Кривые титрования

В процессе кислотно-основного титрования происходит изменение концентрации ионов водорода и соответственно рН раствора.

Графическое изображение зависимости рН от объёма добавляемого рабочего раствора (или от степени нейтрализации анализируемого раствора) называется кривой титрования.

1. Нейтрализация сильной кислоты сильным основанием

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

В начале титрования добавление небольшого количества щелочи не оказывает влияние на рН раствора. По мере приближения к точке эквивалентности увеличение рН идет более быстро. Добавление последней капли рабочего раствора приводит к резкому изменению рН титруемого раствора и изменению цвета индикатора.

Резкое изменение рН раствора вблизи точки эквивалентности называется скачком титрования. Середина скачка титрования соответствует точке эквивалентности.

В данном случае рН в точке эквивалентности будет нейтральной, т.к. образующаяся в результате реакции нейтрализации соль не подвергается гидролизу.

Следовательно, при титровании сильных кислот сильными основаниями (и наоборот) можно применять индикаторы, интервал перемены окраски которых от 4 до 10 (метиловый красный, метиловый оранжевый, фенолфталеин и др.). Наиболее подходящим будет тот, у которого рТ=7.

Однако необходимо учесть, что присутствие растворимого оксида углерода (IV) в растворе смещает рН точки эквивалентности в кислую среду, поэтому обычно применяют метиловый оранжевый (рТ=4). Довольно значительное отклонение рТ данного индикатора от рН в точке эквивалентности в данном случае не имеет значения, т.к. для изменения окраски индикатора необходимо прилить к раствору очень малый (менее 1 капли) избыток рабочего раствора.

2. Нейтрализация слабой кислоты сильным основанием (и наоборот)

СН₃СООН + NaOH = CH₃COONa + Н₂O

В точке эквивалентности реакция среды будет щелочной вследствие гидролиза образующейся соли:

СН₃СООˉ + Н₂O = СН₃СООН + ОНˉ

Скачок титрования находится в пределах рН от 7.8 до 10, а точка эквивалентности примерно при рН = 8.9, поэтому следует применять индикаторы, изменяющие окраску при рН > 7, например, фенолфталеин, у которого рТ = 9.

3. Нейтрализация слабого основания сильной кислотой (и наоборот)

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + Н₂O

В точке эквивалентности реакция среды будет кислой, вследствие гидролиза образующейся соли:

NH₄⁺ + Н₂O = NH₄OH + H⁺

Скачок титрования находится в пределах рН от 4.0 до 6.2, а точка эквивалентности при рН = 5.1. Поэтому следует применять индикаторы, изменяющие окраску при рН < 7, например, метиловые оранжевый или красный. Таким образом, при выборе индикатора в методе нейтрализации необходимо учитывать следующее:

· индикатор должен изменять свой цвет при значениях рН близких к точке эквивалентности;

· переход цвета индикатора должен быть удобен для зрительного восприятия (порядок титрования). Например, фенолфталеин удобно использовать при титровании кислоты щелочью, т.к. при этом бесцветная окраска индикатора сменяется на малиновую.

Лабораторная работа №1. Приготовление раствора H₂SO₄ с С(½H₂SO₄) = 0.1 моль/л

Исходный раствор H₂SO₄ имеет:

ρ (плотность) = _____г/мл (найдена с помощью ареометра);

ω(массовая доля) = _____% (см. приложение 1);

а) расчет массы навески безводной H₂SO₄, необходимой для приготовления раствора с С(½H₂SО₄) = 0,1моль/л объемом 0,2 л; M(H₂S0₄)= 98 г/моль;

m(H₂SО₄) = С(½H₂SО₄) × V(H₂SО₄) × М(½H₂SО₄) = …(г),

где М(½H₂SО₄) = ½ × М(H₂SО₄).

б) расчет массы навески раствора H₂SO₄c ω(%) = …

m(H₂SО₄) × 100

m´(р-раH₂SО₄) = ——————— = …_(г).

в) расчет объема раствора H₂SO₄ с ρ = … г/мл.

m´(р-раH₂SО₄)

V(р-ра H₂SО₄) = ——————— =_… (мл).

ρ (р-раH₂SО₄)

Примечание: m и m' рассчитывают с точностью до сотых долей единицы; V(H₂SO₄) – c точностью до сотых долей, затем округляют до десятых.

Приготовление раствора. Рассчитанный объем раствора H₂SO₄ отмеряют при помощи мерного цилиндра (или бюретки), осторожно вливают в мерную колбу, затем доливают до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Окончание работы. Раствор из колбы переливают в бутылочку, на этикетке пишут факультет, номер группы, фамилию. Бутылочку с раствором ставят в лабораторный стол, на котором указан номер группы и факультет.

Приложение №1. Плотность и концентрация раствора серной кислоты.

ρ, г/см	1,013	1,027	1,040	1,055	1,069	1,083	1,098	1,112
ω, %

Лабораторная работа 2. Установление концентрации рабочего раствора серной кислоты по стандартному раствору тетрабората натрия Nа₂В₄О₇.

Концентрация рабочего раствора С(1/2 Na₂B₄O₇) =
0.l моль/л. Индикатор-метиловый оранжевый (интервал перемены окраски 3.1–4.4).

Уравнение реакции:

Na₂B₄О₇ + 7Н₂О = 2NaOH + 4Н₃ВО₃

Методика титрования.

Стандартный раствор буры объемом 10 мл, отмеренный пипеткой Мора, титруют раствором серной кислоты в присутствии 1 капли индикатора до появления оранжево-розовой окраски.

Для повышения точности титрования можно использовать "свидетель", который готовят, отмерив в колбу 10 мл воды, 1 каплю кислоты и1 каплю индикатора. Пробу титруют до появления такой же окраски как в колбе-свидетеле. Розовая окраска в конце титрования означает, что в колбе избыток кислоты около 1 капли.

Обработка результатов эксперимента.

Титрование проводят с точностью до сотых долей миллилитра. Из совокупности отдельных результатов отбросьте промахи (сходимость результатов 0,1 мл) и найдите среднее значение из трёх сходящихся результатов.

Расчет молярной концентрации эквивалента серной кислоты по закону эквивалентов:

C(1/2H₂SO₄) = , моль/л

Концентрацию рассчитывают с точностью до трёх значащих цифр. Оформляют работу и сдают преподавателю.

Лабораторная работа 3. Определение концентрации и массы КОН или NaOH в растворе.

Концентрация рабочего раствора серной кислоты устанавливается в предыдущем опыте. Индикатор-метиловый оранжевый.

Уравнение реакции:

H₂SO₄ + 2NaOH = 2H₂O + Na₂SO₄

Методика титрования.

Полученный в мерной колбе исследуемый раствор (задача) доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Объём раствора, равный 10 мл, отмеренный пипеткой Мора, титруют раствором серной кислоты в присутствии 1 капли индикатора до появления оранжево-розового окрашивания. Возможно использование колбы–"свидетеля", приготовленного в предыдущей лабораторной работе.

Обработка результатов эксперимента.

Титрование проводят с точностью до сотых долей миллилитра. Из совокупности результатов выбирают три сходимых результата и рассчитывают средний объём щелочи, пошедший на титрование стандартного раствора.

Расчет концентрации и массы щелочи в исследуемом растворе:

а) по закону эквивалентов:

С (NaOH) = , моль/л

б) m(NaOH) = C(NaOH) × м(NaOH) × V¢(NaOH) × 1000, мг,

где M(NaOH) — молярная масса эквивалента NaOH

V¢ (NaOH) = 0.1 л — объем задачи.

Результаты сдаются преподавателю. Расчеты проводят с точностью до трёхзначащих цифр.