Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием

Для сравнения построим теперь кривую титрования 100 мл 0, 1 М раствора CH₃COOH 0, 1 М раствором NaOH.

1. Добавлено 0 мл раствора NaOH.

рН=1/2pК _к-ты – 1/2lgC _к-ты

рН=1/2·4, 76 – 1/2·lg0, 1 = 2, 38 + 0, 5=2, 88

2. Добавлено 50 мл раствора NaOH. Половина кислоты нейтрализована и переведена в соль – ацетат натрия. Эта смесь – буферный раствор.

рН = pК_к-ты – lg

рН = 4, 76

3. Добавлено 90 мл раствора NaOH

рН = 4, 76 – lg10/90 ≈ 5, 7

4. Добавлено 99 мл раствора NaOH

рН = 4, 76 – lg9/99 ≈ 6, 7

5. Добавлено 99, 9 мл раствора NaOH

рН = 7, 76

6. Точка эквивалентности – добавлено 100 мл раствора NaOH. В растворе находится только соль CH₃COONa, которая гидролизует по аниону:

CH₃COO^–+HOH ó CH₃COOH+OH^–

рН =7 + 1/2pК_к-ты + 1/2·lgС_соли

рН = 7 + 1/2·4, 76 + 1/2·lg0, 1 = 8, 88

7. Добавлено 100, 1 мл раствора NaOH, т.е. избыток 0, 1 мл щелочи. Если пренебречь реакцией гидролиза, равновесие которой будет смещаться влево в щелочной среде, то расчет ведем по сильной щелочи. Пересчитаем ее концентрацию:

0, 1·0, 1 = 100·х

х = [OH^–] = 10^–4моль/л

рОН = 4, рН = 10

8. Добавлено 101 мл раствора NaOH

рН = 11

9. Добавлено 110 мл раствора NaOH

рН = 12

Графическое отображение расчетов приведено на рис. 12.2.

 

 

Рис. 12.2. Кривая титрования 100 мл 0, 1 М CH₃COOH 0, 1 М раствором NaOH

Скачок титрования длится от рН = 7, 76 до рН = 10. Точка эквивалентности – при рН = 8, 88. Т.е. точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности. Скачок титрования намного меньше, чем для сильной кислоты, он составляет всего 2, 3 единицы рН вместо 6.

Величина скачка титрования на кривых титрования зависит от:

1. Концентрации титруемого раствора. Чем она меньше, тем меньше скачок титрования. Именно поэтому практически невозможно оттитровать раствор сильных кислот слабее чем 10^–4 М и растворы слабых кислот слабее чем 10^–2 М.

2. Температура. С изменением температуры изменяется величина K_w. В результате этого с ростом температуры скачок титрования уменьшается.

3. Природа титруемой кислоты (или основания).

С уменьшением константы диссоциации кислоты скачок титрования уменьшается. Практически невозможно зафиксировать скачок титрования меньший, чем 2 единицы рН (это обусловлено величиной интервала перехода индикатора). Следовательно, нельзя оттитровать растворы кислот, имеющие K_к-ты< 10^-7. Это значит невозможно получить отчетливый скачок при титровании H₃BO₃ (K = 5, 6·10^-10), HCO₃^– (K = 2, 2·10^-8).

Борная кислота является очень слабой одноосновной кислотой (рК = 9, 2). Точка эквивалентности лежит в сильно щелочной области, кривая титрования характеризуется слабым перегибом вблизи точки эквивалентности. Вследствие этого прямое титрование борной кислоты раствором щелочи не используют. Однако борная кислота реагирует с некоторыми многоатомными спиртами, образуя комплексные соединения, которые обладают свойствами кислот с константами диссоциации значительно большими, чем константа диссоциации борной кислоты:

 

 

 

Аналогичные рассуждения справедливы и для случая титрований оснований сильными кислотами. Например, нельзя титровать в водных растворах пиридин (K = 1, 5·10^-9).

 

Титрование многоосновных кислот и оснований

Для полипротонных кислот и оснований наблюдается ступенчатая диссоциация многоосновных кислот, и возможно существование 2-х или более скачков титрования. Например, кривая титрования фосфорной кислоты раствором NaOH имеет три скачка, соответствующих достижению трех точек эквивалентности (рис. 12.3).

 

 

Рис. 12.3. Кривая титрования 100 мл 0, 1 М H₃PO₄ 0, 1 М раствором NaOH

Рассмотрим двухосновную кислоту Н₂А, ступенчатая диссоциация которой характеризуется константами К₁ и К₂:

H₂A ó H⁺ + HA^–

HA^– ó H⁺ + A^2–

Кривые титрования солей

Рассчитаем и построим кривую титрования 100 мл 0, 1 М раствора Na₂CO₃ 0, 1 М раствором HCl.

1. Добавлено 0 мл раствора HCl

pH = 7 + 1/2·10, 32 – 1/2·lg0, 1 = 11, 66

2. Добавлено 50 мл раствора HCl. В растворе присутствует смесь Na₂CO₃+NaHCO₃ в равных концентрациях (буферная смесь).

pH = pK_к-ты– lgC_к-ты/C_соли = 10, 32

3. Добавлено 90 мл раствора HCl

рН = 10, 32 – lg 90/10 = 9, 32

4. Добавлено 99 мл раствора HCl

рН = 10, 32 – lg 99/1 = 8, 32

5. Первая точка эквивалентности – добавлено 100 мл раствора HCl

В растворе присутствует только гидрокарбонат натрия – кислая соль.

6. Добавлено 110 мл раствора HCl. В растворе присутствует буферная смесь – угольная кислота и гидрокарбонат натрия.

pH = 6, 35 – lg 10/90 = 7, 30

7. Добавлено 150 мл раствора HCl

pH = 6, 35 – lg 50/50 = 6, 35

8. Добавлено 190 мл раствора HCl

pH = 5, 35

9. Вторая точка эквивалентности – добавлено 200 мл раствора HCl. В растворе присутствует слабая угольная кислота.

pH = 1/2·pK_к-ты – 1/2·lgC_к-ты = 1/2·6, 35 – 1/2·lg0, 1 = 3, 65

10. Добавлено 201мл раствора HCl

1мл·0, 1М = 100мл·х

х = 10^-3моль/л рН = 3

11. Добавлено 210 мл раствора HCl рН = 2

Кривая титрования имеет два достаточно четко выраженных скачка, соответствующих первой и второй точкам эквивалентности (рис. 12.4.).

 

 

V(HCl), мл

 

Рис. 12.4. Кривая титрования 100 мл 0, 1 М Na₂CO₃ 0, 1 М раствором HCl

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: