4.4.4 Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием ( и наоборот)
При построении кривой титрования сильной кислоты щелочью следует учитывать, что до начала титрования рН раствора сильной кислоты определяют по формуле pH = - lg скисл (для одноосновной кислоты).
До точки эквивалентности в растворе будет присутствовать избыток неоттитрованной сильной кислоты, следовательно, избыток H+-ионов (рН < 7); за точкой эквивалентности в растворе будет находиться избыток щелочи, т. е. избыток [ OH-] - ионов (рН > 7).
В точке эквивалентности в растворе существует соль сильной кислоты и сильного основания, которая не подвергается гидролизу, и среда будет нейтральная (рН = 7).
Для расчета избыточного содержания [H+]-, [ OH-] -ионов используют формулы, учитывающие разбавление раствора за счет добавления титранта.
В случае титрования одноосновных кислот получают следующие формулы:
(4.19)
pH = - lg[ H+]изб; (4.20)
(4.21)
pH = 14 - pOH = 14 = lg [OH-]изб (4.22)
где скисл, сосн – молярная концентрация кислоты, основания, моль/л.
Пример4. Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1 М HСl раствором 0,1 М NaOH.
Решение. Расчет кривой титрования начинается с расчета рН исходного титруемого раствора: рН = - lg 0,1 = 1,0.
Рассмотрим несколько примеров расчета рН до точки эквивалентности (в растворе присутствует неоттитрованная кислота).
Пусть добавлено 5,0 мл 0,1 М NaOH. Концентрация [H+] – ионов равна
pH = -lg [H+]изб = -lg 0,033 = 1,5
Аналогично рассчитываются любые другие точки на кривой титрования до точки эквивалентности (данные приведены в табл. 6), в том числе и рН в начале скачка на кривой титрования. В этом случае недотитровано 0,1 % кислоты, т. е. добавлено NaOH на 0,1 % меньше, чем требуется для полной нейтрализации HCl. Так как концентрации кислоты и щелочи равны, то это означает, что щелочи добавлено 9,99 мл (10,0 мл составляет 100 %):
pH = -lg5 · 10-5 = 4,3
Конец скачка рассчитывается для избыточного содержания в растворе NaOH в количестве 0,1 %, т. е. всего добавлено 10,01 мл 0,1 М NaOH. В этом случае
pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg5· 10-5 = 9,7
Аналогично рассчитываются все другие точки на кривой титрования за точкой эквивалентности. Например, добавлено 11,0 мл 0,1 М NaOH:
pH = 14 lg[OH-]изб = 14 + lg5· 10-3 = 11,7
Таблица 6
Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 м hCl раствором 0,1 м NaOh
№ |
V(NaOH),мл |
[H +], моль/л |
OH-], моль/л |
pH |
1. |
0,00 |
0,100 |
- |
1,0 |
2. |
2,50 |
0,060 |
- |
1,2 |
3. |
5,00 |
0,033 |
- |
1,5 |
4. |
9,00 |
5 · 10- 3 |
- |
2,3 |
5. |
9,90 |
5 · 10 - 4 |
- |
3,3 |
6. |
9,99 |
5 · 10- 5 |
- |
4,3 |
7. |
10,00 |
1 · 10 - 7 |
1 · 10 - 7 |
7,0 |
8. |
10,01 |
- |
5 · 10 - 5 |
9,7 |
9. |
10,10 |
- |
5 · 10 - 4 |
10,7 |
10. |
11,00 |
- |
5 · 10 - 3 |
11,7 |
11. |
15,00 |
- |
0,02 |
12,3 |
Анализ кривой титрования
В начале титрования рН изменяется очень медленно. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким. Величина скачка рН на кривой титрования в данном случае достаточно велика и составляет 5,4 единицы:
ΔрН = рН конца скачка - рН начала скачка = 9,7 - 4,3 = 5,4.
Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности, которая лежит в нейтральной среде. Величина скачка титрования зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем меньше концентрация реагентов, тем меньше скачок титрования. К уменьшению скачка титрования приводит повышение температуры, т. к. возрастает величина ионного произведения воды (при 80° С скачок составляет, например, 4,6 единицы).
Рис1. Кривые титрования:
а - кривая титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH; б - кривая титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl