Лекция № 14 Методы кислотно – основного титрования (нейтрализации) План

Лекция № 14
Методы кислотно – основного титрования (нейтрализации)
План
1) Сущьность метода.
2) Индикаторы метода кислотно-основного титрования.
3) Кривые титрования.
4) Расчеты при титровании.
1. В основе метода кислотно-основного титрования положена реакция
взаимодействия ионов водорода или гидроксония с гидроксид-ионами,
сопровождаются образованием слабодисоциируемых молекул воды (растворителя).
H++ OH-→ H2O H3O+ + OH-→ 2H2O
Этот метод применяется для количественного определения кислот (H2 SO4 , HNO3 ,
HCl, H3 PO4 , CH3 COOH, H2C2O4 ) гидроксидов (KOH, NaOH, Ba(OH)2 ) солей,
способных гидролизироваться в водных растворах (Na2 CO3 , K2CO3), а также их
смесей (смесь NH4Cl,и NaOH).
Кислотно-основное титрования имеет два основных метода: ацидиметрия определение оснований и алкалиметрия – определение кислот. В качестве рабочих
растворов используют чаще всего растворы кислот – HCl и H2 SO4, растворы KOH,
NaOH. Поскольку эти кислоты и гидроксиды не могут быть использованы как
исходные в-ва для приготовления титрованных растворов, то сначала готовят растворы
примерной концентрации, а точный титр и нормальность (м.к.э.) их устанавливают по
исходным веществам . чаще всего применяют 0,1 – 0,5 н р-ры.
В качестве исходных в-ва для установления титра растворов кислот используют чаще
тетраборат натрия Na2B4O4 и Na2CO3 а для установления титра р-ров щелочей –
щавеливую кислоту H2C2O4 * 2H2O или янтарную H2C4H4O4 . Все эти в-ва весьма
удобны для работы и дают хорошие результаты при титровании. Для выяснения
сущьности процессов происходит при кислотно-основном титровании, изучим
реакцию среды в эквивалентном точке при различных случаях титрования. При
данном методе точка эквивалентности может лежать в нейтральной (pH =7)
щелочной (pH > 7) и кислой среде (pH < 7).
Различают следующие случаи титрования:
1) Титрования сильной кислоты сильной щелочью
HCl + NaOH→ NaCl +H2O
H+ + OH- → H2O
(pH =7)
Обр соединение NaCl не подвергается гидролизу и р-р будет иметь нейтральную
среду. Следовательно, при титровании сильной кислотой сильной щелочью точка
эквивалентности находиться в нейтральной среде.
2) Титрование слабой к- ты сильной щелочью.
HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O
HCOOH + OH- → HCOO- + H2O
В точке эквив. образуется соль – формиат натрия, являющийся солью слабой кислоты
и сильного основания, она гидролизуется.
HCOONa + H2O → HCOOH + NaOH
HCOO- + H2O → HCOOH + OHpH > 7
В р-ре избыток OH-. Следовательно при титровании слабых кислот сильными
основаниями точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности и будет
находиться в щелочной среде.
3) Титрование слабого основания сильной кислотой.
NH4OH + HCl → NH4Cl + H2O
NH4OH + H+ → NH4+ + H2O
NH4Cl + HOH → NH4OH + HCl
NH4+ + HOH → NH4OH + H+
pH < 7
Образ NH4Cl подверг гидролизу и в р-ре накапливаются ионы H+. Поэтому при
титровании слабого основания сильной кислотой точка эквивалентности тоже не
совпадает с точкой нейтральности и лежит в кислой среде.
Из этого следует, что природа реагир кислот и оснований оказывает
непосредственное влияние на величину pH р-ра в точке эквивалентности, что и наблюд
при различных случаях титрования.
2. Индикаторы – в-ва, которые меняют свое строение и физ свойства при изменении
свойств среды. Чаще всего при этом изменяется цвет индикатора, иногда
лиминисценция. Индикаторы кислотно-основного титрования меняют строение и
свойства при измен pH среды и наз кислотно-основными индикаторами. С позиции
протолитической теории различают индикаторы кислотного HInd и Ind типа. В р-ра
индикаторы могут существовать в ионизирован и неионизирован формах, которые
находятся в равновесии, зависящем от pH среды характеризуемой константой.
Индикаторы кислотного типа:
HInd → H+ + Ind - ; KA = ([H+][Ind -]) / [HInd]
pKA = pH + lg [HInd] / ([H+][Ind -]) ;
Индикаторы основного типа :
Ind + H+ → IndH+ ; KB = [IndH+] / [Ind] [H+] ;
pKB = lg [Ind] / [IndH+] - pH
Ионизированная неионизированная формы индикаторов имеют различный цвет.
Изменение цвета объясняется превращениями хромофорных групп молекуле индикатора.
Наиб фенольные группы под воздействием щелочной среды способны переходить в
хиноидные, придающие молекулы индикатора красный или малиновый цвет, вследствие
образования системы сопряженной π связи.
При применении конц. ионов водорода в р-ре происходит сдвиг равновесия, количество
одной из форм уменьшается, другой – возрастает и окраска р-ра изменяется.
Например ф/ф при [H+]>10-9 (pH<9) существует в осн. в бесцветной не ионизируемой
форме, при [H+]>10-9 (pH>9) ионизируемой форме малиново-красного цвета (образование
коллоидной формы). Изменения цвета индикатора происходит не сразу, скачком, а в
некотором интервале с изменением pH, который называют интервалом перехода
индикатора. Каждый индикатор имеет свой интервал перехода, который зависит от
особенности структуры индикатора. Кроме интервала перехода индикаторы
характеризуются показателем титрования pT, который равен pH середины перехода, когда
50% молекул индикатора перешло из одной формы в другую и концентрации обеих форм
уравнялись:[Ind-]=[HInd]. В этом случае константа равновесия системы HInd/ Ind- также
равна pH среды
pK= pH +lg [HInd] /[Ind-] =pH +lg1 =pH ; pK =pK1=pT
Например м/о изменяет окраску от красной до желтой в интервале pH 3,1-4,4 и имеет
показатель титрования pT =4,0 т.к. при pH=4 половина его молекул находиться в не
ионизируемой, половина в ионизируемой форме.
3. Задача 1. Вычислить для 0,1135 н HCl титрования раствора и титрования его по
CaO.
Дано:
Ct=0,1135 моль/л
THCl/CaO -?
THCl = CHCl * MЭHCl /1000 = 0,1135*36,5/1000= 0,004138 г/мл
Титр по определяемому в-ву можно вычеслить по формуле:
THCl/CaO = CHCl * MЭCaO /1000 = 0,1135*28,0397/1000= 0,003182 г/мл
Задача 2. Чему равен титр р-ра H2SO4 если для получения 3л этого р-ра взято 25мл
H2SO4 ρ=1,515 (61,54%)
Дано:
V1( H2SO4)=25 мл
V( H2SO4)=3л
m(H2SO4)=V* ρ* ω=25*1,515*0,6154=23,3 г
ρ=1,515
ω(H2SO4)=61,54%
T (H2SO4 )= m/V=23,3/3000=0,007769 г/мл
T (H2SO4 )-?
Задача 3. Какому объему точно 0,1 н. р-ра HCl соответствует 21мл 0,1н р-ра. NaOH
Поправочный коэффициент равен отношению практически взятой навески и
теоретически вычисляемой. K=0,950
Дано:
Cэ1 =0,1 моль/л
Cэ = K Cэ1 =0,95*0,1=0,095 моль/л
Cэ2 =0,1 моль/л
V2 =21 мл
C1 /C2 =V1 /V2 V1= C1 *C2/V2 =0,095 *21/0,1= 18,95мл
(HCl)
K=0,950
V1 - ?