Кислотно-основное титрование

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Введение

 

К методу кислотно-основного титрования (нейтрализации) относят все определения, которые основаны на реакции взаимодействия кислот и оснований с образованием малодиссоциирующих молекул воды:

                                    Н3О+ + ОН-     2Н2О

или

                                    Н+ + ОН -     Н2О

В зависимости от титранта различают ацидиметрическое и алкалиметрическое титрование. В методе ацидиметрии в качестве титрантов применяют сильные кислоты. Этим методом определяют сильные и слабые основания, соли слабых кислот и органических соединений, обладающих основными свойствами.

 

В методе алкалиметрического титрования в качестве титрантов применяют сильные основания. Методом алкалиметрии определяют сильные и слабые кислоты, соли слабых оснований и органических соединений, обладающих кислыми свойствами.

 

Основными рабочими растворами в методе кислотно-основного титрования являются чаще всего кислоты HCl и KOH. Так как эти вещества не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам, из них готовят растворы приблизительной концентрации, которые затем стандартизируют.

В качестве стандартных веществ при установке точной концентрации кислот используют тетраборат натрия (буру) Na2B4O710H2O или безводный карбонат натрия Na2CO3.

Для установки титра щелочей используют щавелевую кислоту H2C2O4 . 2H2O,янтарную кислоту H2C4H4O4, бензойную кислоту C6H5COOH и др.

Так как реакция нейтрализации не сопровождается каким-либо внешним эффектом, точку эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора, который добавляют в титруемый раствор.

Расчет кривой титрования

 

Дано 20 мл 0,05 М раствора ортофосфорной кислоты и 0,05 М раствор гидроксида натрия.

Диссоциация многоосновных кислот в водном растворе протекает ступенчато, каждая из ступеней характеризуется своей константой диссоциации:

           

             H3PO4 H+ + H2PO4- ; pK1=2, 12

            

             H2PO4-  H+ +HPO42- ; pK2=7, 21

             

             HPO42-  H+ + PO43-   ; pK3= 12, 36

 

          H3PO4 + NaOH       NaH2PO4 + H2O

 

         

1 точка эквивалентности:

V(NaOH) = 0 мл

рН =  = = 1.71

2 точка эквивалентности:

При добавлении некоторого количества гидроксида натрия образуется буферный раствор, содержащий муравьиную кислоту и формиат натрия.

рН = рК + lg

Пусть V(NaOH) = 0,9 мл. Тогда образуется 0,9 мл 0,1 М раствора формиата натрия и останется 9,1 мл муравьиной кислоты.

 

Ск-ты = = 8,3

рН = 3,7 + lg = 2,7

V(NaOH) = 5 мл

рН = 3,7 + lg = 3,7

V(NaOH) = 9,1 мл

рН = 3,7 + lg = 4,7

V(NaOH) = 9,9 мл

рН = 3,7 + lg = 5,7

В точке эквивалентности рН вычисляется по следующему уравнению:

рН = 7 +

За точкой эквивалентности:

V(NaOH) = 10,01 мл

рОН = -lgCNaOH

CNaOH = = 0,00005 моль/л

рОН = -lg0,00005 = 4,3

рН = 14 – 4,3 = 9,7

V(NaOH) = 10,1 мл

CNaOH = = 0,0005 моль/л

рОН = -lg0,0005 = 3,3

рН = 14 – 3,3 = 10,7

V(NaOH) = 11 мл

CNaOH = = 0,005 моль/л

рОН = -lg0,005 = 2,3

рН = 14 – 2,3 = 11,7

Таблица 1 – Данные титрования 10 мл 0,1 М раствора муравьиной кислоты 0,1 М раствором гидроксида натрия.

V(NaOH), мл	Электролит определяющий рН	Формула вычисления рН раствора	рН
0	0,1 М HCOOH	рН =	2,85
0,9	НСООН+НСООNa	рН = рК + lg	2,7
5	НСООН+НСООNa	рН = рК + lg	3,7
9,1	НСООН+НСООNa	рН = рК + lg	4,7
9,9	НСООН+НСООNa	рН = рК + lg	5,7
10	НСООNa	рН =7 +	8,2
10,01	NaOH	рН = 14 - pOH	9,7
10,1	NaOH	рН = 14 - pOH	10,7
11	NaOH	рН = 14 - pOH	11,7

 

 

 

 

 

 

 

Выбор индикатора

 

Изменение окраски различных индикаторов происходит при самых разных рН, то есть показатели титрвания разные у различных индикаторов. Наличие скачка титрования позволяет правильно выбрать индикатор. Для каждого отдельного случая нейтрализации необходимо подобрать такой индикатор, у которого показатель титрования лежит в пределах скачка рН на кривой титрования. Так, скачок титрования муравьиной кислоты сильным основанием находится в области рН от 5,7 до 9,7. В данном случае можно применить фенолфталеин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет индикаторных погрешностей

 

К систематическим ошибкам кислотно-основного титрования относятся индикаторные ошибки. Они обусловлены несовпадением значений рН титруемого раствора в ТЭ и рТ индикатора в КТТ. Практически невозможно подобрать такой индикатор кислотно-основного титрования, значение рТ которого точно совпадало бы со значением рН в ТЭ. Поэтому индикатор меняет свою окраску в КТТ либо до ТЭ, либо после неё. Если изменение окраски индикатора происходит до ТЭ, то раствор недотитрован, в КТТ остаётся некоторое количество неоттитрованного определяемого вещества. Если же окраска индикатора изменяется после ТЭ, то раствор перетитрован, в КТТ имеется некоторое избыточное количество титранта. В связи с этим измеренный объём израсходованного титранта может быть либо меньше, либо больше его стехиометрического объёма в ТЭ. Величина индикаторной ошибки кислотно-основного титрования, очевидно, тем заметнее, чем больше разность между значениями рТ индикатора и рН титруемого раствора в ТЭ. Обычно стремятся свести индикаторные ошибки к минимуму так, чтобы они, во всяком случае, не превышали бы 0,2%. Это достигается в основном путём выбора соответствующего индикатора.

Иногда индикаторную ошибку титрования рекомендуют называть просто ошибкой титрования и формулируют её следующим образом: это разница в количествах титранта или соответствующая разница в количествах титруемого вещества: величина, найденная в конечной точке, минус величина, отвечающая точке эквивалентности.

Такое определение ошибки титрования универсально, т.е. справедливо для всех титриметрических методов, а не только для кислотно-основного титрования.

При титровании слабых кислот относительная погрешность титрования ПТ = f – 1. Учитывая, что

[Н+] = 10-pT = Ka(1 – f)/f,

 

получаем

 

ПТ = f – 1= - = -

 

ПТ = - = -2,7027E-10

 

 

Кривая титрования

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод по кривой титрования

 

Данные, приведенные в таблице 1, и кривая титрования позволяют сделать следующие выводы. Заметное изменение рН происходит с самого начала титрования. При рН 7,0 в растворе еще остается не нейтрализованная кислота. Точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности, а лежит в щелочной области. Скачок титрования составляет 4 единицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1) Полеес М. Э. – Аналитическая  химия.- 2-е изд., перераб. и доп.- М., Медицина, 1981.-288.

2) Под ред. Ю. А. Болотова. – Аналитическая химия.— 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. , 2004. — 503 с.

3) Под ред. Золотова Ю. А. - Основы аналитической химии. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002 – 351.