Построение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием

Чтобы построить кривую титрования, нужно знать природу кислоты (например, HCl) и основания (например, NaOH) и их концентрацию (например, 0,1 н HCl и 0,1 н NaOH).

Сильная кислота диссоциирует полностью:

HCl = H⁺ + Cl^–,

поэтому концентрация кислоты равна концентрации катионов водорода:

C_эк(HCl) = [H⁺]

C_эк(HCl) = 0,1 моль/л.

[H⁺] = 0,1 моль/л.

Для нахождения точек на кривой титрования нужно найти величину pH исходного раствора кислоты и значения pH растворов кислоты, в котором раствором основания оттитровано 90%, 99% и 99,9%кислоты (начало скачка титрования). Концентрация кислоты в таких растворах будет в 10, 100 и 1000 раз меньше исходной.

Точка эквивалентности соответствует раствору, в котором нейтрализована вся кислота (100% кислоты). Водородный показатель pH такого раствора равен 7, так как соль, являющаяся продуктом реакции (например, NaCl), гидролизу не подвергается.

Теперь нужно найти значения pH раствора, к которому прибавлен избыток раствора основания (NaOH).

Прибавление 0,1% избытка раствора NaOH соответствует точке конца скачка титрования. Прибавление 1% и 10% избытка раствора основания позволяют получить точки, необходимые для построения кривой титрования.

Для расчета нормальной концентрации раствора кислоты, полученного в каждой точке титрования, можно использовать уравнение:

C_{эк(исх. кислоты)}  u_{(не отт. кислоты)} = C_{эк(не отт. кислоты)}  u_{(исх. кислоты)},

так как масса неоттитрованной кислоты распределяется по всему объему титруемого раствора.

C_{эк(исх. кислоты)} – это молярная концентрация эквивалента исходного раствора кислоты.

u_{(не отт. кислоты)} – это объем раствора кислоты, оставшейся не оттитрованным.

u_{(исх. кислоты)}, - это исходный объем титруемой кислоты.

C_{эк(не отт. кислоты)} – это молярная концентрация эквивалента кислоты, оставшейся не оттитрованной.

Отсюда:

Cэк(не отт. кислоты) =	Cэк(исх. кислоты)  u(не отт. кислоты)
	u(исх. кислоты)

Аналогично, для избытка основания:

Cэк(изб. основания) =	Cэк(исх. основания)  u(изб. основания)
	u(исх. основания)

Результаты расчета кривой титрования 10 см³ 0,1 моль/дм³ раствора хлороводородной кислоты (HCl) 0,1 моль/дм³ раствором гидроксида натрия (NaOH) без учета разбавления раствора в процессе титрования представлены в таблице 10.

Таблица 10

Изменение pH раствора при титровании сильной кислоты сильным основанием

^{Сэк.(НС1) = 0,1 моль/дм3; Сэк.(NaOH)= 0,1 моль/дм}3

№ п/п	u исх. см3 HCl	u титранта. см3 NaOH	u (см3) неоттитр. HCl	u (см3) избытка NaOH	Осталось HCl, Cэк(не отт.) моль/дм3	Оттитровано НСl (%)	Осталось НСl (%)	Cэк(NaOH) избыток моль/дм3	Состав раствора	Формулы для расчета pH	pH раст-вора
1	10,00	0,00	10,00	0,00	10-1	0,00	100%	0,00	HCl, H2O	pH= – lg [H+] pH= – lg 10–1	1
2	10,00	9,00	1,00	0,00	10-2	90%	10%	0,00	HCl, NaCl, H2O	pH= – lg [H+] pH= – lg 10–2	2
3	10,00	9,90	0,10	0,00	10-3	99%	1%	0,00	HCl, NaCl, H2O	pH= – lg [H+] pH= – lg 10–3	3
4	10,00	9,99	0,01	0,00	10-4	99,9%	0,1%	0,00	HCl, NaOH, H2O	pH= – lg [H+] pH= – lg 10–4	4
5	10,00	10,00	0,00	0,00	0,00	100%	0,00	0,00	NaCl, H2O	p H=pOH p H=√Kb pH= √10–14	7
6	10,00	10,01	0,00	0,01	0,00	100%	0%	10-4	NaOH, NaCl, H2O	pOH=–lg[OH-] pOH=–lg10-4=4 pH+pOH=14 pH=14–pOH	10
7	10,00	10,10	0,00	0,01	0,00	100%	0%	10-3	NaOH, NaCl, H2O	pOH=–lg10–3–3 pH=14–3=11	11

На основании полученных данных построена кривая титрования сильной кислоты сильным основанием (рис. 3)

Рис 3 Титрование сильной кислоты сильным основанием

Кривая титрования 0,1 моль/дм³ раствора хлороводородной кислоты (HCl) 0,1 моль/дм³ раствором гидроксида натрия (NaOH).

Скачок на кривой титрования является резким. Резко изменяется pH раствора вблизи точки эквивалентности, резко изменяется окраска индикатора от последней капли щелочи, велик интервал скачка.

Индикатор выбирают на основании следующего правила:

При кислотно – основном титровании пригодны только те индикаторы, область перехода которых совпадает с пределами скачка pH на кривой титрования.

При титровании сильной кислоты сильным основанием можно применять и фенолфталеин (область перехода 8 – 10 pH), и метиловый оранжевый (область перехода 3,1 – 4,4), так как эти показатели совпадают с интервалом скачка на кривой титрования.