ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Часть 10
[н+]=адон-].
При титровании раствора сильного основания раствором
210
сильной кислоты (Н + ] = С [/экв (НА) НА] „зб = {С [/зк, (НА) НА] VHA— С \fm (В) В] „„ X XVB)/(1/ha+KB)
10"
Пример 1. Кривая титрования 100,00 мл 0,1000 М раствора НС1 0,2000 М раствором NaOH. 1-й этап:
[Н+]
моль/л, рН = — Ig Ю-1 = 1,00.
2- й этап: а) оттитровано 50% НС1 (т. е. 50 мл). Для нейтра¬лизации 50 мл 0,1000 М раствора HCI необходим объем 0,2000 М раствора NaOH, равный
VNaOH = 50-0,1000/0,2000 = 25 мл>
[Н + ] = 0,1000 -100,00 — 0,2000-25,00/(100,00 + 25,00) = = 4,00- 10"2 моль/л, рН = 2 —Ig4,00=l,39; б) начало скачка титрования — оттитровано 99,9% НС1 (т. е. 99,9 мл). Для нейтрализации 99,9 мл 0,1000 М раствора НС1 не¬обходим объем 0,2000 М раствора NaOH, равный
KNaO н = 99,9 • 0,1000/0,2000 = 49,95 мл, [Н+] =0,1000- 100,00-0,2000-49,95/(100,00 + 49,95) = = 6,66- 10~5 моль/л, рН = 5 —lg6,66 = 4,17.
3- й этап: оттитровано 100% НО (т. е. 100 мл). Для нейтрали¬зации 10Q мл 0,1000 М раствора НС1 необходим объем 0,2000 М ра¬створа NAOH, равный
v'NaOH=l00-0.1000/0,2000 = 50 мл, [Н+] = 10~7 моль/л, рН = 7,00.
4- й этап: конец скачка титрования — добавлено 0,1% избытка раствора NaOH, т. е. 50-0,1/100 = 0,05 мл. Тогда
[ОН- ] = 0,05- 0,2000/ (100,00 + 50,05) = 6,66-10"5 моль/л,
рОН = 5- lg6,66 = 4,17; рН = 14,00 — 4,17 = 9,83.
Расчетные данные сведены в табл. 13.1.
}Интервал перехода окраски фенолфталеина (8,0-10,0) ТЭ Линия
Рис. 13.2. Кривая титрования 0,1000 М раствора НС1 0,2000 М рас¬твором NaOH
0 50 Уш.мл
Рис. 13.3. Кривая титрования 0,1000 М раствора NaOH 0,2000 М рас¬твором HCI
Кривые титрования сильных одноосновных протолитов характеризуются большим скачком титрования (5—6 еди¬ниц рН), а также совпадением точки эквивалентности ТЭ с точкой нейтральности ТН* (рис. 13.2, 13.3). Кривые сим¬метричны относительно ТН.
ТН — точка на кривой титрования, в которой рН = 7.
212
13.2.2. Кривые титрования слабых одноосновных протолитов
1. До начала титрования (первый этап) раствор содержит только слабую кислоту или слабое основание концентрации С [/экв (НА) НА] или С [/экв (В) В]. В водном растворе слабой кислоты устанавливаются равновесия:
НА+Н20 НзО++А"; 2Н20 4=fc Н3О++ОН-и [Н+] = [Н+]НА+[Н+]Н20.
Если [Н+] составляет можно принять [НА] =VA:/[/3KB(HA)HA]„cx . Для основания В соответственно: В + Н20 ч=ь НВ++ОН-,
В присутствии кислоты НА (КА> Кн,о) Диссоциация воды подавлена и [Н+]Нг0 можно пренебречь, тогда [Н+]«[Н+]НА и [Н+]НА=[А-], *л=[Н + ] [А-]/[НА] = [Н+]7[НА] и [H+]=Vtf„[HA].
2Н20
не более 5% С[/ЭКВ(НА)НА], С [/,„„( НА) НА] исх и [Н + ] = водного раствора слабого
Н30++ОН-
[он-j =VA:BC[F,KB(B)B],
[Н + ] =KwHKBC[f,„(V)B]„cs.
2. На втором этапе титрования число молей эквивалента титруемого вещества больше числа молей эквивалента титранта: я [/ЭКв (НА) НА] > я [/ЭКВ(В)В]. В процессе титрова¬ния протекает реакция
НА+ОН- ,=fc Н20+А-,
образуется соль слабой кислоты и сильного основания (А- — анионное основание) в количестве, эквивалентном количеству добавленного титранта (раствора сильного основания):
[А"J = С [/». (А-) A-J = С [/экв (В) В] IV (VHA+ VB)
(с учетом разбавления).
Кроме того, в растворе остается определенное количество не нейтрализованной слабой кислоты:
[НА] ост = С [/,кв(НА) НА]ост= (С [/эк„ (НА) НА] исхКнА--C[U(B)B] VB)/(VHA+VB),
где ^НА — исходный объем раствора кислоты, мл; VB — объем прибавленного раствора титранта, мл.
Таким образом, в каждый момент титрования, вплоть до точки эквивалентности, в растворе находятся слабая кислота и ее соль, т. е. буферный раствор. Подставляя
213
выражения для нахождения С [/экв (А-) А- ] и С[/ЭквХ Х(НА)НА]ост в формулу для вычисления [Н+] буферного раствора (см. разд. 2.1), получим:
[Н+] =Кд(С[/экв(НА)НА]„схКНА- С[/5КВ(В)В]КВ}/ /(С[/.„(В)В] Кв).
Соответственно при титровании раствора слабого осно¬вания В сильной кислотой образуется соль сильной кислоты и слабого основания (ВН+ — катионная кислота) в количе¬стве, эквивалентном количеству добавленного титранта (ра¬створа кислоты):
[ВН + ] = С [/зкв (ВН+) (ВН+) ] = С [/,», (НА) НА] КНА/ (VB+VHA).
Кроме того, в растворе остается определенное количество не нейтрализованного слабого основания:
[В] ост = С [/экв (В) В] ост = (С [/экв (В) В] исх vB-- С [/экв (НА) НА] VHA}/iVB+VHA).
В результате в растворе в каждый момент титрования нахо¬дятся слабое основание и его соль, т. е. буферный раствор. Тогда
[ОН"] =/Св(С[/зкв(В)В]исхКв-С[/экв(НА)НА] КНА|/
/(С[/ЭКВ(НА)НА]КНА), IH+]=KWC [/э,в(НА) НА] VHA/Kb[C [/экв(В) В] исх VB-