3 Лабораторная работа № 2

Метод нейтрализации. Количественное определение карбонатов и

бикарбонатов в растворе

Метод нейтрализации используется не только для определения концентраций кислот и щелочей, но также для количественного определения солей, которые в растворе при гидролизе создают либо кислую, либо щелочную среду.

3.1 Количественное определение содержания карбоната натрия в растворе

Раствор соды вследствие гидролиза имеет щелочную реакцию среды:

Na₂CO₃ + HOH ↔ NaHCO₃ + NaOH,

т.е. в водном растворе этой соли устанавливается равновесие:

CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^- + OH^- (1)

При титровании раствора карбоната натрия соляной кислотой в первую очередь нейтрализуется вся щелочь, которая образовалась в результате гидролиза.

Na₂CO₃ + HOH ↔ NaHCO₃ + NaOH

NaOH + НСl → NaСl + НОН

_______________________________

Na₂CO₃ + НСl → NaСl + NaHCO₃ (2)

0,1 н. раствор карбоната натрия имеет pH = 11,5 (см. уравнение 1), фенолфталеин в таком растворе имеет ярко-малиновый цвет.

При титровании кислотой щелочность раствора понижается, pH уменьшается.

В момент полной нейтрализации щелочи, т.е. полного превращения карбоната натрия в гидрокарбонат, получившийся ~ 0,1 н. раствор последнего имеет pH = 8,4.

Если титровать раствор соды соляной кислотой в присутствии фенолфталеина, который имеет интервал перехода малиновой окраски в бесцветную от pH = 9,8 до pH = 8,0, то в момент полного перехода цвет фенолфталеина будет еще розовым (pH = 8,4). От одной лишней капли кислоты раствор станет бесцветным. Следовательно, в присутствии фенолфталеина карбонат натрия титруется только до перехода в бикарбонат, иными словами, карбонат натрия титруется наполовину.

В соответствии с приведенным выше уравнением (2), число эквивалентности в этой реакции равно 1, т.е.

M (1/z Na₂CO₃) = M (Na₂CO₃) = 106 г/моль

Таким образом, определяя концентрацию раствора по результатам титрования с фенолфталеином, находят точку эквивалентности, соответствующую переходу карбоната натрия в гидрокарбонат. Поэтому при расчете нормальной концентрации карбоната натрия надо объем затраченного раствора соляной кислоты удвоить.

При дальнейшем титровании гидрокарбонат натрия реагирует с соляной кислотой и наступает вторая точка эквивалентности, соответствующая полной нейтрализации (образование Н₂CO₃).

Na₂CO₃ + НСl ↔ NaHCO₃ + NaСl (3)

NaHCO₃ + НСl ↔H₂CO₃ + NaСl

_________________________________

СО₂

Na₂CO₃ + 2НСl → NaСl + H₂CO₃ (4)

Н₂О

Во второй точке эквивалентности pH раствора будет равен 3,84, т.к. в этот момент в колбе находится ~ 0,05 н. раствор. Титрование до второй точки эквивалентности следует вести в присутствии индикатора метилоранжа, интервал перехода которого от pH = 4,4 до pH = 3,1. Изменение желтой окраски метилоранжа в оранжево-розовую наступит только после полной нейтрализации карбоната и гидрокарбоната натрия. В соответствии с уравнением (3) число эквивалентности Z (Na₂CO₃)=2, молярная масса эквивалента Na₂CO₃ в реакции полной нейтрализации:

M (1/z Na₂CO₃) =½ M (Na₂CO₃) = 0,5 · 106 = 53 г/моль