9.1. Кислотно-основное титрование

В основе метода лежит реакция, которую в общем виде можно представить как Н⁺ + ОН^– = Н₂О. Этим методом определяют концентрации кислот, щелочей, а также солей, подвергающихся гидролизу. Рабочими растворами из кислот являются соляная и серная, из щелочей – гидроксиды натрия и калия. Концентрации кислот устанавливают по карбонату натрия (Na₂CO₃) или тетраборату натрия (Na₂B₄O₇^.10H₂O). Концентрации щелочей – по щавелевой (Н₂С₂О₄^.2Н₂О) или янтарной (Н₂С₄О₄Н₄) кислотам.

В процессе титрования изменяется рН раствора и на этом основано определение точки эквивалентности. Для ее фиксирования используют кислотно-основные индикаторы. Каждый индикатор меняет свою окраску в некотором узком интервале значений рН, близком к рН в точке эквивалентности. Значение рН, при котором заканчивают титрование с данным индикатором, называется показателем титрования (рТ). Так, для метилового оранжевого область перехода окраски составляет 3,1–4,4 (рТ = 4), для метилового красного – 4,4–6,2 (рТ = 5,5), для лакмуса – 5,0–8,0 (рТ = 7) и для фенолфталеина – 8,0–10,0 (рТ = 9).

Лабораторная работа 7 Приготовление и стандартизация раствора соляной кислоты

Соляная кислота не относится к тем веществам, из которых можно приготовить раствор точно концентрации по навеске. Поэтому сначала готовится раствор кислоты приблизительной концентрации, а точная концентрация устанавливается путем титрования по Na₂CO₃ или по Na₂B₄O₇^.10H₂O.

1. Приготовление раствора соляной кислоты

По формуле С(HCl) =

рассчитывается масса хлороводорода, необходимая для приготовления 1 л раствора кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.

m(HCl) = C(HCl) ^. Mэ(HCl) ^.V(р-ра),

где Mэ(HCl) = 36,5 г/моль;

m(HCl) = 0,1^. 36,5 ^. 1 = 3,65 г.

Поскольку раствор соляной кислоты готовится из концентрированной, необходимо с помощью ареометра измерить ее плотность и по справочнику найти, какому процентному содержанию соответствует кислота такой плотности. Например, плотность () = 1,19 г/мл,  = 37 %, тогда

m(р-ра) = г;

V(р-ра) = m(р-ра)/ = 9,85/1,19 = 8 мл.

Таким образом, для приготовления 1 л раствора HCl, C(HCl) = 0,1 моль/л, отмеривают при помощи цилиндра (объемом 10 ­– 25 мл) или градуированной пробирки около 8 мл соляной кислоты ( = 1,19 г/мл), переносят ее в склянку с дистиллированной водой и доводят раствор до метки. Приготовленный таким образом раствор HCl имеет приблизительную концентрацию ( 0,1 моль/л).

2. Приготовление стандартного раствора карбоната натрия

Рассчитывается навеска карбоната натрия, необходимая для приготовления 100,0 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.

m(Na₂CO₃) = C_э(Na₂CO₃^). Mэ(Na₂CO₃)^. V(р-ра),

где Mэ(Na₂CO₃) = M(Na₂CO₃)/2 = 106/2 = 53 г/моль;

m(Na₂CO₃) = 0,1^.53^.0,1 = 0,53 г.

Предварительно на технических весах взвешивают 0,5–0,6 г Na₂CO₃. Переносят навеску на часовое стекло, заранее взвешенное на аналитических весах, и точно взвешивают стекло с навеской. Навеску переносят через воронку в мерную колбу на 100 мл, добавляют приблизительно до 2/3 объема дистиллированной воды. Содержимое колбы перемешивают осторожными вращательными движениями до полного растворения навески, после чего доводят раствор до метки.

3. Стандартизация раствора соляной кислоты

Для установления точной концентрации соляной кислоты используется приготовленный раствор Na₂CO₃ точной концентрации. Водный раствор карбоната натрия вследствие гидролиза имеет щелочную реакцию среды:

Na₂CO₃ + 2H₂O = 2NaOH + H₂CO₃ (реакция гидролиза);

2NaOH + 2HCl = 2NaCl + 2H₂O;

^{___________________________________________________}

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃ (реакция титрования).

Из суммарного уравнения видно, что в результате реакции в растворе накапливается слабая угольная кислота, определяющая рН в точке эквивалентности:

рН = 1/2 рК₁⁽Н₂СО₃₎– 1/2 lgС(H₂CO₃₎ = 1/2 ^. 6,35 – 1/2lg 0,1 = 3,675.

Для титрования лучше всего подходит метиловый оранжевый.

Бюретку ополаскивают приготовленным раствором HCl и наполняют ее почти доверху раствором соляной кислоты. Затем, подставив под бюретку стакан и приоткрыв зажим, заполняют нижний конец бюретки так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, нижний мениск раствора HCl в бюретке должен находиться на нулевом делении. При отсчете по бюретке (и пипетке) глаз должен быть на уровне мениска.

Ход определения. В колбу для титрования пипеткой отбирают 10,00 мл приготовленного раствора Na₂CO₃, добавляют 1–2 капли метилового оранжевого и титруют раствором HCl до изменения цвета из желтого в оранжево-розовый. Опыт повторяют несколько раз, полученные результаты заносят в таблицу 4, находят средний объем соляной кислоты и рассчитывают ее молярную концентрацию эквивалента, титр и титр по определяемому веществу.

Таблица 4

№ опыта	V Na2CO3, мл	V HCl, мл
1	10
2	10
3	10
Средний результат	10

V_ср(HCl) =(мл);

С(HCl)^.V(HCl) = C_э (Na₂CO₃) ^.V(Na₂CO₃);

C(HCl) =

Т(HCl) = (г/мл);

Т(HCl/NaOH) = (г/мл).