Рассчитайте и постройте кривую титрования 0,1 М раствора слабой кислоты (Ка = 6,6∙10–5) раствором гидроксида натрия той же концентрации. Определите концентрацию ионов водорода и рН при степени оттитрованности раствора
f : 0; 10; 50; 75; 90; 99; 99,9; 100 и 100,1; 101 и 110 %. Укажите пределы скачка кривой титрования и подберите не менее двух индикаторов для этого титрования, рассчитайте ошибки, возникающие при использовании выбранных индикаторов.
Решение
Обозначим НХ – слабая кислота; уравнение реакции при титровании:
НХ + NaОН = NaХ + H2O
Пусть для титрования взято 100 см3 0,1 М раствора НХ.
Для упрощения расчетов разбавление раствора при титровании учитывать не будем.
Кривую титрования строим по расчетным точкам на следующих этапах титрования:
1. Начальная точка;
2. Область до точки эквивалентности;
3. Точка эквивалентности (ТЭ);
4. Область после точки эквивалентности.
1. Начальная точка.
В растворе только слабая кислота, концентрация С0 = 0,1 М; Ка = 6,6∙10–5,
= –lg Ка = 4,18.
Концентрация ионов
рН =
2. Область до точки эквивалентности.
Степень оттитрованности раствора f – это отношение количества добавленного тит-ранта (nт) к исходному количеству титруемого вещества (n0), выраженное в %:
так как концентрации титранта (Ст) и титруемого вещества (С0) одинаковы.
До точки эквивалентности (f < 100%) раствор представляет собой буферный раствор, состоящий из HХ и NaX, в которой концентрация соли пропорциональна степени от-титрованности и возрастает по ходу титрования
. рН буферного раствора слабой кисло-ты и ее соли с сильным основанием равен:
3. Точка эквивалентности (ТЭ).
В точке эквивалентности (f =100%) имеем раствор соли NaX, образованной слабой кис-лотой и сильным основанием; рН раствора обусловлен гидролизом этой соли.
,
где Кв = 10–14 – ионное произведение воды.
4. Область после точки эквивалентности.
После точки эквивалентности рН раствора определяется избытком раствора NaOH.
[OH–] = ; рОН = –;
Составим расчетную таблицу значений рН и построим кривую титрования.
Степень оттитро-
ванности, f , % Состав раствора рН
0 HХ 2,59
10 HХ + NaX
3,23
50 HХ + NaX
4,18
75 HХ + NaX
4,65
90 HХ + NaX
5,13
99 HХ + NaX
6,18
99,9 HХ + NaX
7,18
100 NaX
8,59
100,1 NaX + NaOH 10,00
101 NaX + NaOH 11,00
110 NaX + NaOH 12,00
По кривой титрования видно, что вначале происходит плавное возрастание рН в ходе
титрования, а в области точки эквивалентности (ТЭ) происходит скачкообразное изме-нение рН; точка эквивалентности рН =8,59 лежит в щелочной области, выше линии нейтральности (рН = 7).
Величиной скачка титрования считают изменение рН от состояния, когда раствор недо-
титрован на 0,1% (f = 99,9%), к состоянию, когда он на 0,1% перетитрован (f = 100,1%)