Кривые титрования
Кривые титрования – графические зависимости концентрации участника реакции, протекающей при титровании от объёма добавленного титранта. Для реакций кислотно-основного взаимодействия показателем концентрации участника реакции является рН раствора.
Различают теоретические и экспериментальные кривые титрования. Теоретический расчёт кривых титрования проводится по уравнению реакции и исходным концентрациям реагирующих веществ. Теоретические кривые титрования нужны для обоснованного выбора индикатора в данном титровании. Экспериментальные кривые титрования получают при измерении какого-либо свойства системы в ходе титрования (ЭДС, электропроводность и т.п.) в зависимости от объёма титранта. Экспериментальные кривые титрования нужны для определения точки эквивалентности.
Кривые кислотно-основного титрования позволяют проследить за качественными и количественными изменениями титруемого раствора и выбрать наиболее подходящий индикатор для определения точки эквивалентности (конца титрования).
При построении теоретических кривых титрования рассчитывают рН четырёх основных этапов:
1) до начала титрования;
2) титрование до точки эквивалентности;
3) точка эквивалентности;
4) после точки эквивалентности.
Кривая титрования сильной кислоты щёлочью
Аналитическая реакция – реакция нейтрализации
.
1 этап. В растворе присутствует только сильная кислота, рН раствора определяется её концентрацией:
,
где СK– нормальная концентрация кислоты.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью:
.
рН вычисляется по уравнению:
,
где VK– объём пробы кислоты, взятый для титрования (аликвота),СЩ– нормальная концентрация раствора щёлочи,VЩ– объём раствора щёлочи, добавленного в процессе титрования.
3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щелочи VЭ.
4 этап. Добавление избытка титранта после точки эквивалентности. рН определяется только количеством добавленной щёлочи и вычисляется по уравнению:
.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. соляной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.
|
VNaOH, мл |
Система |
Расчётная формула |
рН |
|
0 |
0,1 н. раствор HCl |
|
1,00 |
|
1 |
Титрование соляной кислоты. |
|
1,09 |
|
5 |
1,48 | ||
|
7 |
1,75 | ||
|
9 |
2,28 | ||
|
9,5 |
2,59 | ||
|
9,9 |
3,30 | ||
|
10 |
NaCl |
Точка эквивалентности, VЭ= 10 мл,VΣ= 20 мл |
7,00 |
|
10,1 |
Избыток щёлочи |
|
10,70 |
|
11 |
11,68 | ||
|
12 |
11,96 | ||
|
15 |
12,30 | ||
|
20 |
12,52 |
Кривая титрования сильной кислоты щелочью
Точка эквивалентности соответствует объёму титранта 10 мл. Обращает внимание резкий скачок величины рН в этой области. Объём одной капли раствора обычно составляет 0,01-0,02 мл. В области эквивалентной точки при добавлении капли щёлочи рН возрастает на 3-6 единиц. Поэтому эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.
Кривая титрования сильного основания кислотой
Аналитическая реакция – реакция нейтрализации
.
1 этап. В растворе присутствует только щёлочь и рН раствора определяется её концентрацией:
.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация щелочи кислотой:
.
рН вычисляется по уравнению:
.
3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём кислоты VЭ.
4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной кислоты и вычисляется по уравнению:
.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. гидроксида натрия 0,1 н. раствором соляной кислоты.
|
VNaOH, мл |
Система |
Расчётная формула |
рН |
|
0 |
0,1 н. раствор NaOH |
|
13,00 |
|
1 |
Титрование гидроксида натрия. |
|
12,91 |
|
5 |
12,52 | ||
|
7 |
12,25 | ||
|
9 |
11,72 | ||
|
9,5 |
11,41 | ||
|
9,9 |
10,70 | ||
|
10 |
NaCl |
Точка эквивалентности, VЭ= 10 мл,VΣ= 20 мл |
7,00 |
|
10,1 |
Избыток кислоты |
|
3,30 |
|
11 |
2,32 | ||
|
12 |
2,04 | ||
|
15 |
1,70 | ||
|
20 |
1,48 |
Кривая титрования сильного основания кислотой
Кривая титрования щёлочи кислотой является зеркальным отражением кривой титрования сильной кислоты щёлочью. Эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.