Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

”Сибирский Государственный технологический университет”

Кафедра аналитической химии и технологии электрохимических производств

Факультет Химических Технологий

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

РАСЧЁТ КРИВЫХ ТИТРОВАНИЯ

Руководитель:

______________________________

(подпись)

______________________________

(дата, оценка)

Разработал:

Студент группы 62-3

________________

(подпись)

_________________________

(дата)

Задание

Рассмотрим титрование сильной кислоты сильным основанием на примере титрования соляной кислоты раствором гидроксида натрия.

HCl+NaOH → NaCl+H2O - в молекулярной форме,

H+ + OH- → H2O - в ионной форме.

Пусть титруется 100см3 раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,25 моль/дм3 раствором основания NaOH с молярной концентрацией эквивалента 0,2 моль/дм3. При расчете кривой титрования необходимо рассмотреть и определить значение pH в начальный момент, в процессе титрования, в точке эквивалентности, и за точкой эквивалентности.

1. В начальный момент у нас имеется раствор сильной кислоты. Не учитывая изменения ионной силы раствора, определим водородный показатель раствора pH по формуле:

,

где [H+]- молярная концентрация эквивалента кислоты, моль/дм3.

С[1/1HCl]=0.25 моль/дм3. =-lg0.25=0.6.

2 В процессе титрования, при добавлении к кислоте раствора гидроксида натрия часть кислоты расходуется на образование поваренной соли - хлорида натрия NaCl, поэтому концентрация ионов водорода до точки эквивалентности начинает уменьшаться. Молярную концентрацию эквивалента кислоты в процессе титрования рассчитываем по формуле:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

где- молярная концентрация эквивалента щелочи, моль/дм3,

добавленной в процессе титрования. Обозначим её через Сщ;

V(HCl)- объем кислоты, взятой для анализа, см3, V(HCl)= Vк;

V(NaOH)- объем щелочи, добавленной в процессе титрования, см3, V(NaOH)=Vщ.

Тогда формула (1.2) примет вид:

а) Пусть добавлено 50 см3 NaOH, тогда

,

Аналогично рассчитываем pH в точках, когда добавлено 90; 99; 99,9 см3 раствора NaOH.

б) Добавлено 90 см3 NaOH,

в)добавлено 124 см

г)добавлено 124,9 см

3. В точке эквивалентности добавлено 125 см3 раствора NaOH, т. е. в раствор вводят как раз эквивалентное имевшейся кислоте количество щелочи, т. е. достигают точки эквивалентности. В этот момент раствор будет содержать только образовавшуюся при реакции соль NaCl. Но так как последняя не подвергается гидролизу, pH раствора можно определить, исходя из ионного произведения воды.

4. За точкой эквивалентности наблюдается избыток щелочи. В этом случае расчет pH, без учета разбавления, проводится по формуле расчета pH сильного основания

где гидроксильный показатель раствора.

а) Пусть добавлено125,1 см3 раствора NaOH,

б) Добавлено 126 см3 раствора NaOH,

в) Добавлено 135 см3 раствора NaOH,

г) Добавлено 150 см3 раствора NaOH,

№

Добавлено

NaOH; см3

Концентрация

[H+]

[OH-]

pH

Ск

Сщ

1

0.0

0.25

0.6020

2

10.0

0.2090

0.6798

3

20.0

0.1750

0.7569

4

30.0

0.1461

0.8353

5

40.0

0.1214

0.9157

6

50.0

0.1000

1.0000

7

60.0

0.0812

1.0904

8

70.0

0.0647

1.1890

9

80.0

0.0500

1.3010

10

90.0

0.0368

1.4341

11

100.0

0.0250

1.6020

12

110.0

0.0142

1.8477

13

120.0

0.0045

2.3467

14

124.0

0.0008

3.0492

15

124.9

0.00008

4.0510

16

125.0

0.00000

7

17

125.1

0.00008

9.9486

18

126.0

0.0008

10.9466

19

135.0

0.0085

11.9299

20

150.0

0.0200

12.3010

Выделенные строки в таблице соответствуют началу скачка - строка 15, точке эквивалентности - строка 16, концу скачка - строка 14.

По данным таблицы построим график кривой титрования:

Добавлено NaOH (см3)

Ход кривой, слева направо характеризует изменение pH при титровании кислоты щелочью. Наоборот, справа налево - соответствует изменению pH при титровании щелочи кислотой.

Рассматривая кривую титрования, прежде всего, замечаем, что точка эквивалентности совпадает в данном случае с точкой нейтрализации (pH=7). Далее обращает на себя внимание чрезвычайно резкий скачок pH при переходе от 0,1 см3 избытка кислоты к 0,1 см3 избытка щелочи. Значение pH при этом изменяется на 5,8 единицы (от 4,05 до 9,94). Какие же выводы можно сделать из особенностей кривой титрования в отношении выбора индикатора?

Выбор индикатора

На первый взгляд может показаться, что должен быть употреблен такой индикатор, окраска которого меняется про pH =7, т. е. в точке эквивалентности. Например лакмус или бриллиантовый синий, показатели титрования которых около7.

Однако, если учесть, отмеченный выше скачок pH на кривой титрования, то станет ясно, что с таким же успехом можно было бы применить. Например, метиловый оранжевый, хотя с ним титрование заканчивается не при pH=7, а при pH=4, или фенолфталеин(pH раствора будет 9,7). Вследствии несовпадения pT выбранного индикатора и pH титруемого раствора в точке эквивалентности, раствор обычно либо несколько раз перетитровывают, либо, наоборот, недотитровывают. В результате, по окончании титрования, раствор содержит некоторый избыток свободной кислоты или свободной щелочи. Если значение pT<pH в точке эквивалентности, то ошибка называется избытком Н+- иона и называется водородной «Н+ - ошибкой».

В противном случае, когда pT>pH, ошибка вызвана избытком ОН - и называется гидроксильной «ОН- - ошибкой». Важен знак ошибки. Если титруют кислоту и получают Н+ - ошибку, то какая-то часть кислоты остается неоттированной, и ошибка получается со знаком минус (-). Наоборот, если при титровании кислоты получают ОН- - ошибку, то ошибка имеет знак (+), так как вызвана избытком ОН - - ионов.

Рассчитаем индикаторную ошибку титрования. Возьмем индикатор метилоранж, для которого pT=4. Воспользуемся формулой:

где pT - показатель титрования индикатора;

V1- первоначальный объем кислоты, см3;

V2- объем раствора в конце титрования, см3

- молярная концентрация кислоты.

.

Величина 0,1% не выходит за обычные пределы аналитических погрешностей, следовательно, метиловый оранжевый применять можно.

Для фенолфталеина речь идет о гидроксильной ошибке титрования.

Получаем:

Таким образом, и фенолфталеин для титрования вполне пригоден.

Из всего вышеприведенного нетрудно сформулировать основное правило выбора индикатора титрования: для каждого данного титрования можно применять только те индикаторы, показатели титрования которых лежат в пределах скачка pH не кривой титрования.

Литература:

, ,

Аналитическая химия. Расчет кривых титрования: Учебное пособие для студентов специальностей 2506, 2603, 2603с, 3207 дневной и заочной формы обучения.

- Красноярск: СибГТУ, 2002 – 38с.