«Задания для студенток заочного отделения технологических специальностей Составили. Г. Г. Мельченко В. А. Старовойтова В. П. Гуськова Н. В. Юнникова Г. Н. Микилева В. Ф. Юстратова Л. С. Сизова Утвержд (стр. 11 из 19)

Для построения кривой титрования достаточно рассчитать рН при следующих объемах титранта: 0; 50,00: 99,90: 100,00: 100,10: 101,00: 110,00 см³.

При расчете рН в процессе титрования необходимо учитывать состав титруемой смеси. Если смесь состоит из сильной кислоты и ее соли или сильного основания и его соли, то рН зависит от концентрации кислоты или основания, т.к. соли сильных кислот и оснований не подвергаются гидролизу. Если в состав смеси входят несколько сильных кислот или оснований, то при расчете рН учитывают суммарную концентрацию. В том случае, если в состав раствора входит сильная и слабая кислота, то рН зависит только от концентрации сильной кислоты, т.к. ионизация слабой кислоты будет подавлена. То же самое относится и к смеси сильного и слабого основания.

3.2.1.2. Вычисление рН при построении кривых титрования

При вычислении рН при построении кривых титрования рекомендуем придерживаться следующей последовательности.

1. Запишите уравнение химической реакции между определяемым веществом и титрантом.

2. Если одно вещество или оба относятся к слабым электролитам, то найдите константы ионизации (или рК) этих соединений по справочнику.

3. Определите состав раствора и подберите соответствующие формулы вычисления рН: а) до начала титрования; б) при титровании до точки эквивалентности; в) при достижении точки эквивалентности; г) при титровании после точки эквивалентности (табл. 1).

4. Вычислите значение рН при следующих объемах титранта: 0; 50,00; 99,90; 100,00; 100,10; 101,00; 110,00 см³. Данные занесите в таблицу.

5. Постойте кривую титрования в координатах объем, рН – (V, см³).

6. Определите область скачка на кривой титрования, рН в точке эквивалентности. Подберите три индикатора, интервал перехода которых или рТ (среднее значение интервала перехода индикатора) попадают в скачок на кривой. Индикаторная ошибка титрования будет тем меньше чем ближе значение рТ к рН в точке эквивалентности.

Пример 1. Рассчитайте и постройте кривую титрования гидроксида калия раствором хлороводородной кислоты, С(КОН)=С(НСl)=0,1000 моль/дм³. Подберите три индикатора.

Решение.

1. Записываем уравнение химической реакции:

КОН + НСl KCl + H₂O,

OH^- + H⁺ H₂O.

2. Определяем состав раствора на различных стадиях титрования, подбираем формулы для вычисления рН.

До начала титрования в состав раствора входит гидроксид калия, который относится к сильным основаниям. Расчет рН проводим по формуле (6).

РН = 14 + lg С(КОН), рН = 14 + lg 0,1 = 14 – 1 = 13.

В процессе титрования в растворе находится недотитрованная щелочь и ее соль хлорид калия. В таких растворах рН зависит только от концентрации щелочи. Концентрация щелочи уменьшается в процессе титрования (С_т(КОН)). В любой момент титрования до точки эквивалентности ее можно рассчитать по формуле (13) при Z^* = 1:

где С_Т(КОН) – концентрация щелочи в процессе титрования.

Значение рН рассчитываем по той же формуле (п.1).

В точке эквивалентности в растворе присутствует только соль КСl, образованная сильным основанием и сильной кислотой. Такие соли не подвергаются гидролизу. РН в растворах подобных солей равняется 7.

После точки эквивалентности, когда вводим избыток титранта хлороводородной кислоты, в растворе присутствует сильная кислота и ее соль КСl, которая не оказывает влияние на рН раствора. Расчет рН проводим по формуле (5): рН = - lg С_т(НСl).

Концентрацию кислоты после точки эквивалентности, С_т(НСl), рассчитываем по формуле аналогичной расчету концентрации щелочи:

3. Производим вычисления и заполняем таблицу.

Таблица 3.

Изменение рН в процессе титрования 100 см³ раствора гидроксида калия раствором хлороводородной кислоты, С(КОН) = С(НСl) = 0,1 моль/дм³

V(HCl), См³	Формула расчета рН раствора	Расчет рН раствора
-	рН = 14 + lgC(KOH)	pH = 14 + lg 0,1 = 13
50,00	рН = 14 + lgC_T(KOH)
99,00	-//-//-
99,90	-//-//-
100,00	pH=pOH	рН=7
100,10	pH= - lgC_T(HCl)
101,00	-//-//-

110,00

-//-//-

Строим кривую титрования в координатах рН – V(HCl).

5. Скачок на кривой титрования лежит в пределах рН от 10 до 4, что соответ- ствует объемам V(HCl) от 99,90 до 100,10 см³; рН_экв = 7, V_экв=100,00 см³ .

6. Подбираем три индикатора, рТ которых находится вблизи рН в точке эквивалентности:

Титрование с феноловым красным будет точнее, т.к. рТ индикатора равен рН в точке эквивалентности.

Пример 2. Постройте кривую титрования муравьиной кислоты раствором гидроксида натрия. С(НСООН) = С(NаОН) = 0,1 моль/ дм³, подберите три индикатора.

2. Гидроксид натрия относится к сильным основаниям. Муравьиная кислота полностью не диссоциирует, значение рК(НСООН) = 3,75 (приложение, табл. 2)

3. Определяем состав раствора на различных стадиях титрования и подбираем соответствующие формулы расчета рН.

До начала титрования в растворе присутствует только слабая муравьиная кислота, (формула 7):

В процессе титрования до точки эквивалентности в растворе присутствует недотитрованная слабая кислота и ее соль HCOONa, образующаяся в процессе титрования. Растворы такого состава относят к буферным растворам. Расчет рН проводим по формуле (9), табл. 1:

При вычислении рН в процессе титрования без учета разбавления и при условии равенства первоначальных концентраций кислоты и щелочи отношение С_кисл/С_соли можно заменить отношением объема недотитрованной кислоты к объему добавленного титранта. Например, если к раствору муравьиной кислоты добавим 99,00 см³ щелочи, то в растворе остался недотитрованным 1 см³ муравьиной кислоты (С_кисл) и образовалось 99,00 см³ соли (С_соли), т.е.

В точке эквивалентности в растворе находится только соль HCOONa, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергающаяся гидролизу по аниону. Расчетная формула рН (11), табл. 1:

Концентрацию соли HCOONa в точке эквивалентности принимаем равной первоначальной концентрации муравьиной кислоты. Разбавлением раствора пренебрегаем.

После точки эквивалентности в растворе наряду с солью появляется избыток титранта – щелочи NaOH. Присутствие соли HCOONa не оказывает влияние на рН раствора, который целиком зависит только от концентрации щелочи (форм. 6).

(Расчет С_Т(NaOH) приведен в предыдущем примере при Z^* = 1).

Вычисление рН при титровании 100 см³ раствора муравьиной кислоты раствором гидроксида натрия, С(НСООН) = С(NaOH) = 0,100 моль/дм³

V(NaOH), См³	Формула расчета рН раствора	Расчет рН раствора
-
50,00	pН = pH(HCOOH) –lg
99,00	-//-//-
99,90	-//-//-