Метод кислотно-основного титрования

Метод кислотно-основного титрования
В процессе кислотно-основного титрования в титруемом растворе изменяется
концентрация ионов водорода. Это изменение может быть рассчитано и изображено в
виде кривой титрования, построенной в координатах: объем (см3) пошедшего на
титрование раствора – рН раствора. При помощи такого графика и таблицы индикаторов
выбирают индикатор – вещество, при помощи которого определяют конец титрования.
Для расчета кривой титрования нужно прежде всего определить качественный состав
раствора в титровальной колбе для каждого момента титрования и соответственно ему
выбирать расчетное выражение. По мере приливания раствора титранта к раствору
титруемого вещества изменяется качественный и количественный состав раствора в
титровальной колбе. Процесс титрования можно разделить на четыре этапа.
1. До начала титрования в простейшем случае в колбе может находиться раствор
сильного или слабого основания, сильной или слабой кислоты. Из возможных
вариантов титрования:
а) сильная кислота титруется сильным основанием и наоборот;
б) слабая кислота титруется сильным основанием;
в) слабое основание титруется сильной кислотой;
г) слабое основание титруется слабой кислотой и наоборот.
Практически используются первые три случая.
2. Промежуточные моменты, когда в колбе находится раствор смеси кислоты или
основания с их солью. Для варианта а) расчет ведут, не учитывая влияния соли,
которое ничтожно. Для остальных – по расчетным формулам для буферных
растворов.
3. Момент эквивалентности – в колбе находится раствор соли. Для варианта а)
рН=7, а в остальных случаях рН вычисляют по расчетным формулам для
гидролизующихся солей.
4. После момента эквивалентности в колбе – раствор соли и избыток титранта. Расчет
рН ведут. Не учитывая присутствия соли, исходя из концентрации избытка
титранта – основания или кислоты.
По вычисленным данным строят кривую титрования.
Для практических целей наиболее важным участком кривой титрования является «скачок
титрования» - резкое изменение рН вблизи момента эквивалентности. Скачок
титрования условно ограничен двумя точками на кривой титрования: точкой, когда
оттитровано 99,9% вещества, и точкой, когда прибавлено 0.1% избытка титранта.
Величина скачка титрования зависит от концентраций применяемых растворов, силы
кислоты и температуры.
Для фиксирования момента эквивалентности в методе нейтрализации (кислотноосновного титрования) существует несколько способов. Наиболее распространенным
способом определения момента эквивалентности является способ определения с
помощью цветных индикаторов. Теория кислотно-основных индикаторов – одна из
важнейших в методе кислотно-основного титрования. Кислотно-основные индикаторы
характеризуются константой диссоциации, величиной интервала перехода окраски и
показателем титрования (таблицы индикаторов). Нужно научиться правильно выбирать
индикатор ддля каждого случая титрования.
Правило выбора индикатора: желательно, чтобы показатель титрования индикатора
был как можно ближе к значению рН раствора в титровальной колбе в момент
эквивалентности; необходимо, чтобы интервал перехода окраски индикатора
захватывал хотя бы часть скачка титрования.
Методом кислотно-основного титрования в водных растворах можно определить, кроме
кислот и оснований, и другие вещества, реагирующие с кислотами и основаниями в
стехиометрических соотношениях (оксиды, гидролизующиеся соли и др.).
Применение в этом методе неводных растворителей (жидкий аммиак, органические
кислоты, спирты, кетоны и др.) позволяет определять множество таких веществ,
определение которых в водной среде невозможно. Метод неводного титрования находит
всё большее практическое применение.
Пример расчета рН при кислотно-основном титровании.
Задание. Рассчитать рН раствора, полученного при титровании, когда к 20 мл 0,2 М
раствора HCl прилито следующее количество 0,2 М раствора NaOH: а) 17 мл; б) 20 мл; в)
21 мл
а) найти концентрацию ионов водорода Н+ в растворе после приливания раствора
гидроксида натрия к раствору соляной кислоты
Концентрация соляной кислоты в полученном растворе:
0,2 ∙ 0.020 – 0,2 ∙ 0.017
СНCl = ---------------------------------- = 0.0176 моль/л
( 20 + 17) ∙ 10-3
СН+= 0.0176 моль/л
Дальнейший расчет можно провести двумя способами.
1 способ. рН = - lg[H+] = - lg 0,0176 = 1,75
2 способ. Вычислить концентрации всех ионов в растворе (без учета взаимодействия Н+и
ОН-):
0,017 ∙ 0,2
СNa+ = ------------------ = 0,0919 моль/л
( 20 + 17) ∙ 10-3
COH- = 0,0919 моль/л
ССl-
0,020 ∙ 0,2
= ----------------- = 0,1100 моль/л
( 20 + 17) ∙ 10-3
СН+ = 0.1100 моль/л
После взаимодействия Н+и ОН-:
СН+ = 0,1100 - 0,0919 = 0.0181 моль/л
I = 1/2∑cizi 2= ½(0,0919∙12 + 0,11∙12 + 0,0181∙12) = 0,11
aH+ = f∙[H+] = 0,8∙0,0181 = 0,0145
pH = - lg[aH+] = 1,84
б) раствор нейтрален, рН = 7
в) Так как прилито большее количество гидроксида натрия, то рассчитаем концентрацию
ионов ОН- в растворе после сливания кислоты и щелочи
Концентрация гидроксида натрия в полученном растворе:
0,021 ∙ 0.2 – 0,020∙ 0.2
С NaOH = --------------------------------- = 0,0049 моль/л
( 21 + 20) ∙ 10-3
СОН- = 0,0049 моль/л
Концентрация всех ионов в растворе:
0,021 ∙ 0,2
СNa+ = ------------------ = 0,1020 моль/л
( 21 + 20) ∙ 10-3
0,020 ∙ 0,2
ССl- = ----------------- = 0,09756 моль/л
( 21 + 20) ∙ 10-3
СОН- = 0,0049 моль/л
I = 1/2∑cizi 2= ½(0,1020∙12 + 0,09756∙12 + 0,0049∙12) = 0,10223
аОH- = f∙[ОH-] = 0,8∙0,0049 = 0,00392
рОН = - lg[аОH-] = - lg0,00392 = 2,41
рН = 14 – рОН = 14 – 2,41 = 11,59
По полученным таким образом значениям рН можно построить кривую титрования в
координатах: рН- Vтитранта, подобрать индикатор.