Титрметрлік талдаудағы протолиттік реакциялар

 

Титрлеу үшін дұрыс реакция және индикатор таңдау үшін, сол процестің сипаттамасын білу қажет, яғни құйылған титранттың көлеміне байланысты ерітіндінің рН-ның өзгеруін көрсететін титрлеу қисығын тұрғызу қажет.

1. Күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу. Мысалы 10,00мл 0,100 моль/л тұз қышқылын 0,100моль/л натрий гидроксидімен титрлеуін қарастырайық:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

V(HCl) = 10 мл

C_H(HCl) = 0.100 моль/л

C_H(NaOH) = 0.100 моль/л

1. Титрленгенге дейін рН = -lg[H⁺] = -lgC_H(HCl) = -lg10^-1 = 1.

Эквиваленттік нүктеге жеткенше ерітіндінің рН-ы титрленбей қалған бос қышқылдың аналитикалық концентрациясымен анықталады:

2. 5,00 мл 0,100 моль/л NaOH қосылса, рН = -lg 3.3·10^-2 = 1.5

3. 9,00 мл рН = 2,3

4. 9,90 мл рН = 3,3

5. 9,99 мл рН = 4,3

6. эквиваленттік нүктеде [H⁺]=[OH^-]=10^-7, рН = 7

7. эквиваленттік нүктеден кейін, негіздің артық мөлшері құйылғандықтан, ерітіндінің рН-ы артық құйылған негіздің ьос концентрациясымен анықталады:

8. 10,01 мл рН = 9,7

9. 10,10 мл рН = 10,7

10. 11,00 мл рН = 11,7

11. 15,00 мл рН = 12,3

12. 20,00 мл рН = 12,5

Эквивалентті нүктені анықтауға рТ мәні 4,3-9,7 рН аралығында жататын индикаторларды пайдалануға болады. Олар метилоранж (4,0), метилді қызыл (5,5), фенолды қызыл (7,5), фенолфталеин (9,0).

Әлсіз қышқылды титрлеуінің мысалы ретінде сірке қышқылын натрий гидроксиді ерітіндісімен титрлеуді қарастырайық. Сірке қышқылы әлсіз қынқыл болғандықтан, оның протолиздену реакциясы аз мөлшерде жүреді:

CH₃COOH + H₂O = H₂O⁺ + CH₃COO^-.

pK_A = 4.74

–K_A мәні төмен болғандықтан [CH₃COOH] = C(CH₃COOH) деп алуға болады.

[H⁺] = [CH₃COO^-], [H⁺] = √K_A·C_A(CH₃COOH).

pH = ½ pK_A – ½ lgC.

1. Титрленгенге дейін pH = ½ ·4,74 – ½ lg0,1 = 2.87

2. Эквивалентті нүктеге дейін ерітіндідегі бос қышқылмен қатар реакцияласу нәтижесінде пайда болған осы қышқылдың тұзы жүреді. 9 мл натрий гидроксиді қосылса, 1,00мл сірке қышқылы реакцияға түспей қалады да, 9,00мл 0,100 моль/л натрий ацетаты пайда болады.

[CH₃COOH] = C(CH₃COOH); [CH₃COO^-] = C(CH₃COONa);

теңдеуден

3. +9,90 мл pH = 6,74

4. +9,99 мл pH = 7,74

5. +10,00 мл 0,100 моль/л NaOH. Эквивалентті нүктеде ерітіндіде тек натрий ацетаты тұзы болады, оның концентрациясы қышқылдың концентрациясына тең 0,100 моль/л. CH₃COONa →CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COO^- + H₂O → CH₃COOH + OH^-

осыдан

pOH = ½ pK_W – ½ pK_A – ½ lg C_тұз, сонда рН = 8.87

6. эквивалентті нүктеден кейін ерітінідіде натрий гидроксидінің артық мөлшері пайда болады да, рН бос жүрген натрий гидроксидімен анықталады.

рОН = 4.3; pH = 9.7

7. +10.10мл [OH^-] = 5.0·10^-4; рОН = 3.3; pH = 10.7

8. +11.0мл [OH^-] = 5.0·10^-3; рОН = 2.3; pH = 11.7

9. + 15.0мл [OH^-] = 2.0·10^-2; рОН = 1.7; pH = 12.3

Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу қисығының эквивалентті бөлігі ерітіндінің рН 7-ден жоғары аймағында жатыр. Сондықтан бұл жағдайда эквивалентті нүктені анықтауға индикатор ретінде рТ = 9 тең фенолфталеинді ғана қолдануға болады.

Тағы да ескеретін жағдай ерітінділердің концентрациясымен қатар эквивалентті бөлшектің мәні қышқылдың протолиздену константасымен де анықталынады. Сондықтан келесі жағдай сақталынуы керек: К_А·С_А ≥ 1·10^-8. Сонда ғана эквивалентті нүктені анықтауға мүмкіншілік болады.

 

Көппротонды қышқылдар мен негіздерді және олардың

Тұздарын титрлеу.

Көппротонды қышқылдарды күшті негізбен титрлегенде титрлеудің бірнеше сатысын алуға болады. Титрлеу жолы қышқылдың протон санына және әр сатыға сәйкес қышқылдық константалар мәніне байланысты.

Эквивалентті бөлігі жақсы көрінетін қисық алу үшін:

1. К_А(1) және К_А(2) мәндері К_А·С_НА ≥ 1·10^-8 шартқа сәйкес болуы керек.

2. шартқа сәйкес болуы керек.

Қорытынды:

1. фосфор қышқылы екі сатыда титрленеді

2. 1-ші сатысында H₃PO₄ + OH^- → H₂PO₄^- + H₂O, индикатор ретінде метилоранж қолдануға болады.

3. 2-ші сатысында H₃PO₄ + 2OH^- → HPO₄^2- + H₂O, индикатор ретінде фенолфталеин қолданылады. Фенолфталеин индикаторы қатысында бірінші эквивалентті нүктені көре алмаймыз, бірден 2 моль натрий гидолксиді әрекеттескенше титрленеді.

Көпнегізді әлсіз қышқылдар мен сілтілік металдардың тұздары әлсіз негіздік қасиет көрсетеді, оларды екі индикатор пайдаланып қышқылдармен титрлеуге болады.

Екі индикатор қолданып натрий гидроксиді мен натрий гидрокарбонаты немесе натрий гидрокарбонаты мен натрий гтдрокарбонаты қоспаларын титрлеуге мүмкіншілік береді.

1. фенолфталеин мен метилқызыл қатысында жұмсалған қышқылдың көлемдері бірдей болса V_ф (HCl) ₌ V_M(HCl). Бұл жағдайда ерітіндіде тек натрий карбонаты болғаны, яғни фенолфталеин қатысында ½ натрий карбонаты титрленеді, ал қалған ½ натрий карбонаты метилқызғылт қатысында титрленеді.

2. V_ф (HCl) › V_M(HCl), бұл жағдайда ерітіндіде натрий гидроксиді мен натрий карбонаты қоспасы болғаны.

3. V_M (HCl) › V_ф (HCl) немесе V_ф (HCl) ‹ V_M(HCl). Бұл жағдайда ерітіндіде натрий карбонаты мен натрий гидрокарбонаты қоспасы болғаны.

4. V_ф (HCl) › 0, V_M(HCl) = 0. Бұл жағдайда тек натрий гидроксиді (калий гидроксиді) болы мүмкін.

5. V_ф (HCl) = 0, V_M(HCl) › 0. Бұл жағдайда ерітіндіде тек натрий гидрокарбонаты болуы мүмкін.