Контрольная работа № 10. Кислотно-основное титрование (стр. 3 )

После охлаждения раствора непрореагировавшую серную кислоту оттитровали 15,64 мл 0,1020 моль/л гидроксида натрия. Вычислите массовую долю гексаметилентетрамина в уротропине.

Ответ: 0,9699

13. Навеску препарата нитроглицерина массой 0,1005 г обработали щелочью в присутствии сплава Деварда:

С3H5(ONO2)3 + 3NaOH ® 3NaNO3 + С3H5(OH)3

NаNO3 + 4Zn + 7NaОН + 6Н2О ® NH3 + 4Na2[Zn(OH)4].

Образовавшийся аммиак отогнали и поглотили 25,00 мл раствора Н2SО4, избыток Н2SО4 оттитровали 12,28 мл раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю (%) нитроглицерина в препарате. С(½Н2SО4) = 0,1000 моль/л, С(NаОН) = 0,09614 моль/л. Ответ: 99,37%

4. Кривые кислотно-основного титрования

Кривые кислотно-основного титрования строят в координатах рН титриметрической системы – объем титранта (или степень оттитрованности). рН находят по формулам, используемым для расчета рН в растворах кислот и оснований, в буферных растворах, растворах гидролизующихся солей.

Для упрощения расчетов примем, что коэффициенты активности ионов равны единице, тогда

pH = – lg a(H3O+) = – lg [H3O+].

Титрование сильной кислоты сильным основанием

Основное уравнение реакции титрования одноосновной кислоты:

H3O+ + OH– ® 2H2O

X T

До точки эквивалентности в растворе избыток сильной кислоты. [Н3О+] рассчитывается из выражения:

являющегося квадратным уравнением относительно [Н3О+]. Решение уравнения:

Если С2(Х)/4 >> Kw (или С(Х) > 10-6 моль/л), то

[Н3О+] = С(Х)

и

pH = – lg C(X).

В точке эквивалентности ионы оксония образуются в результате ионизации молекул воды:

2 H2O Û H3O+ + OH–

[H3О+] = [ОН–] = √ Kw,

После точки эквивалентности в растворе избыток титранта – щелочи. Концентрация [ОН–] рассчитывается из выражения:

являющегося квадратным уравнением относительно [ОН–]. Решение уравнения:

Если С2(T)/4 >> Kw (или С(Т) > 10-6 моль/л), то

[ОН–] = С(Т)

pH = pKw + lg C(T).

Титрование слабой кислоты сильным основанием

Уравнение реакции титрования слабой одноосновной кислоты:

НАn + ОН– ® An– + H2О.

a b

Значение рН раствора до точки эквивалентности определяется присутствием в растворе буферной смеси НАn + Аn–, состоящей из неоттитрованной слабой кислоты и образовавшегося сопряженного основания.

НАn + H2О Û An– + H3О+.

a b

Если Сb >> [H3О+] и Сb >> [ОН–], то

,

где Са = С(Х) и Сb = Сs – молярные концентрации кислоты НАn и ее соли (сопряженного основания Аn–).

Ка – константа ионизации кислоты НАn.

Если вышеуказанные условия не выполняются, формулы для расчета концентрации ионов оксония имеют более сложный характер.

В точке эквивалентности в растворе присутствует только продукт реакции - соль сильного основания и слабой кислоты. Значение рН раствора определяется степенью ионизации слабого основания An–:

Аn– + НОН Û НАn + ОН–

b а

и, если Сb/Кb >400, рассчитывается по формуле:

После точки эквивалентности рН раствора определяется наличием избытка сильного основания – титранта Т и слабого основания Аn– (продукта реакции).

Если С(Т) > 10-6 моль/л и Ка(НАn) >> [H3O+], то концентрация [ОН–] и рН определяются по формулам:

[ОН–] = С(Т)

pH =pKw + lg C(T).

Если вышеуказанные условия не выполняются, формулы для расчета концентрации [ОН–] имеют более сложный характер.

Титрование слабого основания сильной кислотой

Уравнение реакции титрования однокислотного основания:

В + Н3О+ ® H2O + BH+.

b а

рН раствора до точки эквивалентности определяется присутствием буферной смеси, состоящей из неоттитрованного слабого основания В и его сопряженной кислоты ВН+.

BH+ + H2O Û В + Н3О+.

а b

Если Са >> [ОН–] и Са >> [H3О+], то концентрация [Н3О+] и рН вычисляются по формулам:

где Сb и Са – молярные концентрации основания В и его соли (сопряженной кислоты ВН+),

Кb – константа ионизации основания В.

Если вышеуказанные условия не выполняются, формулы для расчета концентрации [Н3О+] имеют более сложный характер.

В точке эквивалентности в растворе присутствуют только продукты реакции. Значение рН раствора определяется ионизацией слабой кислоты BH+:

BH+ + H2O Û H3O+ + B,

a b

и, если Са /Ка >400, равно:

После точки эквивалентности рН раствора определяется наличием сильной кислоты (избытком титранта Т) и слабой кислоты (продуктом реакции BH+). Если С(Т) > 10-6 моль/л и Кb(B)>> Кw/[Н3О+], то концентрация Н3О+ и рН рассчитываются по формулам:

[Н3О+] = С(Т) ,

pH = – lg C(T)

Если вышеуказанные условия не выполняются, формулы для расчета концентрации ионов оксония имеют более сложный характер.

Титрование солей

Методом кислотно-основного титрования можно определять соли слабых кислот или слабых оснований.

Поскольку анионы слабых кислот являются слабыми основаниями, то их титруют сильными кислотами, например, НСl. рН растворов, образующихся в таких системах, вычисляют по формулам для слабых оснований.

Катионы солей слабых оснований являются слабыми кислотами, поэтому их титруют сильными основаниями. рН растворов вычисляют по формулам для слабых кислот.

В задачах на нахождение рН растворов примем, что t = 22°С, т. е. рКw= 14,00.

Расчет концентраций титруемого вещества, титранта и продукта реакции

До точки эквивалентности в растворе присутствует избыток титруемого вещества X, концентрация которого рассчитывается по формуле:

где n`(1/zX) – количество вещества эквивалента титруемого вещества X, взятого для титрования, моль;

n(1/zТ) – количество вещества эквивалента титранта Т, пошедшего на титрование, моль;

C`(1/z X) – исходная молярная концентрация эквивалента титруемого вещества X в растворе, моль/л;

C`(1/zТ) – исходная молярная концентрация эквивалента титранта Т в растворе, моль/л;

V(Х) – объем раствора титруемого вещества, л;

V(Т) – объем прибавленного титранта, л;

f – степень оттитрованности.

Концентрация образовавшейся соли А (Сs) определяется по формуле:

где А – продукт реакции титрования (соль).

В точке эквивалентности n(1/zТ) = n(1/zX) и в растворе присутствует только образовавшаяся в результате реакции соль (А), концентрация которой определяется по формулам:

После точки эквивалентности в растворе имеется образовавшаяся соль и избыток титранта, концентрации которых определяются по формулам:

Поскольку концентрации растворов при титровании невелики, будем считать, что их плотности равны 1,00 г/мл и при добавлении к V(X) мл раствора определяемого вещества V(Т) мл титранта объем полученного раствора равен [V(X) + V(Т)] мл.

Примеры решения типовых задач

Пример 1. К 20,00 мл раствора с концентрацией НСl 0,100 моль/л в процессе титрования прибавлено: 1) 18,00 мл; 2) 20,00 мл; 3) 20,50 мл раствора гидроксида натрия, С(NаОН) = 0,100 моль/л. Рассчитайте рН полученных растворов (растворы 1, 2 и 3).

Дано: V(НСl) = 20,00 мл= 20,00 ·10-3 л

С`(НСl) = 0,100 моль/л

С`(NaОН) = 0,100 моль/л

V1(NaОН) = 18,00 мл = 18,00·10-3 л

V2(NaОН) = 20,00 мл = 20,00·10-3 л

V3(NaОН) = 20,50 мл = 20,50·10-3 л

_______________________________________

Найти: рН1; рН2; рН3

Решение. Уравнение реакции титрования:

HCl +NaOH ® NaCl +H2O,

fэкв(HCl) = 1, fэкв(NaOH) = 1,

Сравниваем количества вещества НСl и NaОН в растворе 1:

n1(НСl) = n(НСl) = С`(НСl)∙V(НСl) = 0,100∙20,00∙10-3 = 2,00∙10-3 моль

n1(NaОН) = С`(NaОН)∙V1(NaОН) = 0,100∙18,00∙10-3 = = 1,80∙10-3 моль

n1(HCl) > n1(NaOH)

рН раствора определяется избытком кислоты в растворе.

Рассчитываем концентрацию НСl в растворе 1.

С1(НСl) > 10-6 моль/л, поэтому:

pН1 = – lg С1(HCl) = – lg (5,26∙10-3) = 2,28

Определяем рН раствора 2:

n2(HСl) = n(НСl) = 2,00∙10-3 моль

n2(NaОH) = С`(NаОН)∙V2(NaОН) = 0,100∙20,00∙10-3 =2,00∙10-3 моль

n2(HCl) = n2(NaOH)

Кислота и щелочь прореагировали полностью, рН = 7,00.