8.3 Криві кислотно-основного титрування

Криві кислотно-основного титрування – це графічна залежність зміни рН розчину у процесі титрування. Для простоти розрахунків припускають, що в усіх випадках об’єм 0,1н розчину при титруванні не змінюється і дорівнює 100 см³. Існують різні випадки кислотно-основного титру­вання, розглянемо найважливіші з них.

Титрування сильної кислоти лугом (або навпаки)

Для прикладу проаналізуємо титрування розчину хлоридної кислоти робочим розчином натрій гідроксиду:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

К

Рисунок 8.1 – Крива титрування 0,1н розчину HCl 0,1н розчином NaOH

рива титрування в цьому випадку має вигляд, зображе­ний на рисунок 8.1. При взаємодії кислоти і лугу утворюється сіль, розчин якої має нейтральну реакцію (рН=7), тому точці еквівалентності на кривій, відповідає точка не вісі ординат з рН=7. Для розрахунку рН у процесі титрування, поки не досягнуто точки еквівалентності, треба враховувати концентрацію розчину невідтитрованої сильної кислоти, а після точки еквівалентності – концентрацію розчину сильної основи, яку добавлено у надлишку.

З рисунок 8.1 видно, що крива титрування біля точки еквівалентності проходить практично перпендикулярно до осі абсцис. Таку різку зміну рН розчину біля точки еквівалентності називають стрибком титрування. При подальшому добавлянні лугу крива титрування знову стає пологою.

Для визначення досягнення точки еквівалентності (кінця титрування) потрібно взяти такий ін­дикатор, який змінював би своє забарвлення в межах стрибка титрування. Оскільки при титруванні сильної кислоти лугом стрибок великий (рН змінюється від 3 до 11), можна вико­ристати будь-який індикатор, інтервал переходу якого лежить у цих межах. Якщо для титрування взяти індикатор з рТ=4, то як видно з кривої розчин буде недотитровано на 0,1%, якщо взяти індикатор з рТ =10 – розчин буде пере титровано на 0,1%. Отже, незважаючи на те, що різниця між рН розчину у точці еквівалентності і рТ індикаторів у обох випадках досить велика (7–4 і 7–10), помилка титрування залишається цілком допустимою. Тому, як зазначалось у розділі 8.2, титрування у цьому разі можна здійснювати у присутності сильних, слабких та проміжних індикаторів.

Титрування слабкої кислоти лугом

Для прикладу роз­глянемо титрування розчину ацетатної кислоти розчином на­трій гідроксиду:

СН₃СООН +NaОН = СН₃СОONa + Н₂O

При взаємодії кислоти з лугом у точці еквівалентності утворюється сіль слабкої кислоти і сильної основи. До точки еквівалентності у розчині буде суміш слабкої кислоти і солі цієї кислоти, тобто буферна суміш (у даному випадку суміш СН₃СООН і СН₃СОONa). Тому, до точки еквівалентності рН треба обчислювати за формулою для обчислення рН буферних сумішей. У точці еквівалентності обчислюють рН розчину солі слабкої кислоти і сильної основи. При добавляння лугу після точки еквівалентності у розчині буде надлишок лугу і рН обчислюють за формулою для сильної основи.

У таблиці 8.2 наводиться рН розчину у процесі титрування. На підставі цих розрахунків побудована крива титрування (рисунок 8.2.). Характер кривої титрування показує, що при титруванні слабкої кислоти лугом не спостерігається різкого стрибка зміни рН. Тому розбіжність між рН точки еквівалентності і рТ індикатора повинна бути мінімальною, інакше отримаємо велику похибку титрування.

Для визначення кінця титрування у цьому випадку можна використати фе­нолфталеїн або тимолфталеїн, оскільки їх інтер­вали переходу відповідають стрибку титрування. Якщо вико­нувати це титрування за наявності метилового оранжевого, то зміна забарвлення настане вже тоді, коли буде відтитровано лише 20% ацетатної кислоти.

Отже, цей індикатор вибрано неправильно.

Таблиця 8.2 – Значення рН розчину для титрування 0,1н ацетатної кислоти 0,1н розчином лугу

Відтитровано кислоти, %	рН розчину	Формула для обчислення рН
0	2,87	pH = 1/2pKк –1/2lgCК
10	3,8	pH = pKк – lg(CК /CС)
20	4,15	Те саме
30	4,37	Те саме
40	4,57	Те саме
50	4,75	Те саме
60	4,93	Те саме
70	5,12	Те саме
80	5,35	Те саме
90	5,70	Те саме
99,0	6,75	Те саме
99,9	7,75	Те саме
100	8,87	рН = 7 + ½ pKк + ½ lgCС
100,01	9	рН = 14 – рОН = 14 + lgCоснови
100,1	10	Те саме
101	11	Те саме
110	12	Те саме