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 диссоциацииKд> 10–2 (HCl, H2SO4, HNO3 и т.д.) при расчёте рН не учитывается значение Кд.
рН = -lg[H+]. (7)
Пример 1.Рассчитать рН 0,01 М раствора HNO3.
Азотная кислота диссоциирует по уравнению:
HNO3 ↔ H+ +NO3¯.
Концентрация [H+] = CHNO3. 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+ + SO42-.
[H+] = 2⋅СH2SO4 = 2 ⋅ 0,02 = 0,04 моль/дм3;
pH = –lg4 ⋅ 10–2 = 2 – lg4 = 2 – 0,6 = 1,4.
Для слабых кислот (Kк< 10–2)при расчёте концентрации [H+] учитывается значение Кд.
(8)
Подставляем значение [H+] в формулу (7) и логарифмируем, получаем:
рН = ½ рКк – ½ lgCк, (9)
где рКк = -lgКк, Ск – концентрация кислоты.
Расчёт рН для слабых оснований (Ko< 10–2). Концентрацию ионов водорода рассчитывают по выражению:
(10)
Подставляем значение [H+] в формулу (7) и логарифмируем, получаем:
рН = 14 – ½ рК0+½ lgCосн, (11)
где рК0 = -lgK0, Cосн – 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.
