Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Сущность кислотно-основного титрования. Кривые титрования.

Метод кислотно-основного титрования (метод нейтрализации) – предназначен для определения концентрации кислот, оснований, солей и основан на реакции нейтрализации

 

Н+ + ОН- ↔ Н2О.

 

Реакции кислотно-основного взаимодействия являются реакциями передачи протона от титранта к определяемому веществу или наоборот; характеризуются высокой скоростью и протекают строго стехиометрически.

Так как реакция нейтрализации не сопровождается изменением окраски раствора, точку эквивалентности определяют с помощью индикатора. Но обычно индикаторы меняют окраску не строго в точке эквивалентности, а с некоторым отклонением от неё. Другими словами, конечная точка титрования, (момент, в который происходит изменение окраски индикатора) не совпадает с точкой эквивалентности, а только более или менее соответствует ей. Поэтому даже при правильном выборе индикатора допускается погрешность – так называемая индикаторная ошибка титрования. Неправильный же выбор индикатора может вообще исказить результаты титрования.

Индикаторы, применяемые в кислотно-основном титровании: кислотно-основные индикаторы, например, метиловый оранжевый, фенолфталеин и др.

Титранты кислотно-основного титрования: растворы сильных кислот при определении концентрации оснований, растворы щелочей при определении концентрации кислот.

Стандартные вещества: карбонат натрия Na2CO3, тетраборат натрия Na2B4O7∙10H2O для установления титра или нормальной концентрации (стандартизации) кислот. Щавелевая кислота Н2С2О4·2Н2О – для стандартизации щелочей.

Определяемые вещества: сильные и слабые кислоты; сильные и слабые основания; соли, подвергающиеся гидролизу.



Виды кислотно-основного титрования:

- титрование сильной кислоты сильным основанием или наоборот;

- титрование слабой кислоты сильным основанием;

- титрование слабого основания сильной кислотой.

Для правильного титрования, и, следовательно, получения верных результатов, необходимо правильно подобрать индикатор. Для этого следует знать:

- теорию индикаторов;

- как меняется рН раствора в колбе в ходе титрования, каково значение рН в точке эквивалентности и вблизи неё?

Для ответа на эти вопросы строят кривые титрования.

Кривая титрования – это график зависимости рН среды в колбе от объема добавленного титранта. Кривая титрования характеризуется точкой эквивалентности, точкой нейтральности, скачком титрования, линией нейтральности.

Линия нейтральности – прямая, параллельная оси абсцисс и пересекающая ось ординат при рН = 7.

Точка нейтральности – точка пересечения кривой титрования с линией нейтральности.

Скачок титрования – участок резкого изменения рН.

Титрование сильной кислоты сильным основанием (или наоборот). Расчет и построение кривой титрования. Для построения кривой титрования рассчитаем значения рН в точке эквивалентности и вблизи неё (когда добавлено титранта 0%, 90%, 99%, 99,9%, 100%, 100,1%, 101%, 110%, 200% от количества, необходимого для полной нейтрализации раствора в колбе) при титровании 10 мл 0,1н. раствора соляной кислоты 0,1н. раствором гидроксида натрия.

 

НСI + NaOH ↔ NaCI + H2O

 

По условию в колбе 10 мл 0,1н. раствор НСI, следовательно, в бюретке 0,1н. раствор NaOH.

По закону эквивалентов:

 

С(HCl) ∙V(HCl)=C(NaOH) ∙V(NaOH)

 

Следовательно, для полной нейтрализации 10 мл 0,1н. раствора НСI потребуется 10 мл 0,1н. раствора NaOH. По мере добавления к раствору кислоты, находящемуся в колбе, из бюретки раствора щелочи будет происходить постепенная нейтрализация соляной кислоты, причем НСI = NaOH.

Объем добавленного титранта, в нашем случае объем добавленной щелочи, рассчитываем по формуле:

, (35)

 

где ω – процент добавленного титранта.

Концентрация кислоты в колбе в процессе титрования будет меняться:

 

, (36)

 

(37)

 

Точка №1: добавлено 0% NaOH, т.е. 0 мл. Концентрацию ионов Н+ в колбе рассчитываем по формуле (8), значение рН – по формуле (5):

 

[H+] = CHCI = 0,1 = 10-1,

 

рН = -lg[H+] = -lg10-1 = 1

 

Точка №2:добавлено 90% от объема щелочи, необходимого для нейтрализации кислоты. Объем добавленной щелочи рассчитываем по формуле (35):

,

 

,

 

,

 

,

 

моль/л,

 

Аналогично рассчитываются точки №№ 3,4.

Точка №5точка эквивалентности, так как добавлено эквивалентное количество щелочи (100%). Вся кислота в колбе оттитрована:

НСI + NaOH ↔ NaCI + H2O

 

В колбе находится раствор хлорида натрия. Данная соль гидролизу не подвергается. Как рассчитать рН? Концентрация ионов Н+ определяется диссоциацией воды:

Н2О ↔ Н+ + ОН-

 

Из формулы ионного произведения воды

 

[H+]·[OH-] = 10-14

следует:

[H+] = [OH-] = ,

pH = - lg [H+] = - lg 10-7 = 7.

 

Таким образом, при титровании сильной кислоты сильным основанием (или наоборот) точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности.

Точка №6:теоретически продолжаем титрование, чтобы построить график и подобрать индикатор. Добавляем 100,1% от необходимого объема щелочи, следовательно, в колбе избыток щелочи.

 

,

.

 

Находим концентрацию щелочи в колбе по формуле:

 

, (38)

.

 

Концентрацию гидроксид-ионов рассчитываем по формуле (12), для расчета концентрации ионов Н+ в щелочном растворе используем формулу (4):

моль/л,

моль/л,

.

Аналогично рассчитывают точки №№ 7,8,9. Данные расчетов заносим в таблицу.

Далее строим график зависимости: рН = f (Vтитранта, %). На графике отмечаем точку эквивалентности, скачок титрования, линию нейтральности.

 

№ точки Добавлено щелочи От-титро-вано к-ты, мл Vост. к-ты, мл Хар-р среды р-ра в колбе [H+] рН
  % мл            
кислая C = 0,1 н. 10-1
кислая C = 0,01н. 10-2
9,9 9,9 0,1 кислая С = 0,001н. 10-3
99,9 9,99 9,99 0,01 кислая С = 0,0001н. 10-4
нейтр. определяется диссоциацией воды [H+]·[OH-] = 10-14 10-7
        Vизб. щелочи, мл      
100,1 10,01 0,01 щелоч C = 0,0001н. 10-10
10,1 0,1 щелоч С = 0,001н. 10-11
щелоч С = 0,01н. 10-12
щелоч С = 0,1н. 10-13

 

 

 

График: Титрование сильной кислоты сильным основанием.

Следует отметить, что при титровании сильного основания сильной кислотой рН раствора в колбе будет меняться в обратном направлении, то есть от 14 до 0.

Выбор индикатора. Каждый индикатор изменяет свою окраску в определенном диапазоне значений рН – это так называемая область перехода. Показатель титрования индикатора (рТ) – это значение рН, при котором наблюдатель отчетливо отмечает изменение окраски раствора и признает титрование оконченным. Индикатор подбирают таким образом, чтобы его показатель титрования рТ был как можно ближе к значению рН в точке эквивалентности.

Для нашего случая (см. Приложение VII) подойдут следующие индикаторы: метиловый оранжевый, метиловый красный, лакмус, фенолфталеин.

Титрование слабой кислоты сильным основанием.В качестве примера рассмотрим титрование уксусной кислоты гидроксидом натрия:

 

СН3СООН + NaOH → СН3СООNa + Н2О

 

Ацетат натрия подвергается гидролизу:

 

СН3СОО- + Н2О → СН3СООН + ОН-.

 

В результате образования некоторого избытка гидроксид-ионов точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности, а лежит в щелочной области. Следовательно, имеет место сужение скачка титрования в кислотной области. Для данного вида кислотно-основного титрования подходит индикатор фенолфталеин.

Титрование слабого основания сильной кислотой.В качестве примера рассмотрим титрование гидроксида аммония соляной кислотой:

 

NH4OH + HCI → NH4CI + H2O

 

Хлорид аммония подвергается гидролизу:

 

NH4+ + H2O → NH4OH + H+

 

В результате образования некоторого избытка ионов Н+ точка эквивалентности лежит в кислотной области. Следовательно, имеет место сужение скачка титрования в щелочной области. Для данного вида кислотно-основного титрования подходят индикаторы метиловый оранжевый, метиловый красный.

Титрование слабой кислоты слабым основанием (и наоборот)невозможно, так как наблюдается сужение скачка титрования и в кислотной, и щелочной области. Скачок титрования исчезает на кривой титрования. Следовательно, не может быть резкого изменения окраски индикатора.

Индикаторы кислотно-основного титрования.Ионная теория индикаторов.Индикаторы в методе кислотно-основного титрования представляют собой слабые органические кислоты НInd или слабые органические основания IndOH, у которых молекулярная и ионная формы имеют различную окраску.

Примером кислотного индикатора НInd является фенолфталеин, его молекулы бесцветны, а анионы Ind- имеют малиновую окраску. Согласно ионной теории индикаторов изменение цвета индикатора вызывается смещением равновесия в уравнении диссоциации:

 

НInd ↔ H+ + Ind-

бесцветная малиновая

 

Если к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить немного щелочи, ионы ОН- будут связывать ионы Н+ с образованием слабого электролита Н2О и равновесие смещается в сторону образования анионов Ind-, раствор окрасится в малиновый цвет. Если же добавить к раствору фенолфталеина немного кислоты, то повышение концентрации протонов вызовет смещение равновесия в сторону недиссоциированных молекул индикатора и раствор станет бесцветным.

Ионно-хромофорная теория.Молекулы индикаторов содержат хромофоры (носители цветности). Это особые группы атомов с сопряженными двойными связями и неподеленными электронными парами (– N ≡ N –, – N = O, =C=O, = = ).

Изменение окраски индикатора происходит при превращении одних хромофоров в другие у двухцветных индикаторов и при появлении и исчезновении хромофоров у одноцветных индикаторов. Другими словами, кислотно-основные индикаторы могут существовать в двух взаимно переходящих формах, имеющих различную окраску. Переход происходит под действием ионов Н+ или ОН-. На окраску индикаторов оказывают влияние также ауксохромы. Это содержащиеся в их молекулах группы -ОН, –NH2 и их производные ( – ОСН3, –N(CH3)2 и т.п.), которые в отличие от хромофоров не сообщают окраску, а усиливают их действие, повышая интенсивность вызываемой ими окраски.

▼ Индивидуальные задания

Рассчитать значения рН в точке эквивалентности и вблизи нее и построить кривую титрования:

 

№ варианта Условие
20 мл 0,01н. раствора НNO3 0,01н. раствором NaOH
20 мл 0,1н. раствора NaOH 0,1н. раствором НNO3
30 мл 0,01н. раствора НNO3 0,01н. раствором NaOH
30 мл 0,1н. раствора КОН 0,1н. раствором НNO3
40 мл 0,01н. раствора NaOH 0,01н. раствором НСI
40 мл 0,1н. раствора НСI 0,1н. раствором КОН
60 мл 0,1н. раствора НNO3 0,1н. раствором NaOH
60 мл 0,01н. раствора КОН 0,01н. раствором НСI
70 мл 0,01н. раствора НNO3 0,01н. раствором NaOH
70 мл 0,1н. раствора КОН 0,1н. раствором НNO3
80 мл 0,1н. раствора НСI 0,1н. раствором КОН
80 мл 0,01н. раствора КОН 0,01н. раствором НNO3
20 мл 1н. раствора НСI 1н. раствором КОН
20 мл 1н. раствора NaOH 1н. раствором НСI
100 мл 0,01н. раствора НСI 0,01н. раствором NaOH
100 мл 0,1н. раствора NaOH 0,1н. раствором НNO3
10 мл 1н. раствора НNO3 1н. раствором КОН

▲ Обучающие задачи

Задача №1

Титр раствора НСI равен 0,00359 г/мл. Найти молярную концентрацию эквивалента раствора соляной кислоты.

Дано: Решение:

Т(НСI) = 0,00359г/мл

С - ? Э (НCI) =

Ответ: С (НСI) = 0,0984н.

 

Задача №2

Какова молярная концентрация эквивалента и титр раствора щавелевой кислоты (Н2С2О4∙2Н2О), полученного растворением 1,7334 г её в мерной колбе ёмкостью 250 мл?

 

 

Дано: Решение:

m (Н2С2О4 ∙ 2Н2О) = 1,7334г

Vколбы = 250 мл Т (Н2С2О4 ∙ 2Н2О) =

С - ? Т - ?

Э (Н2С2О4 ∙ 2Н2О) =

Ответ: С (Н2С2О4 ∙ 2Н2О) = 0,1100н.

 

Задача №3

На титрование 20 мл раствора НNO3 израсходовано 18,25 мл 0,1103н. раствора NaOH. Вычислить молярную концентрацию эквивалента раствора НNO3.

Дано: Решение:

V(НNO3) = 20мл С(НNO3) · V(HNO3) = C(NaOH) ∙ V(NaOH)

С(NaOH) = 18,25мл

С(NaOH) = 0,1103н.

С (НNO3) - ?

Ответ: С(НNO3) = 0,1007н.

Задача №4

Вычислить нормальность и титр соляной кислоты, если на титрование 10,0 мл раствора Na2CO3, полученного растворением навески 0,4993г в мерной колбе ёмкостью 100мл, расходуется 11,2 мл раствора НСI.

Дано: Решение:

m(Na2CO3)=0,4993г С(НСI) ∙ V (HCI) = C(Na2CO3) ∙ V(Na2CO3)

Vколбы = 100 мл

V(Na2CO3) = 10,0 мл

V(HCI) = 11,2 мл

С(НСI) - ?

Т(НСI) - ?

Э(НСI) = М = 36,5 г/моль

Ответ: С(НСI) = 0,0841н., Т(НСI) = 0,00307 г/мл.

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

1. Титр раствора азотной кислоты равен 0,00609 г/мл. Найти молярную концентрацию эквивалента кислоты. Ответ: 0,0967н.

2. Рассчитать величину навески Н2С2О4∙2Н2О для приготовления 100мл 0,1н. раствора. Ответ: 0,63г.

3. Какова молярная концентрация эквивалента и титр раствора Na2CO3, полученного растворением: а) навески 1,0678г в мерной колбе емкостью 200 мл; б) навески 0,4968г в мерной колбе емкостью 100 мл; в) навески 0,5265г в мерной колбе емкостью 100 мл? Ответы: а) Т = 0,00534 г/мл, С = 0,1008н; б) Т = 0,00497 г/мл, С = 0,0938н; в) Т = 0,00527 г/мл, С = 0,0994 н.

4. На титрование 10,00 мл раствора NaOH израсходовано 9,15 мл 0,0981н. раствора НСI. Вычислить молярную концентрацию эквивалента гидроксида натрия. Ответ: 0,0898н.

5. На титрование 10,00 мл 0,0915н. раствора Na2CO3 израсходовано 10,2 мл раствора НСI. Вычислить молярную концентрацию эквивалента раствора HCI. Ответ: 0,0897н.

6. На титрование 10,00 мл 0,1041н. раствора Na2CO3 израсходовано 8,9 мл раствора НСI. Вычислить нормальность раствора HCI. Ответ: 0,1170н.

7. На титрование 10,00 мл раствора NaOH израсходовано 8,75 мл 0,1055н. раствора НСI. Вычислить молярную концентрацию эквивалента NaOH. Ответ: 0,0923н.

8. Какой объем 0,0965н. раствора NaOH пойдет на титрование 10 мл 0,1105н раствора НСI? Ответ: 11,45 мл.

9. Какой объем 0,0991н раствора НСI пойдет на титрование 10 мл 0,1025н раствора NaOH? Ответ: 10,34 мл.

10. Вычислить нормальность и титр раствора соляной кислоты, если на титрование 20,00 мл раствора Na2CO3, полученного растворением навески 0,9985г в мерной колбе емкостью 200 мл, расходуется 24 мл раствора НСI. Ответ: С = 0,0785н., Т = 0,00287 г/мл.

11. Вычислить нормальность раствора НСI, если на титрование 10,00 мл раствора Na2CO3, полученного растворением навески 0,5502г в мерной колбе емкостью 100 мл, расходуется 9,75 мл раствора НСI. Ответ: С = 0,1065н.

 

 

? Контрольные вопросы

1. Сущность титриметрического анализа. Что такое титрование, точка эквивалентности? Способы установления точки эквивалентности.

2. Способы выражения концентрации растворов в титриметрическом анализе. Приведите соответствующие формулы.

3. Что лежит в основе классификации методов титриметрического анализа. Кратко охарактеризуйте каждый метод. Применение титриметрического анализа.

4. Стандартные и стандартизированные растворы. Требования, предъявляемые к стандартным веществам. Стандартные и стандартизированные растворы в кислотно-основном титровании. Приведите примеры. Формулы расчета массы вещества для приготовления стандартного раствора, расчета титра и нормальной концентрации стандартного раствора, расчета концентрации стандартизированного раствора.

5. Сущность кислотно-основного титрования. Что такое точка эквивалентности? В какой области значений рН лежит точка эквивалентности при титровании: а) сильной кислоты сильным основанием (или наоборот); б) слабой кислоты сильным основанием; в) слабого основания сильной кислотой? Привести примеры и объяснить. Объяснить, возможно ли титрование слабой кислоты слабым основанием.

6. Выбор индикатора в кислотно-основном титровании. Что такое область перехода и показатель титрования индикатора? Ионная теория индикаторов на примере фенолфталеина.

7. Ионно-хромофорная теория индикаторов. Понятие о хромофорах и ауксохромах.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.