Вопрос. Кислотно-основное титрование. Методология построения кривых титрования
Кислотно-основное титрование.
Сущность титриметрического анализа
Титриметрический анализ заключается в измерении объема титранта (раствора точно известной концентрации), затраченного на реакцию с определяемым вещестьвом. Процесс поспенного добавления титранта к анализируемой пробе называется титрованием, а момент завершения реакции – тчкой эквивалентности. Расчет в титриметрическом анализе основан на законе эквивалентности. Условимся в дальнейшем любое анализируемое вещество обозначать «Х», а любой титрант «Т». тогда закон эквивалентности можно записать следующей формулой:
,
где с(1/z Х) – молярная концентрация эквивалента вещества,
V – объем раствора.
Выделим три основных задачи, которые необходимо решить для успешного проведения титриметрического анализа.
1. Необходимо знать точную концентрацию титранта (понятие «точная концентрация» здесь условно; ясно, что опрерируя экспериментальными данными, имеющими приблизительный характер, мы лишь оговариваем степень точности. Точной будем называть такую концентрацию, которая в числовом выражении имеет три значащих цифры, например: 1,38; 0, 0138; 0,400).
2. Необходимо знать точные объемы растворов реагирующих вещестьв, т. е. титранта и анализируемого вещества.
3. Необходимо правильно выбирать реакцию для определения и надежно фиксировать точку эквивалентрости.
В титриметрическом анализе могут использоваться не все химические реакции, а только те, которые отвечают определенным требованиям. Перечислим основные:
1. реакция должна быть практически необратимой;
2. реакция должна протекать в строгом соответствии с уравнением химической реакции, без побочных продуктов (это требование часто формулируется как «стехеометричность процесса»);
3. реакция должна протекать достаточно быстро;
4. должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности.
Многие кислотно-основные реакции удовлетворяют этим требованиям, которые были перечислены выше.
Использование в качестве титрантов только сильных кислот и сильных оснований обеспечивает практическую необратимость многих реакций.
Реакции между кислотами и основаниями не сопровождаются, как правило, какими-либо внешними эффектами, поэтому для фиксирования точки эквивалентности приходится использовать специальные вещества-индикаторы.
Поскольку индикаторы как кислоты или основания отличаются друг от друга по силе, они имеют разные интервалы перехода.
Значение рН раствора в процессе титрования постоянно меняется, вблизи точки эквивалентности наблюдается так называемый скачок титрования – резкое изменение рН раствора при незначительном добавлении титранта.
При титровании слабого основания сильной кислотой по завершении реакции образуется соль, гидролизирующаяся по катиону; точка эквивалентности смещается в кислую область. Для фиксирования точки эквивалентности можно использовать метилоранж, нельзя – фенолфталеин.
При уменьшении концентрации реагирующих веществ скачок титрования сужается. Что усложняет проблему выбора индикатора. При титровании многоосновных кислот или солей могут наблюдаться два скачка титрования.
Титранты, применяемые в кислотно-основном титровании
Различают ацидиметрию – титрование с помощью кислот и алкалиметрию – титрование с помощью оснований. Ацидиметрически можно определять основания и соли, вступающие в необратимое взаимодействие с сильными кислотами (например, карбонаты – вследствие выделения газообразного продукта, бораты – вследствие образования слабой борной кислоты). Алкалиметрически можно определять кислоты и гидролизующие соли.
В ацидиметрии используется в основном раствор соляной кислоты с концентрациями от 0,05 до 0,2 моль·дм-3.
В алкалиметрии титрантом является раствор гидроксида натрия. Этот раствор также нельзя приготовить по точной массе, т.к. исходное вещество вследствие его взаимодействия с углекислым газом всегда загрязнено примесью карбоната натрия.
Кривая титрования строится по зависимости pH и степени оттитровывания t=V/Vэкв..
Вопрос
Титрование слабой кислоты сильным основанием. Возьмем раствор CH3COOH и оттитруем его KOH.
Анализ кривой титрования
– ТЭ находится в щелочной среде рН = 8,72;
– исходная точка титрования находится в менее кислой среде, чем при титровании сильной кислоты;
– скачок титрования невелик (7,74 – 10,00); при титровании следует использовать в качестве индикатора фенолфталеин;
– кривая несимметрична по отношению к линии нейтральности.
Величина скачка титрования зависит от концентрации и температуры, а также константы диссоциации кислоты. Если K меньше 10-7 вообще эту кислоту оттитровать раствором щелочи нельзя, так как почти нет скачка титрования.