Практическая работа 11. рН-метрическое титрование

Добавление малыми порциями в пробу с неким веществом раствора, который с этим веществом реагирует, с постоянным контролем объёма добавленного раствора называют титрованием. Добавляемый реагент называют титрантом.

Если к раствору, содержащему кислоту по Аррениусу, добавлять сильное основание, то между ними будет происходить кислотно-основная реакция:

HA + OH– = A– + H2O

Врезультате концентрация кислоты уменьшается, концентрация основания увеличивается и значение рН растёт. Когда количество кислоты в пробе сравняется с количеством добавленного основания (точка эквивалентности), значение рН станет определяться только основанием (при титровании сильной кислоты это будет рН = 7, слабой — pH > 7). Когда основание окажется в избытке, значение рН будет расти по мере дальнейшего добавления основания. При этом, поскольку зависимость рН от концентрации ионов H+ (и ОН–) логарифмическая, вокруг точки эквивалентности рН изменяется очень резко (рис. 31) — тем резче, чем сильнее кислота, основание и чем больше их концентрация. По скачку рН и определяют точку эквивалентности. В случае многоосновных кислот скачков будет несколько.

Вточке эквивалентности

C(HA) Ч V(HA) = C(OH–) Ч V(OH–),

где С — молярная аналитическая концентрация, V — объём.

Таким образом, если знать объём пробы кислоты (его можно легко отобрать), объём раствора щёлочи, пошедшей на нейтрализацию (его измеряют), и концентрацию раствора щёлочи (его готовят заранее), можно вычислить концентрацию кислоты.

При объёме, соответствующем половине объёма в точке эквивалентности, концентрации кислоты и сопряжённого ей основания равны. Это значит, что в ней pH = pKa. Поэтому, чтобы определить константу кислотности слабой кислоты, достаточно определить рН посередине между началом титрования и точкой эквивалентности (см. рис. 31). С сильными кислотами этого не проходит, потому что там рН определяется только концентрацией кислоты.

План работы. Титруют кислоту основанием и получают зависимость рН от объёма добавленного основания (кривую рН-метрического титрования). По скачку на кривой определяют точку эквивалентности, из которой рассчитывают концентрацию. По величине рН при объёме титранта, равном половине его объёма в точке эквивалентности, определяют pKa кислоты.

156

щихся результатов, т. е. пока три результата подряд не будут отличаться друг от друга менее чем на 0,2 мл. При

этом шаг вокруг точек эквивалентности желательно уменьшить, а вдали от точек эквивалентности его можно увеличить.

Отчёт о работе. В отчёте приведите кривые титрования, объёмы в точке эквивалентности, значения рН при половинном объёме титранта.

Ввыводе укажите концентрацию кислоты и её рKа.

Яумею титровать рН-метрически

Японимаю что происходит при добавлении щёлочи к кислоте

157

•Напишите уравнение диссоциации серной кислоты H2SO4

•Запишите уравнение реакции CuSO4 + NaOH.

Из таблицы 7 следует, что многооснóвные кислоты диссоциируют по

второй ступени гораздо слабее, чем по первой:

средней силы)

Это значит, что в многооснóвных кислотах можно заместить на металл

не все ионы H+, а только часть. Тогда в терминах теории Аррениуса получится кислая соль. Например, из серной кислоты получается кислый сульфат натрия (он же гидросульфат натрия) NaHSO4.

КИСЛАЯ СОЛЬ (в терминах теории Аррениуса) — вещество способное

диссоциировать с образованием как минимум двух катионов, один из

которых H+

Выполните задание 2 после параграфа.

Из кислых солей хорошо известны питьевая сода NaHCO3 и суперфосфат Ca(H2PO4)2.

В терминах теории Брёнстеда—Лоури анионы кислых солей сами представляют собой кислоты со всеми реакциями кислот соответствующей силы:

NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O

Лабораторный опыт 1. Реакции кислых солей

Проведите реакцию раствора гидросульфата натрия NaHSO4 или калия KHSO4: а) с магнием Mg; б) с оксидом магния MgO.

• Запишите уравнения проведённых реакций.

Кислые соли получаются, например, при реакции основания с многооснóвной кислотой в соответствующем соотношении:

NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

158

Выполните задание 3 после параграфа.

Аналогично многоосновным кислотам многокислотные основания (кроме сильных) тоже диссоциируют ступенчато:

Выполните задание 4 после параграфа.

Почти все переходные металлы могут образовывать основные соли. Многие оснóвные соли нерастворимы, поэтому их устойчивость определя-

ется не только силой соответствующих оснований, но и прочностью кристаллической решётки. Оснóвные соли весьма распространены, и их струк-

тура часто бывает очень сложной.

ОСНОВНАЯ СОЛЬ (в терминах теории Аррениуса) — это вещество в ко- тором с катионами металлов связаны группы OH и в которых присут- ствуют другие анионы.

Проще всего получать оснóвные соли, добавляя недостаток щёлочи к

растворимой соли металла.

Лабораторный опыт 2. Основные хлориды железа

В пробирку налейте раствор хлорида железа FeCl3 на 2—3 см по высоте. Пипеткой добавьте каплю раствора гидроксида натрия NaOH и перемешайте.

• Выпал ли осадок?

Добавляйте раствор гидроксида натрия по каплям до выпадения осадка.

• Сколько капель потребовалось? Что наблюдалось до выпадения осадка?

При добавлении недостатка щёлочи к растворам солей железа(III) сначала образуются тёмно-коричневые растворы оснóвных солей железа(III).

В них могут быть как одноядерные гидроксоионы типа FeOH2+, так и многоядерные, с мостиками Fe—O—Fe.

159

Лабораторный опыт 3. Основные сульфаты меди

В одну пробирку налейте на 1—2 см по высоте раствора гидроксида натрия NaOH и добавьте 5—6 капель раствора сульфата меди CuSO 4. Перемешайте. В

другую пробирку, наоборот, сначала налейте на 1—2 см по высоте сульфата меди и добавьте к нему несколько капель раствора гидроксида натрия. Нагрейте обе пробирки.

•Что наблюдается? Есть ли различие?

Вэтом опыте тот реагент, который наливали в пробирку, находится в избытке. Если в избытке гидроксид натрия, то выпадает сине-голубой осадок гидроксида

меди Cu(OH)2. При нагревании он дегидратируется с образованием оксида меди CuO. Если же в избытке находится сульфат меди, то выпадает основный сульфат, который при нагревании оксида не образует:

Выполните задание 6 после параграфа.

Кислые соли. Основные` соли

1.Что такое кислая соль? Приведите примеры.

2.Отметьте в списке кислые соли: Na2S, H2C2O4, NaHCO3, NaOH, NaH2PO4,

Ca(HCO3)2.

3.Запишите уравнение реакции, по которой можно получить: а) дигидрофосфат калия KH2PO4; б) гидрофосфат калия K2HPO4.

4.Запишите уравнение ступенчатой диссоциации Al(OH)3.

5.Что такое оснóвная соль? Приведите примеры.

6.Среди перечисленных минералов отметьте оснóвные соли: свинцовые бели-

ла Pb3(OH)2(CO3)2, гётит FeO(OH), ортоклаз KAlSi3O8, гидроцинкит Zn5(CO3)2(OH)6.

160

7.Напишите все возможные уравнения реакций между H2SO3 и Ca(OH)2.

8.Напишите уравнение реакции, которая будет протекать при пропускании H2S в раствор K2S.

9.Напишите возможные формулы солей бария и фосфорной кислоты. Назовите их.

10.Назовите соли NaHS, Ca(HCO3)2, KHSO4.

11.Какая масса гидроксида натрия нужна, чтобы из 20 г H2SO4 получить: а) сульфат натрия; б) гидросульфат натрия?

12.Какая масса фосфорной кислоты потребуется, чтобы из 20 г NaOH получить: а) гидрофосфат натрия; б) фосфат натрия?

13.В Интернете найдите информацию о том, как образуются малахит (CuOH)2CO3 и алунит KAl3(SO4)2(OH)6.

14.Используя дополнительные источники информации, найдите ещё 3—4 минерала, представляющие собой осно´вные соли.

Исследование условий образования и получение основных´ солей переходных металлов. Большинство переходных металлов образуют разнообразные оснóвные соли. Некоторые из них (например, основный карбонат меди (CuOH)2CO3)

даже встречаются в природе в виде минералов. Они чаще всего образуются при действии недостатка оснований на растворимую соль металла. Ваша задача — выбрать какой-нибудь металл и основание, изучить их взаимодействие в зависимости от соотношения реагентов и в случае, если есть доказательства образования оснóвных солей, получить эти соли и по возможности доказать, что это оснóвные

соли. Для изучения взаимодействия можно использовать цифровую лабораторию: датчики электропроводности, рН, оптической плотности. Дозировать реагенты можно при помощи датчика объёма жидкого реагента. Также можно искать методики получения веществ в Интернете.

Язнаю что такое кислые и основные соли

Ямогу объяснить, как образуются кислые и осноkвные соли.

Яумею составлять уравнения реакций, характерных для кислых и осноkвных

солей

161