di un recipiente utilizzando una titolazione acido – base.

Scheda sintetica delle attività

1. Preparare soluzioni a concentrazione nota di HCl/NaOH mediante normex;
2. prelevare aliquota nota di HCl ed introdurre in recipiente di cui si vuol determinare il volume (taratura);
3. portare a livello con acqua distillata;
4. prelevare aliquota nota dal recipiente ed introdurre in beuta;
5. titolare con NaOH a concentrazione nota;
6. calcoli.

Risorse necessarie

• Recipiente a volume non noto;
• soluzione normex HCl 0,1 M;
• soluzione normex NaOH 0,1 M;
• indicatore fenolftaleina;
• beuta da 200 ml;
• matraccio da 50 ml;
• 2 burette;
• pennarello.

Prerequisiti necessari

• Nozioni di analisi volumetrica;
• concetto di acido/base;
• curve titolazione acido/base;
• indicatori acido/base.

Obiettivi di apprendimento

• Conoscere ed utilizzare l’attrezzatura per preparare e titolare le soluzioni;
• saper individuare il punto di fine titolazione;
• saper scegliere l’indicatore opportuno;
• saper elaborare matematicamente i dati sperimentali;
• riportare un risultato evidenziando la precisione ottenuta;
• usare un criterio che permetta di accettare o scartare valori ritenuti dubbi.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

DISCUSSIONE INIZIALE

Tale attività è stata proposta ad allievi del quarto anno, in possesso di conoscenze teoriche ed abilità sperimentali di base, e da essi realizzata.
Gli allievi avevano già utilizzato, nel primo biennio, una metodica relativa alla misura del volume di un recipiente che consiste nel pesare il recipiente vuoto, ripesarlo dopo averlo riempito di acqua, calcolare per differenza la massa di acqua e ricavare il volume incognito, nota la densità dell’acqua. 
Alla classe è stato chiesto di riflettere sulla possibilità di utilizzare la stessa metodica per misurare volumi più grandi, il cui contenuto non può essere pesato con una normale bilancia da laboratorio.
La prima proposta degli studenti è stata quella di utilizzare una bilancia diversa, di portata adeguata alla massa da misurare. Un approfondimento di questa proposta ha evidenziato come l’ aumento della portata della bilancia implichi una minore sensibilità della stessa con conseguente aumento della incertezza sul valore del volume misurato. Alcuni studenti si sono inoltre posti retoricamente la seguente domanda: utilizzando questa metodica, che tipo di bilancia potrebbe misurare la massa contenuta in una cisterna? 
Dal confronto delle idee, è emersa la necessità di individuare una metodica alternativa che prescinda dall’utilizzo della bilancia.
Un’altra problematica evidenziata durante la discussione relativa alla metodica della doppia pesata, riguarda la dipendenza della densità dell’acqua dalla temperatura. Per ovviare a questo problema, gli studenti hanno proposto l’uso di un bagno termostatato che mantenga la temperatura dell’acqua costante ad un valore noto. Anche questa soluzione si è rivelata di difficile applicazione: quanto deve essere grande il bagno per contenere recipienti di grandi dimensioni? 
Si ripresenta la necessità di pensare ad una metodica alternativa che non tenga conto della dipendenza della densità dalla temperatura.
Dopo una discussione, opportunamente guidata dal docente, si è deciso di utilizzare una metodica basata su una titolazione acido-base. Questa metodica supera le precedenti problematiche, è caratterizzata da una maggiore accuratezza, ed è realizzabile in tempi compatibili con quelli di un laboratorio didattico. Con il contributo dell’intera classe, è stata pianificata l’attività. 
Tenuto conto del tempo a disposizione, sono state previste cinque determinazioni. 
Nell’elaborazione dei dati si è fatto ricorso alla deviazione media anziché alla deviazione standard, dato l’esiguo numero di dati sperimentali.
In presenza di misure dal valore dubbio, si è deciso di adottare la “regola del quattro d” per una eventuale eliminazione del dato.

ATTIVITA’ SPERIMENTALE

1. Lavare, avvinare e riempire due burette, una con soluzione HCl, l’altra con soluzione NaOH (figura 1a);

2. introdurre nel recipiente di cui si vuole determinare il volume una aliquota nota di HCl prelevandola con la buretta;
3. segnare con un pennarello una tacca di riferimento sul recipiente (figura 1b);
4. aggiungere acqua distillata fino a livello V

contrassegnato dalla tacca (figura 1c); 

5. Prelevare 50 ml con un matraccio (figura 2a);

6. titolare con NaOH indicatore fenolftaleina fino a rosa persistente per 10 secondi (figura 2b, 2c e 2d);
7. annotare il volume  di NaOH utilizzati, in ml.

I dati ottenuti sono riportati in tabella 1.

Calcolo del volume incognito V\(_x\)

Procediamo ora al calcolo del volume incognito. 
Le moli di HCl introdotte sono date dal prodotto: \(M \cdot V\);
le moli di  NaOH titolanti sono date dal prodotto: \(M_1 \cdot V_{1m}\) ;
le moli di NaOH titolanti determinano le moli di HCl in 50 ml. Pertanto note le moli totali di HCl introdotte, presenti nell’intero volume incognito con una semplice proporzione si calcola il volume incognito del recipiente:

\[M_1 \cdot V_{1m}\ : V_0 = M \cdot V\ :\ V_x \longrightarrow\]

\[V_x = \frac{V_0 \cdot M \cdot V}{M_1 \cdot V_{1m}} = \frac{50ml \cdot 0.1 mol/L \cdot 31ml}{0,1mol/l \cdot 4.95ml}=313\ ml\]

Autori

Savino Francesco

Specifiche esperimento Materia Chimica Classi a cui è rivolto 2° biennio Tipologia di laboratorio Strumentazione semplice Reperibilità del materiale Negozi specializzati, siti web Materiale specifico Vetreria da laboratorio, acido cloridrico, idrossido di sodio a titolo noto, indicatore Durata esperimento in classe 1 h Capacità di bricolage/assemblaggio No Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche No Necessità PC per acqusizione/analisi dati No Necessità di uno smartphone No Parole chiave Chimica Stechiometria Titolazioni Acidi e basi