Титрование сильной кислоты сильным основанием.

Допустим, что для титрования взяли 20 см³ раствора 0,1 моль/дм³ HCl, а в качестве титранта использовали раствор 0,1 моль/дм³ NaOH. Поскольку каждая молекула НСl дает при диссоциации один ион Н⁺, об­щая концентрация водородных ионов в 1 дм³ исходной 0,1 моль/дм³ кислоты составляет 0,1 (или 10 ^-1) моль-ион. Следовательно, рН этого раствора равен 1.

Когда 90 % соляной кислоты будет оттитровано, ионов Н⁺ останется 10 % от первоначального количества, то есть 0,01 (или 10^-2) моль-ион в 1 дм³, а рН раствора станет равен 2. При нейтрализации 99,0 % соляной кислоты рН = 3; при нейтрализации 99,9 % кислоты рН = 4 и т. д. В момент полной нейтрали­зации соляной кислоты титруемый раствор содержит только натрия хлорид и имеет рН = 7. Прибавление избытка натрия гидроксида ведет к увеличению рН раствора, как это показано в табл. 3.1.

Результаты этих вычислений изображают графически. На оси абс-цисс откладывают избыток кислоты или щелочи в разные моменты титрования, а на оси ординат - соответствующие значения рН раствора. Получающийся гра­фик называют кривой титрования.

Ход этой кривой свидетельствует, что в конце титрования сильной кислоты сильным основанием происходит резкий скачок в измене-нии рН раствора. К моменту нейтрализации 99,9 % кислоты рН по­степенно растет от 1 до 4, то есть всего на три единицы, а при переходе от 0,1 % остатка НСl к 0,1 % избытку NaOH рН раствора резко увеличивается с 4 до 10. Это означает, что добавление одной капли щелочи в конце титрова­ния понижает концентрацию ионов Н⁺ с 10 ^-4 до 10 ^-10 моль в литре или в миллион раз.

 

Изменение рН раствора при титровании сильной кислоты сильным основанием

Прибавлено NaOH	Осталось HCl	[H+], моль/дм3	рН
%	мл	%	моль/дм3
0,0 90,0 99,0 99,9	0,0 18,00 19,80 19,98	100,0 10,0 1,0 0,1	0,1 0,01 0,001 0,0001	10 -1 10 -2 10 -3 10 -4
100,0	20,00	0,0	10 -7	10-7
Избыток NaOH
100,1 101,0 110,0 200,0	20,02 20,20 22,00 40,00	0,1 1,0 10,0 100,0	0,0001 0,001 0,01 0,1	10 -10 10 -11 10 -12 10 -13

 

В результате резкого из­менения рН раствора от по­следней капли раствора основания происходит и рез­кое изменение окраски ин­дикатора. При отсутствии скачка рН на кривой титро­вания окраска индикатора изменялась бы постепенно и определить точку эквива­лентности было бы невоз­можно.

 

 

Рис. 3.1. Кривая титрования раствора 0,1 моль/дм3 НСl раствором 0,1 моль/дм3 NaOH

Титрование слабой кислоты сильным основанием

Кривую титрования слабой кислоты сильным основанием рассчитывают несколько иначе, так как при этом концентрацию ионов Н⁺ уже нельзя при­равнивать к общей концентрации кислоты. Ее приходится вычислять с уче­том константы диссоциации кислоты. Не вдаваясь в подробности вычислений, приведем кривую титрования раствора 0,1 моль/дм³ уксусной кис­лоты раствором 0,1 моль/дм³ NaOH (рис.3.2). Интервал скачка рН на ней значительно уже, чем в первом случае. Он простирается от рН = 7,8 (остатка кислоты в 0,1 %) до рН = 10 (∆pH = 2,2 избытка щелочи в 0,1 %). Слабая уксусная кислота посылает в раствор гораздо меньше ионов Н⁺, чем хлороводородная. Поэтому перед началом титрования рН раствора 0,1 моль/дм³ уксусной кислоты равен 3, а не 1, как в случае с хлороводородной кислотой. В ходе титрования рН раствора уксусной кислоты все время остается выше, чем при тех же концентрациях хлороводородной кислоты. Поэтому и скачок на кривой начинается с более высокого значения рН. Заканчивается он, как и впервом случае, при рН = 10, так как титрование производят тем же раствором 0,1 моль/дм³ NaOH.

Получающийся в результате титрования натрия ацетат СН­₃СООNа гидролизуется с образованием некоторого избытка ионов ОН ^-. В связи с этим при титровании слабой кислоты сильной щелочью точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности. Она лежит в щелочной области при рН = 8,9.

Для титрования слабой кислоты сильным основанием пригоден индикатор фенолфталеин. Его показатель титрования входит в пределы скачка рН на кривой и почти совпадает с точкой эквивалентности. Другие индикаторы (метиловый оранжевый, метиловый красный и даже лакмус) не могут быть использованы в этом случае, так как показатели титрования их не входят в интервал скачка.

 

 

Рис. 3.2. Кривая титрования раствора 0,1 моль/дм3 СН3СООН раствором 0,1 моль/дм3 NaOH