Кривые кислотно-основного титрования

Кривые титрования – графическое изображение изменения величины рH раствора в процессе титрования. Кривые строятся с помощью прибора рН-метра. Эти кривые даны теоретически для разных видов титрования.

1.Рассмотрим титрование сильной кислоты сильным основанием

HCl+NaOH=NaCl+H₂O

Особенно резкое изменение рН происходит около точки эквивалентности. Изменение, которое вызывается последней каплей титранта, называется скачком титрования. В данном случае скачок титрования при рН 4-10. При этом соль NaCl не гидролизуется. Поэтому точка эквивалентности всегда совпадает с точкой нейтральности (рН 7).

2. Титрование слабой кислоты сильным основанием.

СН₃СООН+ NaOH=СН₃СООNa+ H₂O

Уксусная кислота – слабый электролит. Поэтому концентрация Н+ не равна концентрации кислоты. Соль СН3СООNa гидролизуется и в результате появляется избыток ионов ОН. В этом случае Т.Э. не совпадает с точкой нейтральности и лежит в щелочной области. Т.Э.~9. Скачок титрования =8-10 рН

3. Титрование слабого основания сильной кислотой

NH₄OH+HCl=NH₄Cl+ H₂O

Соль NH4Cl гидролизуется и в растворе появляется избыток ионов Н+. В этом случае Т.Э. находится в кислой области и равна ~5рН. Скачок титрования при 6-4рН.

Правило выбора индикатора в кислотно-основном титровании:

При титровании используют такой индикатор, который изменяет свою окраску около Т.Э., т.е. интервал перехода окраски индикатора должен совпадать или захватывать скачок титрования на кривой титрования.

Кислота	Основание	Скачок титрования	Т.Э.	Индикатор	Интервал перехода окраски индикаторов
Сильная	Сильное	4-10 рН	~7 рН	Фенолфталеин Метиловый оранжевый Лакмус	8-10 рН 3-4,5 рН   5-8 рН
Слабая	Сильное	8-10 рН	~9 рН	Фенолфталеин	8-10 рН
Сильная	Слабое	6-4 рН	~5 рН	Метиловый оранжевый	3-4,5 рН

Определение кислотности желудочного сока титриметрическим методом.

Как изучалось ранее, определение кислотности желудочного сока позволяет диагностировать различные заболевания на ранних стадиях. Все биологические системы мутные и фиксировать точку эквивалентности при титровании тяжело.

Различают общую, активную и потенциальную кислотность. Общую кислотность желудочного сока определяют кондуктометрическим титрованием (изменение электропроводности), потенциометрией (изменение рН среды) и методом кислотно-основного титрования. Титруют желудочный сок 0,1N NaOH. Общую кислотность отличают от активной индикаторами. Так, согласно правилу выбора индикатора, для определения общей кислотности используют фенолфталеин, для активной - метиловый оранжевый. Кислотность выражают на практике в условных единицах (у.е.) 1 у.е. – число мл 0,1N NaOH, пошедшего на титрование 100 мл желудочного сока. Норма общей кислотности составляет 40-60ед, активной 20-40ед. Нормальность желудочного сока считается из расчета общей кислотности по формуле:

С_N=V(NaOH)·N(NaOH)

Vж.с.

Установление точки эквивалентности электрохимическими методами.

Точку эквивалентности можно определить с помощью потенциометрического и кондуктометрического титрования. Они дают возможность:

1. Осуществлять дифференцированное титрование смесей сравнительно близких по свойствам кислот и гидроксидов без предварительного их разделения;

2. проводить определение в окрашенных и мутных растворах с высокой точностью и воспроизводимостью;

3. титровать разбавленные растворы.

Потенциометрическое титрование.В потенциометрическом титровании определение точки эквивалентности основано на измерении потенциала индикаторного электрода относительно электрода сравнения в ходе титрования исследуемого раствора. Для определения точки эквивалентности в кислотно-основном титровании достаточно следить только за концентрацией ионов Н⁺. Для этой цели могут быть использованы различные электроды - водородный, хингидронный, сурьмяный, стеклянный. Такой индикаторный электрод заменяет индикатор при обычном титровании. Потенциал этих электродов в данном методе является функцией концентрации ионов Н⁺. Он устанавливается быстро и не зависит от присутствия других ионов в растворе, которые не принимают участия в осуществляемой химической реакции.

Стандартный электрод или электрод сравнения - электрод, потенциал которого остается постоянным в процессе титрования. По отношению к потенциалу стандартного электрода определяют потенциал индикаторного электрода. Примером стандартного электрода является каломельный и хлорсеребряный.

Для проведения потенциометрического титрования собирают установку, которая включает источник тока, потенциометр (или рН-метр), гальваническую цепь из двух электродов - сравнительного и индикаторного, магнитную мешалку, бюретку со стандартным раствором и стакан с исследуемым раствором. Включают потенциометр, бюретку заполняют исследуемым раствором, включают мешалку. После каждого добавления стандартного раствора к неизвестному фиксируют ЭДС или рН. Результаты титрования записывают в таблицу и строят кривую титрования.

Таким образом, сущность метода состоит в измерении потенциала электрода, погруженного в титруемый раствор кислоты, и изменяющегося по мере добавления титранта (щелочи), причем в Т.Э. происходит резкое изменение потенциала. Кривые потенциометрического титрования строятся аналогично кривым кислотно-основного титрования. Преимуществом потенциометрического титрования является чувствительность метода, она выше объемного и кондуктометрического титрования.

Кондуктометрический метод.Точку эквивалентности определяют по изменению электрической проводимости раствора. Она зависит от концентрации и природы электролитов. Чем выше подвижность ионов, тем выше электрическая проводимость. Наибольшей подвижность обладают Н⁺ и ОН^- ионы, объясняется это эстафетным механизмом их перемещения. Протоны, находящиеся в водных растворах кислот, не закреплены за определенными молекулами воды, а постоянно перескакивают с одной молекулы на другую. Величина электропроводности является прямолинейной функцией концентраций всех ионов в растворе, поэтому измерение электрической проводимости можно использовать для определения концентраций разбавленных электролитов.

Кондуктометрическое титрование широко применяют не только для количественного определения кислот, оснований, солей в различных жидкостях, но и для измерения константы диссоциации физиологически важных электролитов, изоэлектрической точки аминокислот, пептидов, белков.

Для кондуктометрического титрования требуется прибор для измерения электропроводности, платиновые электроды, стакан для титрования, бюретка и мешалка. По технике выполнения кондуктометрическое титрование напоминает потенциометрическое. Однако, при кондуктометрическом титровании не всегда получают кривую с ясно выраженным переломом в Т.Э. В этом случае Т.Э. определяют нахождением точки пересечения прямолинейных участков кривой до и после Т.Э.

Процесс кондуктометрического титрования основан на реакции нейтрализации, вместо ионов Н⁺ в растворе накапливаются ионы солей с меньшей подвижностью, а, следовательно, и проводимостью.

Н⁺+Cl^-+Na⁺+OH^-→H₂O+Na⁺+Cl^-

В точке эквивалентности электропроводность χ будет минимальна, что показано на рисунке.

Добавление избытка щелочи приводит к появлению очень подвижных ионов OH^-. Кривая 1 на графике - титрование сильной кислоты сильным основанием, кривая 2 – титрование слабой кислоты сильным основанием. Определив по графику точку эквивалентности, находят объем щелочи и рассчитывают нормальную концентрацию кислоты:

N_к=N_щ·V_щ

V_к

Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль воды в процессе жизнедеятельности организма человека?

2. Почему вода считается универсальным растворителем?

3. Что такое растворы и как их классифицируют?

4. Какие существуют способы выражения концентрации?

5. Что такое титрование и где его используют?

6. Что называют точкой эквивалентности и стандартным раствором. Какие вещества можно использовать для приготовления стандартного раствора?

7. Какие виды титрования вы знаете?

8. Как рассчитывается молярная масса эквивалента кислот, оснований и солей?

9. На чем основано окислительно-восстановительное титрование. Особенности приготовления стандартного раствора перманганата-калия.

10. Укажите суть кислотно-основного титрования. Что такое кривая титрования, скачек титрования?

Лабораторная работа №1. Определение концентрации

раствора KMnO₄.

Цель работы: Установление точной концентрации KMnO₄ по стандартному раствору щавелевой кислоты

Приборы и оборудование:

1. Бюретка вместимостью 25 мл;

2. Воронка;

3. Пипетки Мора;

4. Колбы конические для титрования вместимостью 100 мл;

5. Стаканчик для слива.

Реактивы:

1. Титрованный раствор щавелевой кислоты;

2. Раствор перманганата калия.

3. Раствор 2н серной кислоты

Сущность работы:

Определение проводят методом обратного титрования раствора перманганата калия раствором щавелевой кислоты. Титрование основано на реакции:

5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=2MnSO₄+10CO₂+K₂SO₄+8H₂0

Ход работы

Заполните бюретку раствором KMnO₄.В колбу для титрования отмерьте пипеткой 5мл 0,01N H₂C₂O₄, туда же прилейте 4 мл 2N H₂SO₄ и нагрейте содержимое на водяной бане ~3 мин. Горячий раствор сразу титруйте раствором KMnO₄, прибавляя его по каплям, особенно в начале титрования, и каждый раз тщательно перемешивая. Титрование заканчивают с появлением устойчивого бледно-розового окрашивания (от одной избыточной капли). Титрование проведите до сходимых результатов, не менее 3 раз. Данные запишите в таблицу и рассчитайте нормальность по формуле.

С_н(KMnO₄)= V(H₂C₂O₄)· С_н(H₂C₂O₄)

V (KMnO₄)

Т(KMnO₄)= С_н(KMnO₄)·М_экв(KMnO₄)

№	V(H2C2O4), мл	V (KMnO4), мл	Vср(KMnO4), мл	Сн(KMnO4), моль-экв/л	Т(KMnO4),г/мл

Лабораторная работа №2. Определение массы Fe²⁺ в растворе

сульфата железа (II)

Цель работы: Определение массы Fe²⁺ в растворе сульфата железа (II).

Приборы и оборудование:

1. Бюретка вместимостью 25 мл;

2. Воронка;

3. Пипетки;

4. Колбы конические для титрования вместимостью 100 мл;

5. Стаканчик для слива.

Реактивы:

1. Титрованный раствор перманганата калия;

2. Раствор сульфата железа (II).

3. Раствор 2н серной кислоты.

Сущность работы:

Определение проводят методом прямого титрования раствора сульфата железа стандартизированным раствором перманганата калия. Титрование основано на реакции:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O

M_э(Fe²⁺)=M(Fe²⁺)=56 г/моль-экв.

Ход работы

Готовят бюретку к работе, заполняя ее стандартным раствором перманганата калия, предварительно оттитрованным щавелевой кислотой. У преподавателя получают задачу (раствор сульфата железа (II)). Доводят содержимое колбы дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. В коническую колбу для титрования пипеткой отбирают из мерной колбы точно отмеренное количество (5 мл) раствора сульфата железа (II) и такой же объем 2М раствора серной кислоты. Титруют стандартизированным раствором KMnO₄ до появления слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 секунд. Титрование повторяют три раза. Результаты титрования записывают в таблицу.

№	V(FeSO4), мл	V(KMnO4), мл	Vср (KMnO4), Мл	Сн(FeSO4), моль-экв/л	Т(Fe2+), г/мл	m(Fe2+), г

По нижеприведенным формулам рассчитывают, нормальную концентрацию сульфата железа (II), титр, а затем массу Fe²⁺ в растворе:

С_N(FeSO₄)= V(KMnO₄)· С_н(KMnO₄)

V(FeSO₄)

Т(Fe²⁺)= С_N(FeSO₄)·М_экв(Fe²⁺)

m(Fe²⁺)=T(Fe²⁺)·V(FeSO₄), г

Лабораторная работа №3. Определение массы свинца.

Цель работы: Определение массы свинца в исследуемом растворе.

Реактивы:

1. Титрованный раствор соли ЭДТА;

2. Индикатор ксиленовый оранжевый

3. Ацетатный буферный раствор.

4. Исследуемый раствор соли свинца

Сущность работы:

Определение основано на титровании свинца стандартным раствором ЭДТА в среде ацетатного буферного раствора в присутствии индикатора ксиленового оранжевого.

Ход работы

где V_к- объем колбы для растворения, V_р- объем раствора свинца, затраченного на титрование раствором ЭДТА.

Лабораторная работа №4. Комплексонометрическое определение жесткости воды

Цель работы: методом комлексонометрического титрования стандартным раствором ЭДТА определить жесткость воды и установить отклонение от нормы.

Приборы и оборудование:

1. Бюретка вместимостью 25 мл, закрепленная в штативе;

2. Воронка;

3. Пипетки Мора;

4. Колбы конические вместимостью 100 мл;

5. Стаканчик для слива.

Реактивы:

1. Титрованный раствор ЭДТА, 0.01М

2. Аммиачный буферный раствор, рН 8-10.

3. Эриохром черный Т

4. Исследуемые растворы - вода различной жесткости.

Сущность работы:

Жесткость природной воды обусловлена растворенными в ней солями кальция и магния. Жесткость воды количественно выражают числом мг эквивалентов кальция и магния в 1 л воды. В качестве индикатора используют эриохром черный Т.

Ход работы

В коническую колбу отбирают пипеткой 20 мл исследуемой воды, добавляют 10мл буферного раствора, 2-3 капли индикатора и титруют раствором ЭДТА до изменения малиновой окраски раствора в синюю (с зеленоватым оттенком). Титрование повторяют минимум три раза. Результаты титрования записывают в таблицу, определив жесткость по формуле

Ж= V(ЭДТА) C_N (ЭДТА)·1000/V(H₂O)

V (ЭДТА) -объем раствора ЭДТА,

C_N (ЭДТА) - нормальная концентрация раствора ЭДТА,

V (H₂O), мл – объем воды, взятой для титрования

Ж- жестокость воды, мг-экв/л

Объем воды, мл	CN (ЭДТА), моль-экв/л	V (ЭДТА), мл	V ср (ЭДТА),мл	Жесткость воды, мг-экв/л

Лабораторная работа №5. Определение содержания

серебра в растворе

Цель работы: Определение массы серебра в растворе.

Реактивы:

1. Титрованный 0,05М раствор соли роданида аммония;

2. Насыщенный раствор железоаммонийных квасцов;

3. Исследуемый раствор соли серебра.

Сущность работы:

Основной реакцией определения ионов серебра является осаждение ионами роданида (метод Фольгарда):

Ag⁺+SCN^-=AgSCN↓

Для установления точки эквивалентности индикатором служат железоаммонийные квасцы. При достижении момента эквивалентности, избыточные ионы SCN^- начинают реагировать с ионами Fe³⁺, образуя роданидные комплексы железа красного цвета

Ход работы

К пробе раствора нитрата серебра 3мл добавляют 5 капель раствора железоаммонийных квасцов и титруют до сходимых результатов раствором роданида аммония до появления неисчезающей розовой окраски. Данные анализа записывают в таблицу, расчеты ведут по формуле:

V(AgNO3), мл	V(NH4SCN), мл	Vср(NH4SCN), мл	СN(AgNO3), моль-экв/л	m(AgNO3),г

Тесты для самоконтроля

1. Выражение ω (СаС1₂)= 5% означает:

а) 5 г СаС1₂ растворено в 95 г Н₂О,

б) 5 г СаС1₂ растворено в 100 г Н₂О,

в) 5 г СаС1₂ растворено в 1000 г Н₂О.

2. Эквивалентная масса меди в соединении СuSO₄ равна:

а) 80,0 г/моль,

б) 31,75 г/моль,

в) 79,5 г/моль,

г) 16 г/моль.

3. Кривой титрования в методе кислотно-основного титрования является зависимость:

а) рН от объема прилитого титранта;

б) С_Н+ от концентрации титранта;

в) концентрации кислоты от концентрации основания;

г) рН от концентрации титранта.

4. Как рассчитывается молярная масса эквивалента в реакциях окисления-восстановления.

а) М_экв= М_{вещества}/кислотность

б) М_экв= М_{вещества}/ число электронов, участвующих в реакции

в) М_экв= М_{вещества}/ст.ок. Ме·число ат. Ме

5. Эквивалентую массу щавелевой кислоты, вступающей в реакцию c гидроксидом натрия, рассчитывают по следующей формуле:

а) М_Экв=2М;

б) М_Экв=М/2

в) М_Экв=М/4;

г) М_Экв=М/n.

6. Молярная концентрация – это количество моль вещества, растворенного в:

а) 1 л раствора,

б) 1 л растворителя,

в) 100 г растворителя,

г) 100 г раствора.

7. Титр показывает сколько:

а) г вещества содержится в 1000 мл раствора,

б) г вещества содержится в 1 мл раствора,

в) г вещества содержится в 100 г раствора.

8. Приведите основную формулу для определения концентраций в объемном анализе.

а) С₁V₂= С₂ V₁

б) С₁V₁= С₂ V₂

в) V₂= V₁

9. Масса хлорида натрия количеством вещества 0,8 моль равна:

а) 58,5 г,

б) 46,8 г,

в) 29,25 г.

г) 56,25г.

10. Раствор точной концентрации можно приготовить из:

а) NaOH,

б) НСl,

в) Na₂CO₃,

г) H₂SO₄.

Ответы к тестам