Вопрос №4 Титрование сильных и слабых кислот и оснований

Кислотно ‑όсновное титрование – быстрый и точный количественный метод определения веществ, обладающих кислотными или основными свойствами.

Методом определяют десятки неорганических и сотни органических кислот и оснований различных типов. Кроме того, существует ряд методик количественного определения ионов металлов и неметаллов кислотно ─ όсновным титрованием.

В основе метода при титровании в водных растворах лежит протолитическая реакция:

Н₃О⁺ + ОН^─ 2Н₂О

В расчетных формулах ( кроме уравнений реакций ) для упрощения вместо иона гидроксонияН₃О⁺ обычно пишут Н⁺, помня, что в растворе протон существует в сольватированном состоянии. Для простоты расчетов также полагают коэффициенты активности равными единице.

Титрантами в ацидиметрии являются стандартные растворы HCl и H₂SO₄ (реже – HClO₄ или CH₃COOH), а в алкалиметрии – стандартный раствор NaOH. Поскольку точное содержание этих реагентов в промышленных реактивах неизвестно, то из них вначале приготавливают растворы с приблизительно известной концентрацией. Стандартизацию (точное определение концентрации) этих растворов проводят по стандартным веществам, химический состав которых точно известен и которые химически устойчивы на воздухе

В ацидиметрии это безводная сода Na₂CO₃ или бура Na₂B₄O₇·10H₂O:

Na₂CO₃ + HCl =NaHCO₃ + NaCl

Na₂CO₃ + 2HCl =2NaCl + H₂O + CO₂↑

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O= 2NaCl + 4H₃BO₃

а в алкалиметрии – гидрофталат калия COOHC₆H₄COOK, щавелевая H₂C₂O₄·2H₂O или бензойная (C₆H₅COOH) кислоты:

COOHC₆H₄COOK + NaOH = NaOOHC₆H₄COOK + H₂O

H₂C₂O₄·2H₂O + 2NaOH = Na₂C₂O₄ + 4H₂O

C₆H₅COOH + NaOH= C₆H₅COONa + H₂O

Концентрация стандартных растворов обычно составляет 0.05‑0.5 моль/л, а титруемые растворы часто разбавляют до концентраций порядка 0.01 моль/л.

Для выбора подходящего кислотно – оснόвного индикатора, с помощью которого регистрируют КТТ, в кислотно - оснόвных титрованиях строят, как правило, логарифмические кривые титрования в координатах рН (– lg[H⁺]) =f(τ).Вычисление концентрации ионов водорода обычно производят с точностью до двух значащих цифр. Такая точность вполне достаточна для выбора индикатора и оценки индикаторных погрешностей титрования.

Титрование сильной кислоты сильным основанием.До начала титрования раствор содержит только титруемую кислоту. При титровании сильной кислотыравновесная концентрация ионов водорода равна аналитической концентрации кислоты:[H⁺] = , где - молярная концентрация или молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) кислоты

До ТЭ значение рН практически определяется только ионами водорода за счет неоттитрованной сильной кислоты. Для расчета равновесной концентрации [H⁺], в зависимости от соотношения концентраций и объемов титранта и титруемого вещества,

используют варианты одного из следующих уравнений

,

где индекс «к» относится к кислоте, а индекс «щ» – к щелочи.

Если разбавлением титруемого раствора можно пренебречь, то

Поскольку рН = ─ lg[H⁺], то после преобразований вышеприведенные уравнения имеют вид

и

За ТЭ наблюдается только избыток титранта. Равновесная концентрация гидроксид ионов [OH^─] рассчитывается по одному из нижеприведенных вариантов уравнения

Значение рН рассчитывают, исходя из константы автопротолиза: рН = К_w ─ рОН,

по одному из вариантов следующего уравнения

Без учета разбавления объема титруемого раствора уравнение (6) преобразуется к виду