Кривые титрования. I. Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием (и наоборот).. Пример.

Кривые титрования

Кривые титрования в методе нейтрализации представляют собой графическое изображение изменения рН раствора в процессе титрования в зависимости от количества добавленного титранта. В зависимости от относительной силы кислот и оснований, участвующих в реакции, различают различные случаи титрования, каждый из которых описывается собственной кривой титрования.

До начала титрования значение рН титруемого раствора определяется концентрацией (для сильных кислот и оснований) и константой диссоциации (для слабых кислот и оснований) титруемого раствора; после точки эквивалентности – концентрацией титранта. В промежуточных точках титрования факторы, определяющие рН титруемого раствора, различны и зависят от того, какое вещество титруют.

Особое значение имеет расчет скачка на кривой титрования. Скачок титрования – это резкое изменение рН вблизи точки эквивалентности. Начало скачка соответствует недостатку в 0, 1 % прибавленного титранта (т. е. добавлено 99, 9 % титрата), а конец скачка соответствует избытку добавленного титранта в количестве 0, 1 %. Скачок титрования – наиболее существенная часть кривой титрования, т. к. именно по нему производят выбор индикатора.

Величина и положение (по шкале pH) скачка титрования зависят от силы титруемой кислоты и основания. Чем больше скачок на кривой титрования, тем меньше погрешность титрования, связанная с выбором индикатора.

 

I. Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием (и наоборот).

При построении кривой титрования сильной кислоты щелочью рН в исходном растворе сильной кислоты определяют по формуле pH = - lg с_кисл (для одноосновной кислоты), т. к. в результате полной диссоциации с_кисл = [H⁺].

До точки эквивалентности в растворе будет присутствовать избыток неоттитрованной сильной кислоты, следовательно, избыток H⁺-ионов (рН < 7); за точкой эквивалентности в растворе будет находиться избыток щелочи, т. е. избыток [ OH^-] - ионов (рН > 7).

В точке эквивалентности в растворе существует соль сильной кислоты и сильного основания, которая не подвергается гидролизу, и среда будет нейтральная (рН = 7).

Для расчета избыточного содержания [H⁺]-, [OH^-] -ионов используют формулы, учитывающие разбавление раствора за счет добавления титранта.

В случае титрования одноосновных кислот получают следующие формулы:

  (9)

 

pH = - lg[ H⁺]_изб;                          (10)

 

  (11)

 

pH = 14 - pOH = 14 + lg [OH^-]_изб (12)

 

где с_кисл– нормальная (для одноосновных кислот=молярная) концентрация кислоты, моль/л;

   с_осн – нормальная (для однокислотных оснований=молярная) концентрация основания, моль/л.

Пример.

Построить кривую титрования 10, 0 мл 0, 1 М HСl раствором 0, 1 М NaOH.

Решение:
Расчет кривой титрования начинается с расчета рН исходного титруемого раствора: рН = - lg 0, 1 = 1, 0.

Рассмотрим несколько примеров расчета рН до точки эквивалентности (в растворе присутствует неоттитрованная кислота).

Пусть добавлено 5, 0 мл 0, 1 М NaOH. Концентрация [H⁺] – ионов равна

 

 

pH = -lg [H⁺]_изб = -lg 0, 033 = 1, 5

 

Аналогично рассчитываются любые другие точки на кривой титрования до точки эквивалентности (данные приведены в таблице 2), в том числе и рН в начале скачка на кривой титрования. В этом случае недотитровано 0, 1 % кислоты, т. е. добавлено NaOH на 0, 1 % меньше, чем требуется для полной нейтрализации HCl. Так как концентрации кислоты и щелочи равны, то это означает, что щелочи добавлено 9, 99 мл (10, 0 мл составляет 100 %):

 

    

 

тогда pH = -lg(5 · 10^-5)= 4, 3

 

При рН=7 раствор нейтрализован полностью, по закону эквивалентов соответствующий эквивалентный объем равен: V_экв(NaOH)=10·0, 1/0, 1=10, 0 мл.

Конец скачка рассчитывается для избыточного содержания в растворе NaOH в количестве 0, 1 %, т. е. всего добавлено 10, 01 мл 0, 1 М NaOH. В этом случае

 

 

 

pH = 14 + lg[OH^-]_изб = 14 + lg(5· 10^-5) = 9, 7

 

Аналогично рассчитываются все другие точки на кривой титрования за точкой эквивалентности. Например, добавлено 11, 0 мл 0, 1 М NaOH:

 

 

pH = 14 + lg[OH^-]_изб = 14 + lg(5· 10^-3) = 11, 7

 

Таблица 2.

Расчет кривой титрования 10, 0 мл 0, 1 М HCl раствором 0, 1 М NaOH

№	V(NaOH), мл	[H+], моль/л	[OH-], моль/л	pH
1.	0, 00	0, 100	-	1, 0
2.	2, 50	0, 060	-	1, 2
3.	5, 00	0, 033	-	1, 5
4.	9, 00	5 · 10- 3	-	2, 3
5.	9, 90	5 · 10- 4	-	3, 3
6.	9, 99	5 · 10- 5	-	4, 3
7.	10, 00	1 · 10- 7	1 · 10- 7	7, 0
8.	10, 01	-	5 · 10- 5	9, 7
9.	10, 10	-	5 · 10- 4	10, 7
10.	11, 00	-	5 · 10- 3	11, 7
11.	15, 00	-	0, 02	12, 3

 

Анализ кривой титрования

В начале титрования рН изменяется очень медленно. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким. Величина скачка рН на кривой титрования в данном случае достаточно велика и составляет 5, 4 единицы:

Δ рН = рН конца скачка - рН начала скачка = 9, 7 - 4, 3 = 5, 4.

Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности, которая лежит в нейтральной среде. Величина скачка титрования зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем меньше концентрация реагентов, тем меньше скачок титрования. К уменьшению скачка титрования приводит повышение температуры, т. к. возрастает величина ионного произведения воды (при 80° С скачок составляет, например, 4. 6 единицы).

Рис. 1. Кривая титрования 10, 0 мл 0, 1 М HCl раствором 0, 1 М NaOH

Кривая титрования сильного основания сильной кислотой рассчитывается аналогично, представляя собой зеркальное изображение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием. До точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией неоттитрованной щелочи и рассчитывается по формулам (11, 12). После точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией кислоты, которая будет находиться в избытке, и рассчитывается по формуле (9, 10). В точке эквивалентности раствор нейтрален (рН = 7. 0), по закону эквивалентов V_экв(НСl)=10, 0·0, 1/0, 1=10, 0 мл. Величина скачка и его положение на кривой титрования остаются такими же, какими они были при титровании сильной кислоты сильным основанием.

Расчетные данные кривой титрования 10, 0 мл 0, 1 М NaOH раствором 0, 1 М HCl приведены в таблице 3.

Таким образом, в случае титрования сильной кислоты щелочью и наоборот можно из двух широко используемых индикаторов (фенолфталеина и метилоранжа) использовать оба, т. к. интервалы перехода окраски метилоранжа (3, 1 – 4, 4) и фенолфталеина (8, 3 – 10, 0) попадают в интервал скачка рН на кривой титрования (4, 3 – 9, 7)

 

Таблица 3.

Расчет кривой титрования 10, 0 мл 0, 1 М NaOH раствором 0, 1 М HCl

№	V(HCl), мл	[OH-], моль/л	[H+], моль/л	pH
1.	0, 00	0, 100	-	13, 0
2.	2, 50	0, 060	-	12, 8
3.	5, 00	0, 033	-	12, 5
4.	9, 00	5 · 10- 3	-	11, 7
5.	9, 90	5 · 10- 4	-	10, 7
6.	9, 99	5 · 10- 5	-	9, 7
7.	10, 00	1 · 10- 7	1 · 10- 7	7, 0
8.	10, 01	-	5 · 10- 5	4, 3
9.	10, 10	-	5 · 10- 4	3, 3
10.	11, 00	-	5 · 10- 3	2, 3
11.	15, 00	-	0, 02	1, 7

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: