Титрование сильной кислоты сильным основанием.

В качестве примера рассмотрим изменение рН при титровании 100 мл

0.1-молярного раствора соляной кислоты раствором гидроксида натрия той же концентрации.

 

Точка 1. До прибавления раствора NaOH первоначальный раствор сильной кислоты, которая полностью диссоциирует на ионы, поэтому концентрация ионов водорода равняется концентрации кислоты.

[ H⁺] = 10^{- 1} моль/л;

рН = - lg [ H⁺] = - lg 10^-1 =1.

 

Точка 2. После добавления 90 мл 0.1- молярного раствора гидроксида натрия общий объем раствора составил 190 мл (в растворе образуется хлорид натрия и остается раствор не прореагировавшей кислоты).

В полученном растворе можно выделить оставшиеся 10 мл 0.1 молярного раствора НСl (электролит, определяющий кислотный характер среды). Концентрацию ионов водорода находят по формуле молярной концентрации НСl в растворе:

[ H⁺] = С_м = m_HCl / М ^. V_р-ра

где m_HCl - масса оставшейся НСl; m_HCl = С_м ^. M ^. V₁

[ H⁺] = С_м ^. M ^. V₁ / М ^. V_р-ра = С_м ^. V₁ / V_р-ра

[ H⁺] = 0.1 ^. 10/ 190 = 5.3 ^. 10^-3

рН = - lg 5.3 ^. 10^-3= 2.3

Аналогично вычисляют рН после прибавления последующих порций гидроксида натрия.

Точка 3. Прибавлено 99мл гидроксида натрия. Общий объем раствора составил 199 мл; в полученном растворе можно выделить 1 мл 0.1 молярного раствора НСl (кислотный характер среды). Концентрацию ионов водорода находят по формуле молярной концентрации НСl в растворе:

[ H⁺] = 0.1 ^. 1/ 199 = 5.0 ^. 10^-4

рН = рН = - lg 5.0 ^. 10^-4 = 3.3

 

Точка 4. Прибавлено 99.9 мл гидроксида натрия. Общий объем раствора составил 199.9 мл; в полученном растворе можно выделить 0.1 мл 0.1 молярного раствора НСl (кислотный характер среды). Концентрацию ионов водорода находят по формуле:

[ H⁺] = 0.1 ^. 0.1/ 199.9 = 5.0 ^. 10^-5

рН = - lg 5.0 ^. 10^-5=4.3

Точка 5. Добавлено 100 мл гидроксида натрия. Уравнение реакции имеет вид: H⁺ + ОН ^- <=> H₂O

В точке эквивалентности: [ H⁺] =[ ОН ^- ] = 10 ^{– 7}

рН = - lg 10^-7 = 7

После точки эквивалентности концентрация ионов водорода определяется избытком раствора NaOH.

 

Точка 6. Добавлено 100.01 мл гидроксида натрия. Объем раствора равен 200.01 мл. Избыток NaOH (характер среды щелочной) составляет 0.01 мл 0.1-молярного раствора. Концентрация гидроксид-ионов равна:

[ ОH^-] = 0.1 ^. 0.01/ 200.01 = 5.0 ^. 10^-6

[ H⁺] = 10 ^-14/ 5.0 ^. 10⁶ = 2 ^. 10^-9

рН = - lg 2 ^. 10^-9 = 8.7

 

Точка 7. Добавлено 100.1 мл гидроксида натрия. Объем раствора равен

200.1 мл. Избыток NaOH составляет 0.1 мл 0.1-молярного раствора. Концентрация гидроксид-ионов равна:

[ ОH^-] = 0.1 ^. 0.1/ 200.1 = 5.0 ^. 10^-5

[ H⁺] = 10 ^-14/ 5.0 ^. 10^-5 = 2 ^. 10^-10

рН = - lg 2 ^. 10^-10 = 9.7

 

Точка 8. Добавлено 101 мл гидроксида натрия. Объем раствора равен

201 мл. Избыток NaOH составляет 1 мл 0.1-молярного раствора. Концентрация гидроксид-ионов равна:

[ ОH^-] = 0.1 ^. 1/ 200.1 = 5.0 ^. 10^-4

[ H⁺] = 10 ^-14/ 5.0 ^. 10^-4 = 2 ^. 10^-11

рН = - lg 2 ^. 10^-11 = 10.7

 

Для построения кривой титрования воспользуемся данными таблицы 2.

Таблица 2. Данные титрования сильной кислоты сильным основанием

 

№	V р-ра NaOH (мл)	Конц. ионов [ H^+]	РН р-ра
	0.0	1.0 ^.10^- 1	1.0
	90.0	5.3 ^. 10^-3	2.3
	99.0	5.0 ^. 10^-4	3.3
	99.9	5.0 ^. 10^-5	4.3
	100.0	1.0 ^.10^-7	7.0
	100.01	2.0 ^. 10^-9	8.7
	100.1	2.0 ^. 10^-10	9.7
	101.0	2.0 ^. 10^-11	10.7

 

По оси абсцисс откладывают объем гидроксида натрия в мл, а по оси ординат – величины рН раствора.

 

 

Рис.1. Кривые титрования 0.1 М раствора НСl раствором NaOH (сплошная линия) и 0.01 М раствора HСl раствором NaOH (пунктирная линия)

 

 

Кривая титрования характеризуется резким изменением рН вблизи точки эквивалентности и идет почти вертикально. Точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности, и кривая имеет симметричный вид относительно точки эквивалентности.

Существенно, что при рН = 4.3 в растворе остается всего 0.1 мл (0.1%) неоттитрованной соляной кислоты, а при рН = 9.7 введен 0.1 мл (0.1%) избытка гидроксида натрия. Поэтому, если индикатор или прибор зафиксирует точку эквивалентности не при рН =7, а в пределах от 4.3 до 9.7 – ошибка титрования не превысит 0.1%.

При титровании более разбавленного раствора кислоты более разбавленным раствором щелочи получается аналогичная кривая, но изменение рН в точке эквивалентности менее резкое. На рисунке пунктиром показана кривая титрования при использовании 0.01 М растворов кислоты и щелочи.

Левая ветвь кривой расположена выше, а правая – ниже соответствующих ветвей для 0.1 М растворов. Это обстоятельство приводит к уменьшению точности титрования.

 

2.2.2. Расчеты рН в р астворах слабых кислот и оснований.

Для рассмотрения других примеров титрования необходимо производить расчет рН растворов слабых кислот и оснований, а также вычисления рН буферных растворов.