Кривые кислотно-основного титрования

Кривые титрования – графическое изображение изменения величины рH раствора в процессе титрования. Кривые строятся с помощью прибора рН-метра. Эти кривые даны теоретически для разных видов титрования.

1.Рассмотрим титрование сильной кислоты сильным основанием

HCl+NaOH=NaCl+H₂O

Особенно резкое изменение рН происходит около точки эквивалентности. Изменение, которое вызывается последней каплей титранта, называется скачком титрования. В данном случае скачок титрования при рН 4-10. При этом соль NaCl не гидролизуется. Поэтому точка эквивалентности всегда совпадает с точкой нейтральности (рН 7).

2. Титрование слабой кислоты сильным основанием.

СН₃СООН+ NaOH=СН₃СООNa+ H₂O

Уксусная кислота – слабый электролит. Поэтому концентрация Н+ не равна концентрации кислоты. Соль СН3СООNa гидролизуется и в результате появляется избыток ионов ОН. В этом случае Т.Э. не совпадает с точкой нейтральности и лежит в щелочной области. Т.Э.~9. Скачок титрования =8-10 рН

3. Титрование слабого основания сильной кислотой

NH₄OH+HCl=NH₄Cl+ H₂O

Соль NH4Cl гидролизуется и в растворе появляется избыток ионов Н+. В этом случае Т.Э. находится в кислой области и равна ~5рН. Скачок титрования при 6-4рН.

Правило выбора индикатора в кислотно-основном титровании:

При титровании используют такой индикатор, который изменяет свою окраску около Т.Э., т.е. интервал перехода окраски индикатора должен совпадать или захватывать скачок титрования на кривой титрования.

Кислота	Основание	Скачок титрования	Т.Э.	Индикатор	Интервал перехода окраски индикаторов
Сильная	Сильное	4-10 рН	~7 рН	Фенолфталеин Метиловый оранжевый Лакмус	8-10 рН 3-4,5 рН 5-8 рН
Слабая	Сильное	8-10 рН	~9 рН	Фенолфталеин	8-10 рН
Сильная	Слабое	6-4 рН	~5 рН	Метиловый оранжевый	3-4,5 рН

Определение кислотности желудочного сока титриметрическим методом.

Как изучалось ранее, определение кислотности желудочного сока позволяет диагностировать различные заболевания на ранних стадиях. Все биологические системы мутные и фиксировать точку эквивалентности при титровании тяжело.

Различают общую, активную и потенциальную кислотность. Общую кислотность желудочного сока определяют кондуктометрическим титрованием (изменение электропроводности), потенциометрией (изменение рН среды) и методом кислотно-основного титрования. Титруют желудочный сок 0,1N NaOH. Общую кислотность отличают от активной индикаторами. Так, согласно правилу выбора индикатора, для определения общей кислотности используют фенолфталеин, для активной - метиловый оранжевый. Кислотность выражают на практике в условных единицах (у.е.) 1 у.е. – число мл 0,1N NaOH, пошедшего на титрование 100 мл желудочного сока. Норма общей кислотности составляет 40-60ед, активной 20-40ед. Нормальность желудочного сока считается из расчета общей кислотности по формуле:

С_N=V(NaOH)·N(NaOH)

Vж.с.

Установление точки эквивалентности электрохимическими методами.

Точку эквивалентности можно определить с помощью потенциометрического и кондуктометрического титрования. Они дают возможность:

1. Осуществлять дифференцированное титрование смесей сравнительно близких по свойствам кислот и гидроксидов без предварительного их разделения;

2. проводить определение в окрашенных и мутных растворах с высокой точностью и воспроизводимостью;

3. титровать разбавленные растворы.

Потенциометрическое титрование. В потенциометрическом титровании определение точки эквивалентности основано на измерении потенциала индикаторного электрода относительно электрода сравнения в ходе титрования исследуемого раствора. Для определения точки эквивалентности в кислотно-основном титровании достаточно следить только за концентрацией ионов Н⁺. Для этой цели могут быть использованы различные электроды - водородный, хингидронный, сурьмяный, стеклянный. Такой индикаторный электрод заменяет индикатор при обычном титровании. Потенциал этих электродов в данном методе является функцией концентрации ионов Н⁺. Он устанавливается быстро и не зависит от присутствия других ионов в растворе, которые не принимают участия в осуществляемой химической реакции.

Стандартный электрод или электрод сравнения - электрод, потенциал которого остается постоянным в процессе титрования. По отношению к потенциалу стандартного электрода определяют потенциал индикаторного электрода. Примером стандартного электрода является каломельный и хлорсеребряный.

Для проведения потенциометрического титрования собирают установку, которая включает источник тока, потенциометр (или рН-метр), гальваническую цепь из двух электродов - сравнительного и индикаторного, магнитную мешалку, бюретку со стандартным раствором и стакан с исследуемым раствором. Включают потенциометр, бюретку заполняют исследуемым раствором, включают мешалку. После каждого добавления стандартного раствора к неизвестному фиксируют ЭДС или рН. Результаты титрования записывают в таблицу и строят кривую титрования.

Таким образом, сущность метода состоит в измерении потенциала электрода, погруженного в титруемый раствор кислоты, и изменяющегося по мере добавления титранта (щелочи), причем в Т.Э. происходит резкое изменение потенциала. Кривые потенциометрического титрования строятся аналогично кривым кислотно-основного титрования. Преимуществом потенциометрического титрования является чувствительность метода, она выше объемного и кондуктометрического титрования.

Кондуктометрический метод. Точку эквивалентности определяют по изменению электрической проводимости раствора. Она зависит от концентрации и природы электролитов. Чем выше подвижность ионов, тем выше электрическая проводимость. Наибольшей подвижность обладают Н⁺ и ОН^- ионы, объясняется это эстафетным механизмом их перемещения. Протоны, находящиеся в водных растворах кислот, не закреплены за определенными молекулами воды, а постоянно перескакивают с одной молекулы на другую. Величина электропроводности является прямолинейной функцией концентраций всех ионов в растворе, поэтому измерение электрической проводимости можно использовать для определения концентраций разбавленных электролитов.

Кондуктометрическое титрование широко применяют не только для количественного определения кислот, оснований, солей в различных жидкостях, но и для измерения константы диссоциации физиологически важных электролитов, изоэлектрической точки аминокислот, пептидов, белков.

Для кондуктометрического титрования требуется прибор для измерения электропроводности, платиновые электроды, стакан для титрования, бюретка и мешалка. По технике выполнения кондуктометрическое титрование напоминает потенциометрическое. Однако, при кондуктометрическом титровании не всегда получают кривую с ясно выраженным переломом в Т.Э. В этом случае Т.Э. определяют нахождением точки пересечения прямолинейных участков кривой до и после Т.Э.

Процесс кондуктометрического титрования основан на реакции нейтрализации, вместо ионов Н⁺ в растворе накапливаются ионы солей с меньшей подвижностью, а, следовательно, и проводимостью.

Н⁺+Cl^-+Na⁺+OH^-→H₂O+Na⁺+Cl^-

В точке эквивалентности электропроводность χ будет минимальна, что показано на рисунке.

Добавление избытка щелочи приводит к появлению очень подвижных ионов OH^-. Кривая 1 на графике - титрование сильной кислоты сильным основанием, кривая 2 – титрование слабой кислоты сильным основанием. Определив по графику точку эквивалентности, находят объем щелочи и рассчитывают нормальную концентрацию кислоты:

N_к=N_щ·V_щ

V_к