§ 129. Вибір індикаторів при титруванні кислотами та основами

Умовою правильного визначення точки еквівалентності є те, щоб різни­ця значень рТ індикатора і рН розчину в точці еквівалентності була як­найменша. Показник титрування індикатора знаходять з довідника, а рН розчину в точці еквівалентності обчислюють за рівнянням реакції.

Вище було сказано (§ 127), що титрувати можна сильну основу сильною кислотою, слабку основу сильною кислотою і сильну основу слабкою кис­лотою. Крім того, можна також титрувати солі слабких кислот і сильних основ та солі слабких основ і сильних кислот. Розглянемо правила вибору індикаторів у різних випадках кислотно-основного титрування.

Титрування сильних основ сильними кислотами. При титруванні сильної основи сильною кислотою в точці еквівалентності утворюється розчин солі сильної основи і сильної кислоти, який має нейтральну реакцію (рН =7).

409

Найкращим індикатором у цьому випадку буде індикатор проміжної сили. Застосування сильних або слабких індикаторів також не призведе до вели­ких помилок, тому що всі індикатори є слабкими кислотами або слабкими основами і для переведення їх в іонну чи молекулярну форму витрачається досить малий надлишок сильної кислоти або лугу. Отже, сильну основу титрують сильною кислотою в присутності слабких, сильних і проміжних індикаторів. Проте треба мати на увазі, що у водних розчинах завжди присутня вугільна кислота (з повітря) і що реакція розчину нейтральної солі (в кінці титрування) завжди буде слабкокислою. Тому краще брати сильні індикатори. Звичайно для титрування сильних кислот сильними ос­новами і навпаки беруть метилоранж.

Індикатори з рТ меншим від 4 і більшим від 10 при титруванні викорис­товувати не можна, тому що при цьому буде велика помилка титрування (див. нижче).

Титрування слабких основ сильними кислотами. Внаслідок титрування слабкої основи сильною кислотою утворюється сіль слабкої основи і силь­ної кислоти. Такі солі у водних розчинах зазнають гідролізу, і реакція розчину буде слабкокислою (рН < 7). Таким чином, при титруванні слаб­ких основ сильними кислотами треба використовувати сильні індикатори. Щоб вибрати індикатор з потрібною величиною рГ, обчислюють рН розчину наприкінці титрування.

Приклад. Вибрати індикатор для титрування 0,1 н. розчину гідроксиду амонію 0,1 н. розчином соляної кислоти. Рівняння реакції:

NH₄OH -f HC1 ї± NH₄C1 -f H₂0.

Наприкінці визначення концентрація розчину хлориду амонію буде в 2 рази менша за початкову концентрацію гідроксиду амонію, внаслідок розведення розчину під час титру­вання, і в нашому випадку становитиме 0,01 н./2 = 0,05 н.

За формулою для обчислення рОН розчину солі слабкої основи і сильної кислоти (див. § 5) знаходимо:

рОН = 7 + 4- • 4,7 + 4" ^]2 °'⁰⁵ = 7 + 2.35 — 0,7 = 8,65,

або

рН= 14 —рОН = 14 —8,65 = 5,35.

З табл. 26 видно, що для титрування гідроксиду амонію соляною кисло­тою найбільш придатний метиловий червоний (рГ = 5).

Титрування сильних основ слабкими кислотами. При взаємодії сильних основ і слабких кислот утворюються солі сильних основ і слабких кислот. Внаслідок гідролізу такої солі реакція розчину буде слабколужною. При титруванні в цьому випадку треба брати слабкий індикатор. Для точного вибору індикатора обчислюють рН розчину в точці еквівалентності.

Приклад. Вибрати індикатор для титрування 0,1 ч. розчину оцтової кислоти 0,1 н. розчином гідроксиду натрію. Рівняння реакції:

NaOH + СН3СООН «± CH₃COONa -f H₂0.

410

Концентрація ацетату натрію дорівнюватиме 0,1/2 = 0,05 н. За формулою для обчис­лення рН розчину солі слабкої кислоти і сильної основи знаходимо:

рН = 7 Ч--І- ■ 4,7 -|- -L lg0,05 = 7 + 2,35-0,7 = 8,65.

З табл. 26 знаходимо, що в цьому випадку найкраще брати фенолфтале­їн ірТ .9).

Титрування солей слабких кислот і сильних основ. Внаслідок взаємодії такої солі з сильною кислотою утворюється вільна слабка кислота. Тому в точці еквівалентності реакція розчину буде слабкокислою: рН •< 7. У цьому випадку для титрування треба брати сильний індикатор рТ •< 7. Для точного вибору індикатора треба обчислити рН розчину в точці екві­валентності .

Приклад. Вибрати індикатор для титрування 0,1 н. розчину бури 0,1 н. розчином соляної кислоти.

Рівняння реакції:

Na₂B₄0₇ -f 2HC1 -f 5H₂0 = 4H₃B0₃ + 2NaCl.

Внаслідок титрування об'єм розчину збільшиться вдвоє. Згідно з рівнянням з одного еквівалента бури утворюється 2 моль борної кислоти. Отже, хоч об'єм у точці еквівалентнос­ті збільшиться вдвоє порівняно з початковим об'ємом, проте концентрація борної кислоти в кінці титрування буде в 2 рази більшою порівняно з концентрацією бури, тобто концентрація борної кислоти в розчині буде 0,1 ЛІ.

За формулою для обчислення рН слабкої кислоти знаходимо рН 0,1 /VI розчину борної кислоти:

рН = -і- pKj - ~y lg С_к = -L . 9,24--^-lg 0,1 =4,62 + 0,5=5,12.

З табл. 26 видно, що в цьому випадку найбільш придатний метиловий червоний (рТ = 5), хоч можна взяти й метилоранж (рТ = 4).

Титрування багатоосновних кислот. Багатоосновні кислоти здебільшого титрують до кислих солей. Так, фосфорну кислоту можна титрувати до одно- або двозаміщеної солі.

Рівняння реакції для першого випадку:

Н₃Р0₄ + NaOH = Н₂0 + NaH₂P0₄.

У цьому випадку рН у точці еквівалентності знаходимо за формулою

РК_{1 +} РК_{2 =} ,2,1+7,2 ^v 2 2

З табл. 26 знаходимо, що для титрування фосфорної кислоти до дигід-рофосфату найбільш придатний метиловий червоний (рГ = 5) або метил­оранж (рТ =4).

Фосфорну кислоту можна титрувати і до двозаміщеного фосфату:

H_sP0₄ + 2NaOH ?± 2Н₂0 + Na₂HP0₄. Знаходимо рН розчину в точці еквівалентності:

_рН=Р«₂ + Р«з ₌ 7,2+ 12,3 ₌ ^

411

З табл. 26 видно, що в цьому випадку придатний індикатор тимолЛггалеїн (рГ = 10).

Титрування солей багатоосновних кислот можна вести до утворення кислих солей або вільної кислоти. Так, карбонат натрію можна титрувати до дикарбонату:

Na₂C0₃ + HC1 = NaHCOg + NaCl.

У точці еквівалентності рН розчину дорівнюватиме:

_пН Р*і + РК, 6,5+10,2

РН = = = 8,35.

З табл. 26 знаходимо, що для титрування найкраще застосовувати фенол­фталеїн (рТ =9).

Карбонат натрію можна відтитрувати також і до вугільної кислоти: Na₂C0₃ + 2HC1 = Н₂С0₃ + 2NaCl.

За формулою обчислення рН слабкої кислоти (див. § 7) знаходимо рН розчину в точці еквівалентності (для 0,05 М розчину Н₂С0₃):

1111 рН = — рК — — lg С_к = — • 6,5 lg 0,05 = 3,25 + 0,65 = 3,90.

З табл. 26 знаходимо, що в цьому випадку треба брати метилоранж (рГ=4).