Титрование слабой кислоты сильным основанием.

Кривую титрования слабой кислоты сильным основанием рассчитывают несколько иначе, так как при этом концентрацию ионов Н+ уже нельзя приравнивать к общей концентрации кислоты. Ее приходится вычислять с учетом константы диссоциации кислоты.

В начале титрования в растворе находится только слабая кислота (другими источниками ионов водорода можно пренебречь). В растворе кислоты при степени ее диссоциации менее 5 % концентрацию ионов водорода рассчитывают по формуле

где Кк— константа диссоциации кислоты; ск— концентрация слабой кислоты, моль/л; рКк— показатель константы кислотности: рКк = -lgKK; рск — показатель концентрации кислоты: рск = -lgcK.

При титровании до ТЭ раствор представляет собой буферную смесь (в растворе слабая кислота и соль этой кислоты):

Концентрацию ионов водорода в такой буферной смеси и pH вычисляют по формулам

где Кк — константа диссоциации кислоты; с (К) — концентрация раствора кислоты, моль/л; с(соли) — концентрация соли в титруемом растворе, моль/л; рКк — показатель константы кислотности, рКк = -lgКк.

В ТЭ вся слабая кислота будет нейтрализована, и в растворе будет находиться только продукт ее нейтрализации — соль слабой кислоты и сильного основания (сопряженное основание), подвергающаяся гидролизу; среда становится слабощелочной.

Концентрацию ионов водорода в водных растворах солей слабых кислот и сильных оснований вычисляют по формуле

где Кв— постоянная воды: Кв = 10“14; Кк — константа диссоциации кислоты; с(соли) — концентрация соли, моль/л.

Из формулы (17.7) следует, что значение pH равно

или

где рКв = -lg 10-14 = 14; рКк = -lg Кк.

Выражение (17.8) можно записать в виде

После ТЭ основным источником ионов ОН- будет добавленное сильное основание, pH вычисляют по формуле (17.3)

Пример

Титруемый раствор — 10 мл ОД н. раствора СН3СООН. Титрант — ОД н. раствор NaOH.

Расчеты pH до точки эквивалентности. Исходный раствор уксусной кислоты: рН0 = 0,5рКк - 0,5lg с (К); Кк(СН3СООН) = 1,82 • 10~5.

1. Добавим 5 мл ОД н. раствора NaOH:

Найдем с(К) и с(соли): коэффициент оттитрованное™ равен/ = 5 :10. Следовательно: с(К) = ОД • 0,5 = 0,05 моль/л; с(соли) = c(K)(f-1) = 0,05 моль/л;

2. Добавим 9 мл ОД н. раствора NaOH: / = 9 : 10 = 0,9.

3. Добавим 9,9 мл ОД н. раствора NaOH: / = 9,9 : 10 = 0,99.

4. Добавим 9,99 мл ОД н. раствора NaOH:/= 9,9 :10 = 0,999.

Точка эквивалентности. 5. Добавим 10 мл ОД н. NaOH:/= 10 : 10 = 1.

с (соли) = с0(К).

После точки эквивалентности. 6. Добавим 10,01 мл ОД н. раствора щелочи — избыток щелочи 0,01 мл.

Слабая уксусная кислота посылает в раствор гораздо меньше ионов Н+, чем хлороводородная. Поэтому перед началом титрования pH ОД н. раствора уксусной кислоты приблизительно равен 3, а не 1, как в случае с хлороводородной кислотой. В ходе титрования pH раствора уксусной кислоты все время остается выше, чем при тех же концентрациях хлороводородной кислоты.

Расчеты представлены в табл. 17.4.

Таблица 17.4

Изменение pH раствора при титровании слабой кислоты сильным основанием

Точка

титрования

V(T)

(добавлено

NaOH),

мл

II

N /—S

Я н

Состав раствора

Определяющие pH компоненты

Значение

рн

0

0

0

СН3СООН, Н20

СН3СООН

2,87

1

5

0,50

[СНзСООН]^ [CH3COO-] “

Буферная

смесь

4,74

2

9

0,90

[СН3СООН]_01 [CH3COO-] ’

Буферная

смесь

5,69

3

9,9

0,99

[CH3COOH] [CH3COO ] 5

Буферная

смесь

6,74

4

9,99

0,999

[СН3СООН] _0 001 [CH3COO-]

Буферная

смесь

7,74

5(ТЭ)

10

1,0

СН3СОО-, Н20

СН3СОО-

8,87

6

10,01

1,001

снзсоо-, он-

он-

10,0

Скачок на кривой начинается с более высокого значения pH и находится в щелочной области. Заканчивается он, как и в первом случае, при pH 10, так как титрование производят тем же 0,1 н. раствором гидроксида натрия. Чем слабее титруемая кислота, тем уже скачок на кривой титрования. Получающийся в результате титрования ацетат-ион СН3СОО гидролизуется с образованием некоторого избытка ионов ОН-. В связи с этим при титровании слабой кислоты сильным основанием точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности; в этом случае точка эквивалентности лежит в щелочной области при pH 8,9.

Для титрования слабой кислоты сильным основанием в качестве индикатора используют фенолфталеин. Его показатель титрования (рТ = 9) лежит в пределах скачка pH на кривой и почти совпадает с точкой эквивалентности. Другие индикаторы (метиловый оранжевый, метиловый красный, бромтимоловый синий) не могут быть использованы в этом случае (показатели титрования их не входят в интервал скачка).

Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием представлена на рис. 17.3.

Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием и области перехода индикаторов

Рис. 17.3. Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием и области перехода индикаторов

Интервал скачка pH на ней значительно уже, чем при титровании сильной кислоты. Он простирается от pH 7,74 (при избытке кислоты в 0,1 %) до pH 10 (при избытке щелочи в 0,1 %).

Рассматриваемый случай титрования имеет наибольшее применение в биологии и сельском хозяйстве, так как вытяжки из почв, растительного и животного материала содержат слабые органические кислоты.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >