Densitet og stofmængekoncentration i havvand

Side 1

Havvand

Kemirapport 3

[navn fjernet] 2.z

Side 2

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

2

Formål:

Formålet ved dette forsøg er at bestemme saltindholdet og densiteten i havvand. Vi skal se om vores resultater stemmer overens med litteraturen.

Apparatur:

• Vægt

• Petriskål

• Pipette, 25 mL, med sugebold

• Varmeskab

• Målekolbe 250 mL, med prop

• Stativ med klemme og muffe

• Burette

• Tragt

• Konisk kolbe, 250 mL

• Måleglas, 10 mL

Kemikalier:

• 0,0500 M AgN0

3

• 0,1 M K CrO

2 4

• Havvand (afhængigt af saltholdigheden kan det være hensigtsmæssigt at ændre den fortyndingsfaktor, som anvendes i vejledningen)

Teori:

Blandingen saltvand er en homogen, hvilket vil sige, at blandingen ser ensartet ud, også når den undersøges med et mikroskop. Da saltvand er en flydende homogen, kaldes det en opløsning. I en opløsning af eksempelvis 5 g NaCl i 95 g vand, hvor man får en blanding på i alt

100 g, kan man udregne masse%, som udregnes vha. formlen:

𝑐                ( 𝐴 ) =        ∗ 100
                       𝑚

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒% 𝑚 ( 𝐴)

( 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔) hvor 𝑚 ( 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔) er den samlede masse af stofblandingen (målt i gram), 𝑚 ( 𝐴) er massen af

blandingen som indeholder stoffet A (målt i gram) og 𝑐_{𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒%} ( 𝐴) er blandingens indhold af A i

masse%.

Side 3

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

3

Da NaCl udgør 5 g ud af de 100 g vil regnestykket sådan ud:

                           5
𝑐                ( 𝑁𝑎𝐶𝑙 ) =  ∗ 100 = 5%
                          100

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒%

Når der er tale om en blanding vil man også ofte gerne finde densiteten og stofmængdekoncentrationen. Forholdet mellem stofs masse og volumen kaldes stoffets densitet og siger noget om stoffets tæthed:

𝜌 =

𝑚

𝑉

Hvor 𝜌 er betegnelsen for densiteten (måles i enheden_{𝑚^{3}}^{𝑘𝑔}), m er massen og V er volumen.

Stofmængdekoncentrationen siger altså noget om koncentrationen af et bestemt stof i opløsning og udregnes vha. formlen:

                 𝑛 (
𝑐           ( 𝐴 ) =

𝐴)

𝑉

Hvor 𝑐 ( 𝐴) selvfølgelig er stofmængekoncentrationen (målt i^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} også kaldet M og udtales

”molær”), 𝑛 ( 𝐴) er den anvendte stofmængde af A (målt i mol) og V er altså volumen (målt i L).

Et eksempel kunne være at vi har 2,00 mol NaCl som opløses i så meget vand, at opløsningens volumen bliver 5,00 L, beregnes stofmængdekoncentrationen af NaCl således:

                     2,00 𝑚𝑜𝑙     𝑚𝑜𝑙
𝑐           ( 𝑁𝑎𝐶𝑙 ) =     = 0,400
                      5,00 𝐿       𝐿

I eksemplet oven over bliver NaCl altså fortyndet i vandet, ved at tilsætte mere og mere vand

(det rene opløsningsmiddel), så opløsningens volumen bliver større.

𝑉 𝑉 𝑓ø𝑟 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

Side 4

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

4

På figuren oven over ser vi at opløsningens volumen stiger fra 𝑉_{𝑓ø𝑟} til 𝑉_{𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟}. Ved fortyndingen

bliver stofmængdekoncentrationen af det opløste stof (NaCl i vand) mindre. Da

stofmængdekoncentrationen altså også ændrer sig kan vi sige at den ændrer sig fra 𝑐_{𝑓ø𝑟} til
𝑐_{𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟}. Da der ikke tilsættes mere NaCl, er stofmængden derfor den samme før og efter og

udregnes vha. formlen:

𝑛 ( 𝐴) = 𝑐_{𝑓ø𝑟} ∗ 𝑉_{𝑓ø𝑟} = 𝑐_{𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟} ∗ 𝑉_{𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟}

Vi er mest interesserede i at finde vores nye stofmængdekoncentration, derfor kan vi omformulere formlen og få:

𝑐 = 𝑐_{𝑓ø𝑟} ∗_{𝑉_{𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟}}^{𝑉_{𝑓ø𝑟}}

𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

Vi skal i anden del af forsøget måle chloridkoncentrationen i havvand ved titrering med en sølvnitratopløsning. Dvs. at vi skal udføre vores forsøg vha. analysemetoden titreranalyse.

Metoden er lettest at forklare, ved at beskrive hvordan vi i en opløsning af natriumcholrid skal

finde den ukendte stofmængdekoncentration af Cl^{-}:

Først overfører vi 5,00 mL af opløsningen med en pipette til en konisk kolbe, hvorefter der tilsættes en indikator (forklares i følgende tekst). Som vist på figuren her under titreres

(dryppes) det afmålte volumen opløsning med 0,0100 M AgNo fra buretten. Ved titreringen

3 dannes der et hvidt bundfald af søvchlorid:

𝐴𝑔 + (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙 (𝑎𝑞) → 𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)

−

Reaktionen sker under titreringen og kaldes titreringsreaktionen. I starten er det selvfølgelig underskud af sølvioner, men hvis man fortsat drypper sølvchlorid i, vil man på et tidspunkt

                                                 -
komme til titreringsreaktionens ækvivalenspunkt, hvor Cl er brugt op.

Side 5

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

5

Det er indikatoren, der fortæller os hvornår vi er nået til ækvivalenspunktet. Som indikator anvendes kaliumchromat (K CrO). Inden titreringen tilsættes ca. 5 dråber 0,1 M

2 4 kaliumchromat, som giver væsken en gul farve. Når titreringsreaktionens ækvivalenspunkt passeres, dannes der et blivende rødt bundfald af sølvchromat:

2𝐴𝑔 + ( 𝑎𝑞) + 𝐶𝑟𝑂_{4}^{2−} (𝑎𝑞) → 𝐴𝑔_{2} 𝐶𝑟𝑂_{4} (𝑠) (indikatorreaktionen)

Gul Rødt bundfald

Eksperiment første del

Fremgangsmåde:

Første afdeling gennemføres som fællesforsøg. En ren tør petriskål vejes. Noter skålens masse i et skema af følgende udseende: vandet henstilles i varmeskab ved f.eks. 150°C, indtil vandet er fuldstændigt fordampet, hvorefter massen af skål og tørstof bestemmes.

Efterbehandling:

Beregninger:

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑎𝑓 25 𝑚𝐿 ℎ𝑎𝑣𝑣𝑎𝑛𝑑:

𝑚 ( ℎ𝑎𝑣𝑣𝑎𝑛𝑑) = 63,06 𝑔 − 41 𝑔 = 22,06 𝑔

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑎𝑓 𝑠𝑎𝑙𝑡:

𝑚 ( 𝑠𝑎𝑙𝑡) = 41,33 𝑔 − 41 𝑔 = 0,33 𝑔

𝐼𝑛ℎ𝑜𝑙𝑑 𝑎𝑓 𝑠𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑖 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒%:

                0,33𝑔
𝑐      ( 𝑠𝑎𝑙𝑡𝑒 ) =  ∗ 100 = 1,5%
 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒%
               22,06𝑔

𝐻𝑎𝑣𝑣𝑎𝑛𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡:

             0,02206 𝑘𝑔       𝑘𝑔        𝑘𝑔
𝜌 ( ℎ𝑎𝑣𝑣𝑎𝑛𝑑 ) =      = 0,8824    = 882,4
                                         3
                               𝐿        𝑚

0,025 𝐿

Masse af tom skål Masse af skål med 25 mL Masse af skål efter havvand opvarmning

41 𝑔 63,06 𝑔 41,33 𝑔

Masse af 25 mL Masse af Indhold af salte i Havvands havvand tørstof masse% densitet

22,06 𝑔 33 𝑔 1,5 %

882,4_{𝑚^{3}}^{𝑘𝑔}

Side 6

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

6

Eksperiment anden del

Fremgangsmåde:

Man starter anden afdeling af øvelsen med at fortynde havvand. Chloridionkoncentrationen er nemlig så stor, at det er nødvendigt af fortynde inden titreringen.

Overfør 25,0 mL havvand med pipette til en 250 mL målekolbe, hvorefter der fyldes op med demineraliseret vand til mærket på kolbens hals. Efter grundig omrystning er det fortyndede havvand klar til brug.

Overfør 25,0 mL fortyndet havvand med pipette til en 250 mL konisk kolbe.

Tilsæt ca. 5 mL 0,1 M K CrO.

2 4

En burette fyldes med 0,0500 M AgNO og nulstilles.

3

Opløsningen i kolben titreres derefter med sølvnitratopløsningen fra buretten. Sørg for grun-dig sammenblanding ved at holde kolben i roterende bevægelse.

Titreringen afbrydes, når en enkelt dråbe fremkalder en svag, blivende rødfarvning i kolben.

Omslaget skal altså bestemmes med en dråbes nøjagtighed. Derefter aflæses buretten.

Eventuelt gentages titreringen.

Efterbehandling:

Da vi blev bedt om at lave anden del af eksperimentet to gange har jeg udregnet ud fra begge resultater (kaldt første gang og anden gang)

1. Beregn stofmængden af AgNO

3 3 i det tilsatte volumen 0,0500 M AgNO

. Hvor stor

en stofmængde Ag^{+} er der tilsat?
Første gang = 𝑛 = 0,0500^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 0,0068 𝐿 = 0,00034 𝑚𝑜𝑙
(Det betyder, at der også er 0,00034 mol Cl^{-}, da de ækvivalente mængder er 1:1)
Anden gang = 𝑛 = 0,0500^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 0,0077 𝐿 = 0,000385 𝑚𝑜𝑙
(Det betyder, at der også er 0,000385 mol Cl^{-}, da de ækvivalente mængder er 1:1)

Volumen 0,05 M [Cl^{-}] i fortyndet havvand [Cl^{-}] i havvand NaCl-indhold i

AgNO masse%

3

0,0068 𝐿 0,873%

0,00034 𝑚𝑜𝑙

0,025 𝐿

= 0,0154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} 0,0136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 10 = 0,136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿}

0,0077 𝐿 0,771%

0,000385 𝑚𝑜𝑙

0,025 𝐿

= 0,0154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} 0,0154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 10 = 0,154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿}

Side 7

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

7

2. Hvor stor en stofmængde Cl^{-} indeholder 25,0 mL fortyndet havvand (se

titreringsreaktionens reaktionsskema)?

Første gang = 0,00034 𝑚𝑜𝑙
Anden gang = 0,000385 𝑚𝑜𝑙

3. Beregn [Cl^{-}] i fortyndet havvand.

            0,00034 𝑚𝑜𝑙      𝑚𝑜𝑙
Første gang =        = 0,0136
              0,025 𝐿         𝐿

            0,000385 𝑚𝑜𝑙      𝑚𝑜𝑙
Anden gang =          = 0,0154
              0,025 𝐿          𝐿

4. Hvad er [Cl^{-}] i ufortyndet vand?

10 gange stærkere (fra 25 mL til 250 L):

Første gang = 0,0136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 10 = 0,136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿}

Anden gang = 0,0154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 10 = 0,154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿}

5. Antag at chloridionerne udelukkende findes sammen med natriumioner, og beregn massen a NaCl i 1 liter havvand.

Første gang

𝑛 = 0,136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 1 𝐿 = 0,136 𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 0,136 𝑚𝑜𝑙 ∗ 58,44_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 7,947 𝑔

Anden gang

𝑛 = 0,154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} ∗ 1 𝐿 = 0,154 𝑚𝑜𝑙

𝑚 = 0,154 𝑚𝑜𝑙 ∗ 58,44_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 8,999 𝑔

6. Anvend densiteten af havvand fra første del af øvelsen til at finde massen af 1 liter havvand, og beregn derefter NaCl-indholdet i masse%.

Første gang (med resultater fra første del af øvelsen):

Densitet havvand = 882,4^{𝑔}_{𝐿}
Massen af 1 L havvand = 882,4 𝑔

         7,947 𝑔
Masse% =      ∗ 100 = 0,9 %
         882,4 𝑔

Side 8

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

8

Anden gang (med resultater fra første del af øvelsen):

Densitet havvand = 882,4^{𝑔}_{𝐿}
Massen af 1 L havvand = 882,4 𝑔

         8,999 𝑔
Masse% =      ∗ 100 = 1, 02 %
         882,4 𝑔

Første gang (med tabelværdi):

Tabelværdien til densiteten af 1 L havvand = 1030^{𝑔}_{𝐿}
Massen af 1 L havvand = 1030 𝑔

         7,947 𝑔
Masse% =      ∗ 100 = 0,772 %
         1030𝑔

Anden gang (med tabelværdi):

Tabelværdien til densiteten af 1 L havvand = 1030^{𝑔}_{𝐿}
Massen af 1 L havvand = 1030 𝑔

         8,999 𝑔
Masse% =      ∗ 100 = 0,874 %
         1030𝑔

.

𝐿𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒𝑛 𝑠𝑖𝑔𝑒𝑟 𝑎𝑡 𝑑𝑒𝑛 𝑖 Ø𝑠𝑡𝑒𝑟𝑠ø𝑒𝑛 𝑒𝑟 𝑝å 1,1 𝑔 𝑠𝑎𝑙𝑡 𝑝𝑟. 𝐿

Diskussion:

Sammenlign NaCl-procenten med det saltindhold, som blev målt i første del af øvelsen.

Hvordan kan man forklare eventuelle forskelle mellem de to tal?

Procentvise afvigelse:

                                              0,9−1,5
Første gang (med resultater fra første del af øvelsen): ∗ 100 = 40%
                                               1,5

.

                                              1,02−1,5
Anden gang (med resultater fra første del af øvelsen): ∗ 100 = 32%
                                                1,5

.

                          0,772−1,5
Første gang (med tabelværdi):    = 48,533%
                             1,5

.

                          0,874−1,5
Anden gang (med tabelværdi):      = 41,733%
                             1,5

Side 9

[navn fjernet] Kemi

2.z Havvand NAG

9

Den meget store afvigelse skyldes en meget betydningsfuld fejlkilde; da vi skulle lave vores fortynding af havvand i demineraliseret, kom vi til at tilsætte for meget demineraliseret vand, så fortyndingen blev alt for svag, i forhold til hvad den i virkeligheden skulle have været.

Derudover kan der have været andre fejlkilder, som en upræcis vejning af havvandet og skålen før og efter forsøget, eller andre upræcise aflæsninger og målinger. Dette kan have påvirket vores resultat af massen af tørstof og dermed givet os en stor afvigelse.

Konklusion:

Vi kan altså konkludere ud fra første del at det totale indhold af salte i havvand ved

inddampning er 1,5% i masse% og at havvands densitet derfor er 882,4 g/L. Ud fra anden del

konkluderes at chloridkoncentrationen i havvand ved titrering med en sølvnitratopløsning er

mellem 0,136^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} - 0,154^{𝑚𝑜𝑙}_{𝐿} og havde et NaCl indhold i masse% på mellem 0,772% - 1,02%.

Da vores fejlkilder desværre var meget betydningsfulde, fik vi en stor procentvis afvigelse, hvilket gør at vores resultater ikke har været så troværdige.

Vist fra første eksperiment, kan vi altså se, at man kan udvinde helt almindeligt køkkensalt, natriumchlorid (NaCl), fra havvand, ved at dampe vandet fra. Man kan også udregne havvandets densitet og finde havvans densitet vha. titreranalyse.