Определение молярной концентрации эквивалента вещества в кислотно-основном титровании

I. Значение темы Метод кислотно-основного титрования широко применяется в клинических лабораториях для определения кислотности желудочного сока, буферной емкости крови. С помощью этого метода можно анализировать лекарственные вещества.

II. Теоретические сведения.

Кислотно-основное титрование

В основе метода лежат реакции нейтрализации: обменные реакции взаимодействия кислот и оснований, в результате которых образуется соль и вода. Различают ацидиметрию — титрование и с помощью кислот — и алкалиметрию — титрование с помощью оснований.

В ацидиметрии в основном используется в качестве титранта (рабочий титрованный раствор) раствор соляной кислоты HCl. В алкалиметрии основным титрантом является гидроксид натрия NaOH.

Титрант или рабочий раствор — это раствор с точно известной концентрацией.

Титрование — процесс постепенного добавления титранта к анализируемой пробе.

Момент завершения реакции, когда растворы прореагируют в эквивалентном количестве называется точкой эквивалентности. Так как реакции между кислотами и основаниями не сопровождаются какими-либо внешними эффектами, для фиксирования точки эквивалентности используют специальные вещества — индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы — слабые кислоты или основания, степень ионизации которых определяется концентрацией Н⁺-ионов.

Для индикатора кислоты HInd существует равновесие:

Молекулярная HInd и ионная Indформы индикатора имеют разные окраски.

Таким образом, концентрация ионов Н⁺ влияет на соотношение концентраций HInd и Ind-, что в свою очередь определяет характер или яркость окраски.

Для характеристики кислотности растворов в химии широко пользуются водородным показателем.

Водородный показатель рН — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода: рН = -lgC_(H⁺₎

В кислых растворах рН7, в нейтральных рН=7.

Все индикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, то есть в определенном интервале значений рН, называемом интервалом перехода.

В аналитической химии из индикаторов чаще других применяют метилоранж (МО, интервал перехода 3,1−4,4) и фенолфталеин (ФФ, интервал перехода 8,0−9,6). Для фиксирования точки эквивалентности надо использовать тот индикатор, в интервал которого попадает значение рН раствора, достигаемое в точке эквивалентности. При титровании сильной кислоты сильным основанием скачок титрования находится в диапазоне рН от 4 до 10, поэтому и метилоранж, и фенолфталеин могут быть в данном случае использованы для фиксирования точки эквивалентности (точка эквивалентности всегда лежит в пределах скачка титрования). При титровании слабой кислоты сильным основанием можно использовать только ФФ, так как скачок титрования лежит в диапазоне рН от 8 до 10. при титровании слабого основания сильной кислотой можно использовать только МО, нельзя фенолфталеин, так как скачок титрования лежит в диапазоне рН от 6 до 4. Смещение точки эквивалентности с линии нейтральности (рН=7) в последних двух примерах объясняется гидролизом соли, образующейся в точке эквивалентности.

Скачок титрования — резкое изменения рН раствора при незначительном добавлении титранта.

III. Вопросы для самоконтроля.

• 1. Сущность титриметрического анализа.
• 2. Сущность алкалиметрии и ацидометрии.
• 3. Какие требования предъявляются в титриметрическом анализе?
• 4. Что из себя представляют индикаторы, применяемые в методе кислотно-основного титрования?
• 5. Приведите примеры кислотно-основных индикаторов.
• 6. Что называется интервалом перехода индикатора? От чего он зависит?
• 7. Какую зависимость выражают кривые титрования?
• 8. В чем заключается принцип выбора индикатора в кислотно-основном титровании?
• 9. Какие индикаторы следует выбирать при определении следующих веществ алкалиметрическим титрованием: HNO₃, CH₃COOH, HCl и CH₃COOH в смеси?

IV. Задачи с эталонами решения.

Пример 1:

Сколько миллилитров 9,5%-го раствора Na₂CO₃ (с = 1,10 г/мл) следует добавить к 100 г воды для получения 3%-го раствора?

Решение:

Обозначим искомый объем раствора через х мл.

1) Найдем массу раствора:

2) Найдем массу содержащегося в нем карбоната натрия:

• 3) Массу полученного раствора обозначим:
• 1,10х + 100
• 4)Найдем искомый объем:

Пример 2:

Как приготовить 0,5 л 1,5 М раствора серной кислоты из 96%-го раствора (с =1,84 г/мл)?

Решение:

Пример 3:

К 100 мл 96% серной кислоты (с =1,84 г/мл) прибавили 400 мл воды. Получился раствор плотностью 1,22 г/мл. Найти масстовую долю и молярную концентрацию эквивалента.

Решение:

• 1) Масса исходного раствора:
• 2) Масса серной кислоты:

• 3) Масса прибавленной воды:
• 4) Масса полученного раствора:
• 5) Массовая доля серной кислоты в полученном растворе:

6) Молярная концентрация эквивалента серной кислоты:

V. Задачи для самостоятельного решения.

• 1. Сколько миллилитров 54%-го раствора азотной кислоты (с=1,34 г/мл) следует добавить к 1 л воды для получения раствора, содержащего 5% кислоты?
• 2. Сколько миллилитров 40%-го раствора H₃PO₄ (с=1,25 г/мл) требуется для приготовления 400 мл 0,25 М раствора кислоты?
• 3. Для 20% раствора серной кислоты (с=1,14 г/мл) найти титр, молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента.
• 4. Сколько воды нужно прибавить к 100 г 20%-го раствора сульфата меди, чтобы получить 5%-ый раствор?

VI. Литература для самоподготовки.

• 1. А. В. Бабков и др. Практикум по общей химии с элементами количественного анализа. — М., 1978. — с. 90−103, 109−110.
• 2. К. А. Селезнев Аналитическая химия. — М., 1960. — с. 228−244
• 3. Н. Л. Глинка. Общая химия. — Л., 1978. с. 31−33
• 4. А. С. Ленский Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. — М., 1989. — с. 94−103