Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Интервал перехода окраски некоторых индикаторов.




Индикатор Интервал рНпер.окр. Показатель титрования рТ Изменение окраски
Метиловый оранжевый 3.1-4.4 3.8 розовый/желтый
Фенолфталеин 8.3-10.0 9.1 бесцветный/малиновый
Метиловый красный 4.4-6.2 5.4 красный/желтый
Метиловый фиолетовый 0.0-2.0 1.0 желтый/фиолетовый
Тимоловый синий 1.2-2.8 2.0 розовый/желтый
Ализариновый желтый 10.0-11.8 11.0 желтый/красный
Лакмус 5.0-8.0 6.5 красный/синий

Для того чтобы погрешность титрования была наименьшей, надо чтобы изменение окраски индикатора происходило как можно ближе к точке эквивалентности (т. е. конечная точка титрования как можно больше соответствовала точке эквивалентности).

Неправильный выбор индикатора может исказить результат анализа. Чтобы этого не произошло, необходимо в каждом определении представлять, каким образом происходит изменение рН в процессе титрования, в какой среде лежит точка эквивалентности, как резко изменяется рН вблизи точки эквивалентности. Эти процессы описывают кривые титрования.

При выборе индикатора руководствуются следующим правилом: для титрования можно применять только те индикаторы, показатели титрования которых лежат в пределах скачка рН на кривой титрования, т. е. у правильно выбранного индикатора интервал перехода полностью или частично перекрывается скачком титрования на данной кривой.

Кривые титрования

Кривые титрования в методе нейтрализации представляют собой графическое изображение изменения рН раствора в процессе титрования в зависимости от количества добавленного титранта. В зависимости от относительной силы кислот и оснований, участвующих в реакции, различают различные случаи титрования, каждый из которых описывается собственной кривой титрования.

До начала титрования значение рН титруемого раствора определяется концентрацией (для сильных кислот и оснований) и константой диссоциации (для слабых кислот и оснований) титруемого раствора; после точки эквивалентности – концентрацией титранта. В промежуточных точках титрования факторы, определяющие рН титруемого раствора, различны и зависят от того, какое вещество титруют.

Особое значение имеет расчет скачка на кривой титрования. Скачок титрования – это резкое изменение рН вблизи точки эквивалентности. Начало скачка соответствует недостатку в 0,1 % прибавленного титранта (т. е. добавлено 99,9 % титрата), а конец скачка соответствует избытку добавленного титранта в количестве 0,1 %. Скачок титрования – наиболее существенная часть кривой титрования, т. к. именно по нему производят выбор индикатора.

Величина и положение (по шкале pH) скачка титрования зависят от силы титруемой кислоты и основания. Чем больше скачок на кривой титрования, тем меньше погрешность титрования, связанная с выбором индикатора.

 

I. Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием (и наоборот).

При построении кривой титрования сильной кислоты щелочью рН в исходном растворе сильной кислоты определяют по формуле pH = - lg скисл (для одноосновной кислоты), т.к. в результате полной диссоциации скисл = [H+].

До точки эквивалентности в растворе будет присутствовать избыток неоттитрованной сильной кислоты, следовательно, избыток H+-ионов (рН < 7); за точкой эквивалентности в растворе будет находиться избыток щелочи, т. е. избыток [ OH-] - ионов (рН > 7).

В точке эквивалентности в растворе существует соль сильной кислоты и сильного основания, которая не подвергается гидролизу, и среда будет нейтральная (рН = 7).

Для расчета избыточного содержания [H+]-, [OH-] -ионов используют формулы, учитывающие разбавление раствора за счет добавления титранта.

В случае титрования одноосновных кислот получают следующие формулы:

(9)

 

pH = - lg[ H+]изб; (10)

 

(11)

 

pH = 14 - pOH = 14 + lg [OH-]изб (12)

 

где скисл– нормальная (для одноосновных кислот=молярная) концентрация кислоты, моль/л;

сосн – нормальная (для однокислотных оснований=молярная) концентрация основания, моль/л.

Пример.

Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1 М HСl раствором 0,1 М NaOH.

Решение:
Расчет кривой титрования начинается с расчета рН исходного титруемого раствора: рН = - lg 0,1 = 1,0.

Рассмотрим несколько примеров расчета рН до точки эквивалентности (в растворе присутствует неоттитрованная кислота).

Пусть добавлено 5,0 мл 0,1 М NaOH. Концентрация [H+] – ионов равна

 

 

pH = -lg [H+]изб = -lg 0,033 = 1,5

 

Аналогично рассчитываются любые другие точки на кривой титрования до точки эквивалентности (данные приведены в таблице 2), в том числе и рН в начале скачка на кривой титрования. В этом случае недотитровано 0,1 % кислоты, т. е. добавлено NaOH на 0,1 % меньше, чем требуется для полной нейтрализации HCl. Так как концентрации кислоты и щелочи равны, то это означает, что щелочи добавлено 9,99 мл (10,0 мл составляет 100 %):

 

 

тогда pH = -lg(5 · 10-5)= 4,3

 

При рН=7 раствор нейтрализован полностью, по закону эквивалентов соответствующий эквивалентный объем равен: Vэкв(NaOH)=10·0,1/0,1=10,0 мл.

Конец скачка рассчитывается для избыточного содержания в растворе NaOH в количестве 0,1 %, т. е. всего добавлено 10,01 мл 0,1 М NaOH. В этом случае

 

 

pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg(5· 10-5) = 9,7

 

Аналогично рассчитываются все другие точки на кривой титрования за точкой эквивалентности. Например, добавлено 11,0 мл 0,1 М NaOH:

 

 

pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg(5· 10-3) = 11,7

 

Таблица 2.

Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH

V(NaOH),мл [H+], моль/л [OH-], моль/л pH
1. 0,00 0,100 - 1,0
2. 2,50 0,060 - 1,2
3. 5,00 0,033 - 1,5
4. 9,00 5 · 10- 3 - 2,3
5. 9,90 5 · 10- 4 - 3,3
6. 9,99 5 · 10- 5 - 4,3
7. 10,00 1 · 10- 7 1 · 10- 7 7,0
8. 10,01 - 5 · 10- 5 9,7
9. 10,10 - 5 · 10- 4 10,7
10. 11,00 - 5 · 10- 3 11,7
11. 15,00 - 0,02 12,3

 

Анализ кривой титрования

В начале титрования рН изменяется очень медленно. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким. Величина скачка рН на кривой титрования в данном случае достаточно велика и составляет 5,4 единицы:

ΔрН = рН конца скачка - рН начала скачка = 9,7 - 4,3 = 5,4.

Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности, которая лежит в нейтральной среде. Величина скачка титрования зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем меньше концентрация реагентов, тем меньше скачок титрования. К уменьшению скачка титрования приводит повышение температуры, т. к. возрастает величина ионного произведения воды (при 80° С скачок составляет, например, 4.6 единицы).

Рис.1. Кривая титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH

Кривая титрования сильного основания сильной кислотой рассчитывается аналогично, представляя собой зеркальное изображение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием. До точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией неоттитрованной щелочи и рассчитывается по формулам (11, 12). После точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией кислоты, которая будет находиться в избытке, и рассчитывается по формуле (9, 10). В точке эквивалентности раствор нейтрален (рН = 7.0), по закону эквивалентов Vэкв(НСl)=10,0·0,1/0,1=10,0 мл. Величина скачка и его положение на кривой титрования остаются такими же, какими они были при титровании сильной кислоты сильным основанием.

Расчетные данные кривой титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl приведены в таблице 3.

Таким образом, в случае титрования сильной кислоты щелочью и наоборот можно из двух широко используемых индикаторов (фенолфталеина и метилоранжа) использовать оба, т. к. интервалы перехода окраски метилоранжа (3,1 – 4,4) и фенолфталеина (8,3 – 10,0) попадают в интервал скачка рН на кривой титрования (4,3 – 9,7)

 

Таблица 3.

Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl

V(HCl),мл [OH-], моль/л [H+], моль/л pH
1. 0,00 0,100 - 13,0
2. 2,50 0,060 - 12,8
3. 5,00 0,033 - 12,5
4. 9,00 5 · 10- 3 - 11,7
5. 9,90 5 · 10- 4 - 10,7
6. 9,99 5 · 10- 5 - 9,7
7. 10,00 1 · 10- 7 1 · 10- 7 7,0
8. 10,01 - 5 · 10- 5 4,3
9. 10,10 - 5 · 10- 4 3,3
10. 11,00 - 5 · 10- 3 2,3
11. 15,00 - 0,02 1,7

 





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 1635; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2019 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.009 с.) Главная | Обратная связь