Определение сильной и слабой кислот при совместном присутствии

1. Теоретическое обоснование

Сильную и слабую кислоты в смеси можно определить титрованием стандартным раствором щелочи, фиксируя две эквивалентные точки. В качестве примера рассмотрим раствор, содержащий соляную и уксусную кислоты.

Как известно, скачок на кривой титрования 0,1 н. соляной кислоты составляет от 4 до 10 единиц рН, а уксусной кислоты - от 6 до 10 единиц рН. Поэтому, если титровать смесь в присутствии метилового оранжевого, рТ которого равен 4, то изменение окраски от красной до оранжевой соответствует полной нейтрализации соляной кислоты. Уксусная кислота при этом практически не вступает в реакцию. Таким образом, весь объем щелочи эквивалентен содержанию соляной кислоты. Если же титровать исходную смесь в присутствии фенолфталеина, рТ которого равен 9, то появление слабо-малиновой окраски отвечает полной нейтрализации обеих кислот.

2. Техника безопасности

2.1. Раствор щелочи в бюретку наливать осторожно через воронку, не разбрызгивая ее.

2.2. Растворы кислот набирать пипеткой с помощью груши.

3. План работы.

3.1. Заполнить бюретку титрованным раствором щелочи.

3.2. Получить индивидуальную контрольную задачу (раствор, содержащий соляную и уксусную кислоты) в мерную колбу на 100,0 мл (V_м.к.), довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать, закрыв колбу пробкой.

3.3. В две колбы для титрования внести пипеткой аликвоту (15,0 или 20,0 мл) (V_пип.) из мерной колбы.

3.4. В первую колбу добавить 1 каплю метилового оранжевого и титровать раствором щелочи от красной окраски индикатора до оранжевой, избегая появления желтой окраски. Замерить объем щелочи по бюретке (V₁). Этот объем расходуется на нейтрализацию сильной соляной кислоты.

3.5. Бюретку долить раствором щелочи до нуля. Во вторую колбу добавить 5-6 капель фенолфталеина и титровать раствором щелочи. Титрование закончить при появлении слабо-малиновой окраски (pH ~ 9). Замерить объем щелочи по бюретке (V₂). Этот объем щелочи расходуется на титрование и соляной и уксусной кислот.

3.6. Расчет масс соляной и уксусной кислот:

а) массу соляной кислоты в г рассчитать по формуле:

m (HCl) = (V₁·C(NaOH)·M(HCl)·V_м.к.)/(1000·V_пип.)

б) массу уксусной кислоты в г рассчитать по формуле:

m _(CH3COOH) = ((V₂ – V₁)·C_(NaOH)·M_(CH3COOH)·V_м.к.)/(1000·V_пип.)

где М_{(СН3СООН)} - молярная масса эквивалента уксусной кислоты;

(V₂ – V₁) - объем щелочи, пошедшей на титрование CH₃COOH.

3.7. Рассчитать процент относительной ошибки определения HCl и СН₃СООН.

Используя способ фиксирования двух эквивалентных точек, можно провести анализ раствора, содержащего сильное и слабое основание (например, NаОН и NH₄OH).

4. Контрольные вопросы

1. Можно ли приготовить рабочий раствор щелочи из сухой NаОН?

2. По каким исходным веществам можно установить точную нормальность щелочи?

3. Правильное ли будет определение количеств слабой кислоты и сильной кислоты в смеси, если титрование с метиловым оранжевым проводить до появления желтой окраски раствора?

4. Завышено или занижено будет количество сильной кислоты в смеси со слабой, если определение с метиловым оранжевым проводить не до оранжевой, а до желтой окраски раствора?

5. Завышено или занижено будет количество слабой кислоты в смеси с сильной, если титрование с метиловым оранжевым проводить не до оранжевой, а до желтой окраски раствора?

6. При каком условии можно провести ступенчатое титрование смеси кислот? Смеси оснований?

1.3 Задачи и примеры решений

I Вычислить рН и рОН растворов, если:

1) См(HCl) = 5×10-2 моль/л	8) См(KOH) = 2,5×10-1 моль/л
2) См(H2SO4) = 2×10-1 моль/л	9) См(H+) = 5×10-1 моль/л
3) См(NaOH) = 1×10-12 моль/л	10) См(OH-) = 5×10-10 моль/л
4) См(H+) = 0,025 моль/л	11) См(HClO4) = 4×10-5 моль/л
5) См(OH-) = 2×10-13 моль/л	12) См(KOH) = 5×10-5 моль/л
6) См(HNO3) = 1 моль/л	13) См(OH-) = 3×10-3 моль/л
7) См(HCl) = 2,5×10-1 моль/л	14) См(H+) = 1 моль/л
	15) См(H2SO4) = 5×10-2 моль/л

Пример: Вычислить рН и рОН 0,05 М раствора H₂SO4. (α = 1)

Решение: так как Н₂SO₄ сильная кислота, то распадается на ионы полностью по уравнению:

Н₂SO₄ ® 2Н⁺ + SO₄^2-

концентрация иона водорода равна:

С_н+ = 0,05 *2*1 = 0,1 моль/л

рН = -lg 10^-1 = 1; рОН = 14 - 1 = 13.

Ответ: рН = 1; рОН = 13.

II Вычислить концентрацию (моль/л) ионов Н⁺ и ОН^- по

величине рН или рОН:

1) рН = 2,5	9) рОН = 4,5
2) рН = 10,5	10) рОН = 10,5
3) рН = 12,0	11) рОН = 3,5
4) рН = 3,0	12) рОН = 0
5) рН = 4,5	13) рОН = 1,5
6) рН = 1,5	14) рОН = 11
7) рН = 13,0	15) рОН =12,5
8) рН = 0

Пример: Вычислить концентрации ионов водорода и гидроксид-

иона, если рН = 9,5.

Решение: рН = 9,5; 9,5 = - lg[Н⁺]; или lg[Н⁺] = -9,5: превращаем мантиссу логарифма в положительную величину, а характеристику оставляем со знаком минус: -9,5 = 10,5. Находим антилогарифм 0,5 = 3; следовательно концентрация [H⁺] = 3 * 10 ^–10 моль/л;

[OH^-] =

Ответ: [H⁺] = 3 * 10^-10 моль/л; [OH^-] = 3,3 * 10 ^–5 моль/л.

III Вычислить рН и рОН растворов, если:

1) С_м(СH₃COOH) = 5×10^-1 моль/л;

2) С_м(HIO₃) = 2×10^-2 моль/л;

3) С_м(NH₄OH) = 5×10^-3 моль/л;

4) С_м(HCOOH) = 2×10^-3 моль/л;

5) С_м(HCN) = 1×10^-2 моль/л;

6) С_м(H₂SO₃) = 1×10^-5 моль/л;

7) С_м(H₂CO₃) = 1×10^-5 моль/л;

8) С_м(HCOOH) = 2 моль/л;

9) С_м(CH₃COOH) = 2 моль/л;

10) С_м(NH₄OH) = 2×10^-1 моль/л;

11) С_м(HF) = 2×10^-1 моль/л;

12) С_м(HNO₂) = 1×10^-3 моль/л;

13) С_м(H₂S) = 2×10^-3 моль/л;

14) С_м(HNO₂) = 5×10^-2 моль/л;

15) С_м(H₂C₂O₄) = 2×10^-1 моль/л;

Пример: Вычислить рН и рОН раствора слабой кислоты