Файл: KRIVYE_TITROVANIYa_KISLOTNO_OSNVNOE.docx

Кислотно-основное титрование

Аналитическая реакция – нейтрализация кислоты щёлочью или, наоборот, щёлочи кислотой. Эквивалентную точку определяют обычно с помощью цветных индикаторов.

Действие индикаторов

Индикаторами являются слабые органические кислоты или основания, у которых ионная и молекулярная формы имеют различную окраску. Например, фенолфталеин содержит фенольную функциональную группу, метилоранж – ароматическая сульфокислота с функциональной группой SO₃H. Процесс их диссоциации в общем виде можно представить уравнением:

.

Константа диссоциации индикатора определяется уравнением:

.

Концентрации ионной и молекулярной форм в середине области перехода окраски индикатора равны между собой и рН перехода окраски индикатора равен логарифму константы диссоциации:

.

При цвет раствора будет обусловлен окраской ионной формы индикатора и, наоборот, при раствор будет окрашен молекулярной формой индикатора. Поэтому переход окраски происходит в области .

Фенолфталеин является очень слабой кислотой, поэтому он изменяет окраску от бесцветной к малиновой в слабощелочной области, при рН = 8,3 – 10. Метиловый оранжевый – кислота средней силы, изменяет окраску от красной к жёлтой в слабокислой области при рН = 3,7 – 5,1. Лакмус изменяет окраску от красной к синей в нейтральной области при рН около 7.

Кривые титрования

Кривые титрования – графические зависимости концентрации участника реакции, протекающей при титровании от объёма добавленного титранта. Для реакций кислотно-основного взаимодействия показателем концентрации участника реакции является рН раствора.

Различают теоретические и экспериментальные кривые титрования. Теоретический расчёт кривых титрования проводится по уравнению реакции и исходным концентрациям реагирующих веществ. Теоретические кривые титрования нужны для обоснованного выбора индикатора в данном титровании. Экспериментальные кривые титрования получают при измерении какого-либо свойства системы в ходе титрования (ЭДС, электропроводность и т.п.) в зависимости от объёма титранта. Экспериментальные кривые титрования нужны для определения точки эквивалентности.

---

Кривые кислотно-основного титрования позволяют проследить за качественными и количественными изменениями титруемого раствора и выбрать наиболее подходящий индикатор для определения точки эквивалентности (конца титрования).

При построении теоретических кривых титрования рассчитывают рН четырёх основных этапов:

1) до начала титрования;

2) титрование до точки эквивалентности;

3) точка эквивалентности;

4) после точки эквивалентности.

Кривая титрования сильной кислоты щёлочью

Аналитическая реакция – реакция нейтрализации

.

1 этап. В растворе присутствует только сильная кислота, рН раствора определяется её концентрацией:

,

где С_K – нормальная концентрация кислоты.

2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью:

.

рН вычисляется по уравнению:

,

где V_K – объём пробы кислоты, взятый для титрования (аликвота), С_Щ – нормальная концентрация раствора щёлочи, V_Щ – объём раствора щёлочи, добавленного в процессе титрования.

3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щелочи V_Э.

4 этап. Добавление избытка титранта после точки эквивалентности. рН определяется только количеством добавленной щёлочи и вычисляется по уравнению:

.

Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. соляной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.

VNaOH, мл	Система	Расчётная формула	рН
0	0,1 н. раствор HCl		1,00
1	Титрование соляной кислоты.		1,09
5			1,48
7			1,75
9			2,28
9,5			2,59
9,9			3,30
10	NaCl	Точка эквивалентности, VЭ = 10 мл, VΣ = 20 мл	7,00
10,1	Избыток щёлочи		10,70
11			11,68
12			11,96
15			12,30
20			12,52

---

Кривая титрования сильной кислоты щелочью

Точка эквивалентности соответствует объёму титранта 10 мл. Обращает внимание резкий скачок величины рН в этой области. Объём одной капли раствора обычно составляет 0,01-0,02 мл. В области эквивалентной точки при добавлении капли щёлочи рН возрастает на 3-6 единиц. Поэтому эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.

---

Кривая титрования сильного основания кислотой

Аналитическая реакция – реакция нейтрализации

.

1 этап. В растворе присутствует только щёлочь и рН раствора определяется её концентрацией:

.

2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация щелочи кислотой:

.

рН вычисляется по уравнению:

.

3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём кислоты V_Э.

4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной кислоты и вычисляется по уравнению:

.

Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. гидроксида натрия 0,1 н. раствором соляной кислоты.

VNaOH, мл	Система	Расчётная формула	рН
0	0,1 н. раствор NaOH		13,00
1	Титрование гидроксида натрия.		12,91
5			12,52
7			12,25
9			11,72
9,5			11,41
9,9			10,70
10	NaCl	Точка эквивалентности, VЭ = 10 мл, VΣ = 20 мл	7,00
10,1	Избыток кислоты		3,30
11			2,32
12			2,04
15			1,70
20			1,48

---

Кривая титрования сильного основания кислотой

Кривая титрования щёлочи кислотой является зеркальным отражением кривой титрования сильной кислоты щёлочью. Эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.

Кривая титрования слабой одноосновной кислоты щёлочью

1 этап. В растворе присутствует только слабая кислота и рН раствора определяется её концентрацией и константой диссоциации:

.

где С_K – концентрация раствора кислоты, моль/л.

2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью:

.

В результате образуется буферная смесь, состоящая из слабой кислоты, избыток которой присутствует в системе до точки эквивалентности и соли этой кислоты. рН вычисляется по уравнению для кислого буферного раствора:

,

где – концентрация соли слабой кислоты, – остаточная концентрация слабой кислоты, V_K – объём пробы кислоты, взятый для титрования, С_Щ – концентрация раствора щёлочи, V_Щ – объём раствора щёлочи, добавленный в процессе титрования.

3 этап. Точка эквивалентности. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щёлочи V_Э. В системе находится только соль, гидролизующаяся по аниону. рН в точке эквивалентности будет больше 7 и вычисляется по уравнению:

.

Концентрация соли в точке эквивалентности:

,

где ‒ общий объём раствора в точке эквивалентности,

.

4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной щёлочи:

.

Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. уксусной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.

VNaOH, мл	Система	Расчётная формула	рН
0	0,1 н. раствор СН3СООН		2,88
1	Титрование уксусной кислоты.	Образование буферного раствора СН3СООН + СН3COONa:	3,80
5			4,76
7			5,12
9			5,71
9,5			6,03
9,9			6,75
10	Точка эквивалентности, VЭ = 10 мл, VΣ = 20 мл.	Гидролиз соли СН3COONa:	8,88
10,1	Избыток щелочи		10,70
11			11,68
12			11,96
15			12,30
20			12,52

---