Тема 3.2.1. Кислотно-основное титрование

Диссоциация воды. Ионное произведение воды, рН и рОН. Буферные растворы. Значение рН растворов сильных кислот и оснований.

Методы кислотно-основного титрования. Кривые титрования.

Студент должен:

знать:

• сущность метода кислотно-основного титрования;

• правила выбора индикатора для кислотно-основного титрования;

• рабочие растворы и способы их приготовления;

уметь:

• приготовить рабочий раствор заданной концентрации;

• оттитровать приготовленный рабочий раствор по установочному веществу;

• произвести расчеты титра, нормальной концентрации, поправочного коэффициента.

Кислотно-основное титрование в водных растворах основано на взаимодействии между кислотой и основанием. Поскольку кислотно-основную реакцию называют реакцией нейтрализации, то и метод иногда называют методом нейтрализации.

Если рабочим раствором (титрантом) является раствор кислоты, то метод называют ацидиметрией, если же раствор сильного основания, то – алкалиметрией.

В ацидиметрии в качестве титрантов применяют растворы сильных устойчивых кислот (НClO₄, HCl, HNO₃ и т.д.). Как правило, стандартные растворы всех указанных кислот приготавливают не по точной навеске, а путем стандартизации ранее приготовленных растворов приблизительно необходимой концентрации.

В алкалиметрии в качестве титрантов применяют растворы сильных оснований (КОН, NaOH, Ba(OH)₂).

Стандартизацию приготовленных растворов оснований проводят по дигидрату щавелевой кислоты, бензойной, янтарной кислотам.

Основное требование состоит в том, чтобы они обладали кислотно-основными свойствами в достаточной для аналитических целей мере.

Вычисление водородного и гидроксидного показателя кислот и оснований

Ионное произведение воды:

(при tº=25°C)

[Н⁺] – равновесная концентрация ионов водорода (моль/л)

[Н^-] – равновесная концентрация гидроксида ионов (моль/л)

[Н⁺] > 10^-7 моль/л – кислый раствор

[Н⁺] = 10^-7 моль/л – нейтральный раствор

[Н⁺] < 10^-7 моль/л – щелочной раствор

Водородный показатель рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.

рН = 7 – нейтральный раствор

рН < 7 – кислый раствор

рН > 7 – щелочной раствор

Гидроксидный показатель рОН – отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксид-ионов.

Прологарифмировав уравнения ионного произведения воды и изменив знаки, получаем:

рН + рОН = 14 (при t = 25С).

Вычисления рН и рОН в растворах

Сильные кислоты

В растворах сильных кислот [Н⁺] практически равна концентрации самой кислоты

Пример

Определить рН 0,005М раствора соляной кислоты

моль/л ---------------------------- рН - ?

моль/л

Пример

рН раствора = 4,4. Определить концентрацию сильной кислоты.

рН = 4,4 ----------------------------

моль/л моль/л

Сильные основания (NaOH, KOH и др.)

В сильных основаниях [OH^-] практически равна концентрация основания С_осн.

Пример

Чему равен рН 0,05М раствора NaOH?

моль/л ---------------------------- рН - ?

моль/л

Пример

рН раствора = 8. Чему равна концентрация гидроксидионов в растворе?

рН = 8 ----------------------------

моль/л моль/л

Слабые кислоты (СН₃СООН и др.)

Если раствор мало разбавлен, почти вся кислота находится в виде недиссоциированных молекул. По закону действия масс:

где К_кисл – константа диссоциации кислоты (определяется по таблице).

Формула выведена для одноосновной слабой кислоты.

Для многоосновной слабой кислоты чаще всего принимают во внимание лишь первую ступень диссоциации, если ее константа К₁ превышает более чем в 1000 раз константу диссоциации последующей ступени К₂.

Концентрация ионов водородов в растворе одноосновной слабой кислоты в присутствии ее соли (буферный раствор) определяется по формуле:

Пример

Вычислить концентрацию ионов водорода и рН 0,2N раствора уксусной кислоты. (Для одноосновных кислот и однокислотных оснований . Поэтому нормальная концентрация численно равна молярной.)

моль/л моль/л ---------------------------- [H+] - ? рН - ?

По таблице моль/л

Слабые основания (NH₄OH и др. однокислотных оснований)

В разбавленном растворе основание находится в основном в недиссоциированном виде. По закону действия масс:

Для водного раствора слабого основания в присутствии его соли (буферный раствор) концентрация гидроксидионов равна:

Пример

Вычислить рН раствора NH₄OН

моль/л ---------------------------- рН - ?

моль/л

Пример

Вычислить концентрацию гидроксид ионов и рН раствора аммиака, в 1 л которого содержится 0,5 моль NH₃ и 0,1 моль NH₄Cl.

моль/л моль/л ---------------------------- [OH-] - ? рН - ?

моль/л