Методы нейтрализации

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

СН3СООН, титруемого 0,1 н. раствором NaOH.

В данном случае концентрацию ионов водорода слабой кислоты нельзя приравнять концентрации СН3СООН. Поэтому для вычисления рН растворов в нулевой точке (до начала титрования) применяют выведенные ранее формулы для вычисления концентрации ионов водорода в растворах слабых кислот (см. Приложение):

откуда

рН= -lg[H+] = - 1/2 lgKHAn - 1/2 lg CHAn (2)

pKCHзCOOH= -lg KCHзCOOH= 5 -lg 1,82= 5- 0,26 = 4,74

Подставляя соответствующие значения pKCHзCOOH, lg KCHзCOOH и lgK- CHзCOONa в формулу (2), получим:

рН = 1/2 4,74+ 1/2 lg 0,1 = 2,37+0,50 =2,87

Таким образом, величина рН 0,1 н. раствора СН3СООН равняется 2,87. Если прилить к титруемой уксусной кислоте 50, 90, 99, 99,8 99,9 мл 0,1 н.

раствора NaOH, то наряду со свободной CH3COOH в растворе появится продукт нейтрализации уксусной кислоты — ацетат натрия. Уксусная кислота с ее солью образует буферный раствор.

Концентрацию ионов водорода в водных буферных растворах слабых кислот и их солей вычисляют по формуле (см. Приложение):

Таким образом, в тот момент, когда к титруемой кислоте прилита половина (50 мл) требующейся для ее нейтрализации раствора щелочи lgCHAn = lgCKtAn, pH= pKHAn

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Для случая, когда прилито 90 мл NaOH

рН =4,74 - lg(10/100) 0,1 + -lg(90/100) 0,1 = 4,74+2-l,05=5,69

Аналогичным путем можно рассчитать значения рН для других промежуточных точек. Данные этих расчетов сведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5 Титрование 0,1 н. раствора СН3СООН 0,1 н. раствором NaOH

* Точка эквивалентности.

Следует отметить, что уже до достижения точки эквивалентности, когда не вся уксусная кислота нейтрализована и прилито только 99,8 мл 0,1 н. раствора NaOH, рН раствора превышает 7 (7,44), т.е. среда раствора становится щелочной.

Поэтому можно сказать, что точка эквивалентности в случае

нейтрализаций слабых кислот (или слабых оснований) сильными основаниями (или сильными кислотами) не совпадает с точкой нейтрализации, т. е. с моментом, при котором происходит изменение цвета индикатора, меняющего свою окраску при рН=7.

Это указывает на то, что титрование кислот и оснований не всегда следует заканчивать при рН=7. В ряде случаев титрование заканчивают при рН больше или меньше 7, так как при титровании кислот и оснований необходимо точно установить момент эквивалентности, а не точку нейтрализации.

В точке эквивалентности вся уксусная кислота будет нейтрализована, и в растворе будет находиться только продукт ее нейтрализации—ацетат натрия, гидролизующийся под влиянием воды.

Концентрацию ионов водорода в водных растворах гидролизующихся солей (типа CH3COONa) вычисляют по формуле (см. Приложение):

откуда

рН = -lg [H+] = -1/2lg KW - 1/2 lgKHAn + 1/2 lgCKtAn ( 8)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

KW = 10-14; lgKW= -14 (9)

Следовательно

pH = 7 + 1/2 pKHAn + 1/2 lgCKtAn (10)

По этой формуле вычисляют рН в точке эквивалентности. В нашем случае pH =7+1/2 pKCHзCOOH + 1/2 lgCCHзCOONa= 7+1/2-4,74+1/2 lg0,1=7+2,37—0,5=8,87

Это указывает на то, что при титровании уксусной кислоты едким

натром точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтрализации и лежит в области щелочной среды (рН = 8,87).

Рис. 2.4. Кривая нейтрализации 0,1 н. раствора СН3СООН 0,1 н. раствором NaOH.

При добавлении избытка раствора едкого натра величина рН определяется концентрацией присутствующей в титруемом растворе свободной щелочи NaOH. При избытке 0,1 н. раствора NaOH в 0,1; 0,2; 1 и 10 мл концентрация ионов гидроксила будет соответственно равна:

0,1/100 x 0,1=10-4 г-ион/л 1/100 x 0,1=10-3 г-ион/л 0,2/100 x 0,1=2 10-4 г-ион/л 10/100 x 0,1=10-2 г-ион/л

Концентрация ионов водорода и рН раствора, соответствующие указанным

Результаты вычислений рН приведены в табл. 2.5. На основании полученных данных построена кривая титрования (рис. 2.4.).

Анализ кривой нейтрализации. Порученная кривая нейтрализации

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

показывает, что:

1. Точка эквивалентности при титровании слабой кислоты сильной щелочью не совпадает с точкой нейтрализации, а находится в щелочной области (при рН=8,87).

2.Кривая нейтрализации слабой кислоты сильным основанием несимметрична в отношении точки нейтрализации.

3.Скачок титрования, наблюдаемый у точки эквивалентности при нейтрализации слабой кислоты сильным основанием (7,74—10), менее резко выражен, чем при титровании сильной кислоты (НС1) (см. 2.5.).

Рис 2.5. Кривая нейтрализации 0,1 и. растворов кислот, отличающихся различными значениями рК: 1. - НС1; 2 -СН3СООН; 3 - кислоты слабее СН3СООН.

4.Начальная и последующие точки титрования, предшествующие точке эквивалентности, лежат в менее кислой области (при рН==2,87), чем при титровании сильной, например соляной кислоты (рН=1).

5.Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием характеризуется наличием треугольника, образующегося в результате пересечения кривой титрования, линии нейтрализации и линии эквивалентности. Вершины этого треугольника лежат в точке нейтрализации (а); в начальной точке соприкосновения кривой с линией эквивалентности (b) и в точке пересечения линий центральности и эквивалентности (с) (см. рис.2.4.).

Наличие указанного признака является характерной чертой всякой кривой

титрования слабой кислоты (типа СН3СООН) и, как увидим ниже, слабого основания (типа NH4OH).

Титрование кислот более слабых, чем уксусная. При титровании разбавленных растворов кислот более слабых, чем уксусная, скачок титрования еще меньше. Определение точки эквивалентности при титровании таких кислот

спомощью индикаторов весьма затруднительно и во многих случаях просто невозможно. Для количественного определения очень слабых кислот прибегают к специальным методам титрования и используют для этой цели неводные среды. Для вычисления рН раствора вблизи точки эквивалентности при

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.6. Кривая нейтрализации 0,1 н. раствора аммиака 0,1 н. раствором НС1.

Анализ кривой нейтрализации. Полученная кривая нейтрализации показывает, что:

1.Точка эквивалентности при титровании слабого основания сильной кислотой не совпадает с точкой нейтрализации, а находится в области кислой среды (при рН =5,13). Скачок рН наблюдается в интервале 6,26-4.

2.Кривая нейтрализации слабого основания сильной кислотой несимметрична в .отношении точки нейтрализации.

3.Кривая титрования слабого основания сильной кислотой характеризуется наличием треугольника, образующегося в результате пересечения кривой титрования, линии нейтральности и линии эквивалентности. Вершины этого треугольника лежат в точке нейтрализации (а), в начальной точке соприкосновения кривой с линией эквивалентности (b) и в точке пересечения линии нейтральности и эквивалентности (с).

Титрование оснований более слабых, чем водный раствор аммиака. При титровании разбавленных растворов оснований более слабых, чем раствор аммиака, скачок рН будет еще меньше. Определение точки эквивалентности. при титровании таких оснований с помощью индикаторов весьма затруднительно и во многих случаях просто невозможно.

Для количественного определения очень слабых оснований применяют специальные методы титрования в неводных средах. Для вычисления рН раствора вблизи точки эквивалентности при титровании очень слабых оснований пользуются более сложными уравнениями.

2.7. Определение содержания Na2CO3 и NaOH при их совместном присутствии

Определение содержания Nа2СО3 и NaOH в их смеси может быть выполнено двумя методами, основанными на различных принципах.

Метод 1. Сначала титруют анализируемую смесь 0,1 н. кислотой в присутствии фенолфталеина. При этом нейтрализуется весь NaOН и «наполовину» Nа2СО3, превращаемый в NаНСО3. Этим путем можно

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

установить, сколько миллилитров кислоты (VНС11) идет на титрование NаOH +1/2 Nа2СО3. Затем раствор дотитровывают кислотой в присутствии метилового оранжевого. Так устанавливают, сколько миллилитров кислоты требуется на титрование NаНСО3, образовавшегося из Nа2СО3, т. е. половины Nа2СО3.

Таким образом, пользуясь двумя индикаторами, удается наблюдать две точки эквивалентности: первую, когда полностью нейтрализовав NaOH и «наполовину» Nа2СО3, и вторую, когда нейтрализуется NaHСО3. В этот момент наступает полная нейтрализация смеси Nа2СО3+NaOН. В первой точке эквивалентности:

рН = 1/2(рКН2СО3 + рКН2СО3) = 1/2(6,4+10,3)=8,35

Следовательно, когда едкий натр будет полностью нейтрализован, а карбонат натрия превратится в бикарбонат, раствор станет слабощелочным. Этот момент фиксируют с помощью фенолфталеина, меняющего свой цвет и интервале рН—8,0—10,0. Во второй точке эквивалентности :

pH = 1/2 рК Н2СО3 - 1/2 lgСН2СО3 = 1/2 6,4 -lg5 10-5 = 3,85

Этот момент фиксируют с помощью метилового оранжевого, меняющего спою окраску и интервале рН =3,1—4,4.

Уравнения реакции:

ОН + Н+ Н2О СО32 + Н+ НСО3

НСО3- + Н+ Н2СО3 Н2О + СО2 Методика определения. К титруемому раствору прибавляют 3—5 капель

фенолфталеина и титруют. 0,1 н. раствором НС1 до обесцвечивания. По достижении первой точки эквивалентности отсчитывают количество 0,1 н. раствора кислоты, израсходованной на нейтрализацию NaOH и «половины» Na2CO3 — VHCl1. Затем к титруемому раствору прибавляют 1—2 капли метилового оранжевого и титруют до конца. По окончании титрования отсчитывают израсходованное количество кислоты VHClII. Титрование лучше проводить со «свидетелями».

Щелочные растворы легко поглощают CO2 из воздуха. Поэтому отмеренный объем анализируемого раствора титруют немедленно и быстро, избегая излишнего взбалтывания.