Работа № 2 Определение концентрации гидроксида натрия в растворе методом кондуктометрического титрования

Реакция, протекающая при кондуктометрическом титровании, например, NaOH с помощью титранта HCl:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O, (1)

называется реакцией усреднения (нейтрализации).

При рассмотрении водных растворов необходимо учитывать, что чистая вода частично диссоциирована на ионы

H₂O H⁺ + OH^– (2)

Константа равновесия этого процесса может быть записана так:

K =

Т.к. концентрация чистой воды равна единице

K = K_W =

Величина K_W носит название ионного произведения воды.

При 22°C = 1*10^–7 г-ион/л, откуда K_W = 10^–14.

Для характеристики кислотности или щелочности раствора используют концентрацию ионов водорода. Еще более распространенной является величина pH раствора, где pH = – lg .

Если =10^–7, то = и вода или водный раствор имеют pH = 7. Для кислых растворов pH < 7, для щелочных pH > 7.

Реакцию (1) корректно записывать в ионном виде, т.к. и HCl, и NaOH сильно диссоциированные вещества:

Na⁺ + OH^– + H⁺ + Cl^– → Na⁺ + Cl^– + H₂O (3)

H₂O правильнее записывать в виде молекулы как слабодиссоциированное вещество.

Ионы в электрическом поле под влиянием его напряженности движутся с различными скоростями, обуславливая прохождение электрического тока.

Скорости движения катиона и аниона при напряженности 1 В/см обозначают через u₀ и v₀. Произведение скорости движения ионов при E=1 В/см на число Фарадея (~96500 Кл) называется подвижностью ионов U (катионы) и V (анионы):

U = Fu₀; V = Fv₀. (4)

Подавляющее большинство как катионов, так и анионов имеют подвижности при 25°C в пределах от 36 до 85. Подвижность же ионов H⁺ и OH^– ненормально велика: =349,7; =200, т.е. эти ионы движутся с большими скоростями.

Поэтому связывание ионов H⁺ и OH^– в воду по реакции (2) приводит к уменьшению силы тока при неизменной напряженности электрического поля.

Поэтому при титровании NaOH с помощью титранта HCl сила тока, проходящего через раствор, должна сначала падать, а после достижения точки эквивалентности, когда вся щелочь связана и в растворе появляется избыток кислоты, сила тока I растет.

Таким образом, построив график зависимости I (сила тока) – количество добавленной кислоты (мл), можно определить точку эквивалентности (рис.1), т.е. число миллилитров титранта.

Рис.1. График кривой кондуктометрического титрования

I – сила тока;

Т.Э. – точка эквивалентности (мл. HCl).

(V _{мл. HCl}) , вступивших в реакцию с NaOH.

Зная объем раствора исследуемого вещества, взятого на титрование (V_NOH = 100 мл), нормальность титранта (N_HCl), объем титранта, пошедшего на титрование (V_HCl) и используя уравнение:

N_NaOH*V_NaOH=N_HCl*V_HCl (5),

рассчитывают концентрацию гидроксида натрия в растворе (N_NaOH).

Для работы необходимо иметь:

– ячейка-стакан, в которой погружены индикаторные электроды из графита и залит раствор-задача;

– бюретка на 100 мл для титрования;

– воронка;

– амперметр;

– магнитная мешалка;

– магнит;

– кондуктометр.

Кондуктометр позволяет измерять величину тока, протекающего через кондуктометрическую ячейку в зависимости от количества добавляемого титранта. Принципиальная схема установки показана на рис.2.

При включении тумблера B₁ загорается лампочка Л₁. Подключение ячейки осуществляется с помощью тумблера В₂. Последний представляет собой кнопку, которую следует держать нажатой, пока на амперметре (например, типа М2020) не установится постоянное значение тока.