Кислотно-основное титрование

К кислотно-основному методу относятся объемные определения, в которых для установления конца титрования используется резкое изменение рН титруемого раствора вблизи точки эквивалентности. Одной из разновидностей метода кислотно-основного титрования является метод нейтрализации. В основе метода нейтрализации лежит реакция взаимодействия ионов водорода (гидроксония) и гидроксид - ионов:

[H₃O⁺] + OH¯ → 2H₂O или H⁺ + OH⁻ →H₂O.

Водородный показатель рН для исходных растворов зависит от концентрации и константы диссоциации электролитов.

Для сильных электролитов, степень электролитической диссоциации которых > 30 %, а константа диссоциацииK_д> 10^–2 (HCl, H₂SO₄, HNO₃ и т.д.) при расчёте рН не учитывается значение К_д.

рН = -lg[H⁺]. (7)

Пример 1.Рассчитать рН 0,01 М раствора HNO₃.

Азотная кислота диссоциирует по уравнению:

HNO₃ ↔ H⁺ +NO₃¯.

Концентрация [H+] = C_HNO3. Тогда [HNO₃] = 0,01 = 10^–2моль/дм³; [H⁺] = 10^–2; pH = –lg [H⁺] = 2;

Пример 2. Рассчитать рН 0,02 М раствораH₂SO₄:

Серная кислота диссоциирует по уравнению:

H₂SO₄ ↔ 2Н⁺ + SO₄^2-.

[H+] = 2⋅С_H2SO4 = 2 ⋅ 0,02 = 0,04 моль/дм³;

pH = –lg4 ⋅ 10^–2 = 2 – lg4 = 2 – 0,6 = 1,4.

Для слабых кислот (K_к< 10^–2)при расчёте концентрации [H⁺] учитывается значение К_д.

(8)

Подставляем значение [H⁺] в формулу (7) и логарифмируем, получаем:

рН = ½ рК_к – ½ lgC_к, (9)

где рК_к = -lgК_к, С_к – концентрация кислоты.

Расчёт рН для слабых оснований (K_o< 10^–2). Концентрацию ионов водорода рассчитывают по выражению:

(10)

Подставляем значение [H+] в формулу (7) и логарифмируем, получаем:

рН = 14 – ½ рК₀+½ lgC_осн, (11)

где рК₀ = -lgK₀, C_осн – концентрация слабого основания.

Титранты – HCl, H₂SO₄ для определения щелочных компонентов, NaOH, KOH для определения кислотных компонентов. Эти вещества не соответствуют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам, поэтому их концентрацию определяют по первичным стандартам.

В качестве таковых выступают: бура Na₂B₄O₇⋅10H₂O, Na₂CO₃ (б/в), H₂C₂O₄⋅ 2H₂O. Сами титранты – вторичные стандарты.

Методы нейтрализации позволяют определять кислоты, гидроксиды, соли, гидролизующиеся по катиону (аниону), идругие вещества, реагирующие в стехиометрических соотношениях с кислотами и гидроксидами, а также различные смеси.

Процесс нейтрализации можно представить графически в виде кривой титрования, изображающей изменение рН титруемого раствора по мере добавления к нему стандартного раствора кислоты или щелочи. На основании кривых титрования проводят выбор индикатора, что является самым важным в методе нейтрализации.

Момент эквивалентности устанавливают индикаторным методом по изменению окраски индикатора, 1-2 капли которого добавляют в титруемый раствор перед титрованием.

Резкое изменение рН вблизи ТЭ называется скачком титрования.