Суть, методы и индикаторы метода кислотно-основного титрования

Суть. В основе метода кислотно-основного титрования положена реакция взаимодействия ионов водорода или гидроксония  с гидроксид- ионами , сопровождающаяся образованием слабодиссоциированных молекул воды (растворителя).

 (или упрощенно ).

Согласно протолитической теории кислот и оснований, эту реакцию в общем виде можно представить следующим уравнением:

, в котором и - соответственно основание и кислота, сопряженные исходным.

Этим методом проводят определение кислот, оснований, гидролизующихся солей, азота, серы в органических соединениях. В качестве титрантов обычно используют сильные кислоты и основания, так как реакции с их участием протекают более полно, чем с участием их слабых аналогов.

Прямое титрование в водных растворах возможно в случае определения сильных кислот, щелочей и тех слабых электролитов, константы, ионизации которых не слишком малы:  или . Прямое титрование гидролизующихся солей возможно, если они образованы достаточно слабыми кислотами или основаниями:  или .

На кривых титрования многоосновных кислот и оснований может быть несколько скачков (точек эквивалентности). Титрование таких электролитов по стадиям возможно, если отношение констант ионизации .

Методы. В зависимости от титранта различают методы ацидиметрического (acidum — кислота - определение оснований) и алкалиметрического (alcalis -щелочь – определение кислот) титрования.

В качестве рабочих растворов используют чаще всего растворы кислот хлороводородной и серной, растворы гидроксидов натрия и калия. Поскольку эти кислоты и- гидроксиды не могут быть использованы как исходные вещества для приготовления титрованных растворов, то сначала готовят растворы примерной концентрации, а точный титр и молярную концентрацию эквивалента их устанавливают по исходным веществам, Чаще всего применяют 0,1—0,05 М растворы.

В качестве первичного стандарта для определения концентрации кислот используют тетраборат натрия или карбонат натрия безводный, а для определения концентрации растворов щелочей — щавелевую или янтарную кислоту. Все эти вещества весьма удобны для работы и дают хорошие результаты при титровании.

Индикаторы. Конечную точку титрования устанавливают с помощью кислотно-основных индикаторов. Кислотно-основные индикаторы - это органические красители, обладающие свойствами слабых кислот или оснований, причем их кислотные и основные формы различаются по окраске.

Для определения конечной точки титрования подбирают такой индикатор, у которого величина рТ (показатель титрования) совпадает со значением рН титруемого раствора в точке эквивалентности или находится внутри интервала резкого изменения рН, рассчитанного с допустимой погрешностью титрования.

Оборудование: пипетки Мора и градуированные вместимостью 5 или 10 мл, резиновые груши, бюретки вместимостью 25 мл на штативе; воронки; мерные колбы на 100 мл, конические колбы вместимостью 250 мл, мензурки, цилиндры, электрическая плитка.

Реактивы: раствор первичного стандарта – 0,1 моль /л дигидрат щавелевой кислоты, раствор титранта – гидроксид натрия (приблизительная концентрация 0,1 моль/л), соляная кислота с ρ=1,04 г/мл; индикаторы – растворы фенолфталеина и метилоранжа; дистиллированная вода.

Опыт №1. Установление точной концентрации рабочего раствора NaOH

Цель работы. Научиться стандартизировать титранты по первичному стандарту с применением прямого титрования, а именно: получить навыки работы пипетками Мора, бюретками и выполнения титрования; научиться выбирать индикаторы для конкретных случаев кислотно-основного титрования; научиться выполнять расчеты по результатам титрования.

Принцип метода. В основе метода лежит кислотно-основное титрование и закон эквивалентов: все вещества реагируют друг с другом в строгих весовых соотношениях, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:

Стандартизацию растворов щелочи проводят по дигидрату щавелевой кислоты ; титруют в присутствии фенолфталеина, т.к. среда в точке эквивалентности слабощелочная: . Фактор эквивалентности щавелевой кислоты равен , эквивалентом является половина молекулы щавелевой кислоты, молярная масса эквивалента равна половине молярной массы щавелевой кислоты. Для гидроксида натрия фактор эквивалентности равен 1.

Ход работы:

1. Бюретку промойте рабочим раствором NaOH и доведите уровень раствора в ней до «0» (правила мениска).

2. 5 мл раствора дигидрат щавелевой кислоты с 0,1 моль/л переносите в коническую колбу для титрования, прибавьте 2-3 капли индикатора фенолфталеина и нагревайте на электрической плитке до кипения (до 50-60^оС).

3. Горячий раствор титруйте рабочим раствором NaOH, прибавляя его из бюретки по каплям до появления неисчезающей в течение 30 с бледно-розовой окраски раствора. В точке эквивалента определите по шкале объем раствора  – .

4. Титрование повторите до тех пор, пока не будут получены 3 сходящихся (т.е. отличающихся друг от друга не более чем на 0,1 мл) результата. По окончании титрования бюретку закрывайте пробкой, чтобы раствор щелочи не поглощал углекислый газ из воздуха.

5. Из 3 сходящихся результатов титрования рассчитывайте точную молярную концентрацию эквивалента раствора  по формуле: .

6. Все вышеуказанные данные и результаты расчетов занесите в таблицу №2.1.

Таблица 2.1