Opgave 3.3
Reduktoren B indeholder to komponenter. Den ene giver ved afbrænding en gas, som opløses let i vand (undertryk i beholderen), hvorved der dannes en stærkt sur opløsning. At denne kan give bundfald med bariumchlorid tyder på at vi har at gøre med svovlsyre, som stammer fra at gassen SO3 er dannet ved afbrænding af en svovlforbindelse (B) i ren oxygen. B er derfor sandsynligvis et sulfid (er reducerende).
Den anden komponent i B danner ved afbrænding et hvidt fast stof (H), der opløses i svovlsyre. Et gult bundfald med en varm sur opløsning af ammoniummolybdat er sandsynligvis ammoniumdodekamolybdofosfat, som identificerer fosfat. Den anden komponent i reduktoren B er da P, som med ren oxygen oxideres til det hvide stof P4O10 (H).
Reduktoren B har da sammensætningen PxSyOz, hvor z ikke må være for stor.
Den stærkt sure opløsning er med andre ord en blanding af svovlsyre og fosforsyre. Den bliver titreret med 1.00 M natriumhydroxid. 960 mg af B brændes af og ender i en vandig opløsning på 100.00 ml. Heraf tages netop 4.00 ml. Heri er altså svovlsyre og fosforsyre fra (4*9.60 = 38.4) mg af B.
Tolkning af titreringskurven : For det første iagttages ækvivalenspunkter ved 1.76 ml (pH omkring 4.5) og ved 2.46 (pH omkring 9.5). På kurven ses i øvrigt pufferområder ved pH omkring 2 og ved pH omkring 7.
For det andet: I af en blanding af H2SO4 og H3PO4 findes der overvejende H+, HSO4- og H3PO4, idet svovlsyre er en stærk syre med hensyn til den første proton, men kun en middelstærk syre med hensyn til den anden proton (pK2 for svovlsyre er ca. 1.9). Fosforsyre er også en middelstærk syre (pK1 er 2.1). Det allerførste der titreres med OH- er derfor svovlsyrens første proton, men pH vil efter dette stadig være under 2. De næste H+'er der bliver neutraliseret er svovlsyrens anden proton (pK 1.9) og fosforsyrens første proton (pK 2.1). De to protoner titreres samtidigt og pH stiger herefter kraftigt (første ækvivalenspunkt). Når vi har tilsat ækvivalente mængder OH- (1.76 ml 1 M NaOH) har vi en opløsning, hvor der af hver svovlsyre er neutraliseret netop 2 protoner og af hver fosforsyre er neutraliseret netop 1 proton. Regnet i stofmængder gælder det ved det første ækvivalenspunkt, at n(OH-)1 = 2n(S) + n(P) (hvor n(x) betyder stofmængden af x). Opløsningen der fremkommer når der netop er titreret til det første ækvivalenspunkt indeholder i praksis derfor sulfationer og dihydrogenfosfationer (H2PO4- ) og selvfølgelig også nogle Na+ . I en sådan opløsning er pH styret af dihydrogenfosfationen. Da pK2 for fosforsyre er 7.2 ligger pH i en sådan opløsning mellem 2.1 og 7.2 (det kan godt regnes ud) og ved første ækvivalenspunkt var pH netop omkring 4.5. Så observation og overslagsberegning stemmer godt overens. Altså: ved første ækvivalenspunkt er n(OH-)1 = 1.76 mmol = 2n(S) + n(P).
Efter første ækvivalenspunkt bliver den anden proton på hver fosforsyre neutraliseret, og når der netop er tilsat en mængde OH- så alle dihydrogenfosfationer er omdannet til monohydrogenfosfationer er vi nået til det andet ækvivalenspunkt. Regnet i stofmængde er der derfor ekstra blevet neutraliseret netop 1 proton pr. fosforsyre : n(OH-)2 - (OH-)1 = n(P). Kurvestykket fra 1.76 ml til 2.46 ml svarer jo til H2PO4- + OH- ® HPO42- + H2O. I den resulterende opløsning har vi altså sulfationer og monohydrogenfosfationer og natriumioner. pH i en sådan opløsning er styret af monohydrogenfosfationerne og må ligge mellem 7.2 og 12.3 (som er fosforsyrens pK3 ). Ved det andet ækvivalenspunkt obsereres pH til at ligge omkring 9.5, så observation og overslagsberegning stemmer godt overens. Altså: ved andet ækvivalenspunkt er n(OH-)2 = 2.46 mmol = 2n(S) + 2n(P).
Af de to stofmængde ligninger får vi, at n(P) = 0.70 mmol og at n(S) = 0.53 mmol .
Disse to mængder blev fundet i en portion på 38.4 mg B.
De to ækvivalentvægte fås derfor som (38.4/0.70 = 54.9) g B / mol P og (38.4/0.53 = 72.5) g B / mol S.
Det giver (72.5 / 54.9 = 1.32) mol P / mol S, svarende til et stof der indeholder 4.0 mol P pr 3.0 mol S.
Sumformlen er da P4S3Oz og skal have en samlet molarmasse på (54.9*4.0 = 219.6) g/mol eller (72.5*3.0 = 217.7) g/mol. Antallet af oxygenatomer i formlen for stoffet z kan findes af 219 = 4*31 + 3*32 + z*16 = 220 + z*16. Det betyder, at z = 0. Der er ikke oxygen i formlen og sumformeln for B er P4S3.
(Læg i øvrigt mærke til at P4 enheden fra hvidt fosfor er bibeholdt lige som vi finder det i fosfors oxider).