Титрование слабой кислоты сильным основанием

Пример 21 поможет Вам при решении задач № 143, 147, 148.

Пример 21. Построить кривую титрования муравьиной кислоты (С₀ = 0,20 моль/л) раствором КОН c концентрацией 0,40 моль/л и подобрать индикаторы.

Решение. Муравьиная кислота – слабая кислота, а КОН – сильное основание, поэтому в данном случае рассмотримтитрование слабой кислоты сильным основанием. Расчет проводим без учета изменения объема раствора.

Предположим, что для титрования взяли 100,00 мл (V₀) раствора НСООH (С₀ = 0,20 моль/л). Рассчитаем объем раствора КОН (V_х), необходимый для полного оттитровывания HCOOH.

100,00 · 0,20 = V_х · 0,40; V_х = 50,00 мл.

1. рН исходного раствора рассчитываем по формуле для расчета рН раствора слабой кислоты (2):

рН = ¹/₂ рК_а – ¹/₂ lg С₀ = ¹/₂ 3,75 – ¹/₂ lg 0,20 = 2,57.

2. В любой момент титрования до точки эквивалентности в растворе существует буферная смесь, состоящая из неоттитрованной муравьиной кислоты и образовавшегося формиата калия. Расчет рН в этой области проводим по уравнению (7). При этом, аналогично предыдущему примеру, концентрацию кислоты и соли можно рассчитать следующим образом :

С_к = (С_о ∙ V_o – С_т ∙ V_т)/ V_o; С_c = С_т ∙ V_т/ V_o.

Отсюда отношение концентраций можно рассчитать как

С_к/С_c = [(С_о ∙ V_o – С_т ∙ V_т)/ V_o] / (С_т ∙ V_т/ V_o) =

= (С_о ∙ V_o – С_т ∙ V_т) / С_т ∙ V_т/ V_o.

Следовательно, формула для расчета рН имеет вид

При добавлении 25,00 мл (50%) раствора гидроксида калия:

Таким же образом рассчитываем рН при прибавлении 45,00 мл раствора КОH (45,00 : 50,00 · 100 = 90 %):

Если добавлено 49,50 мл раствора КОH (49,50 : 50,00 · 100 = = 99 %):

При добавлении 49,95 мл раствора титранта (99,9 %), что соответствует точке начала скачка титрования:

3. В точке эквивалентности вся муравьиная кислота прореагировала и превратилась в соль, концентрация которой С_соли = С_{кислоты} = = 0,2 моль/л. рН раствора соли слабой кислоты рассчитывали по формуле (5):

4. За точкой эквивалентности величина рН раствора определяется только избытком добавленного титранта. Расчет рН проводится аналогично примеру 20. Например, при добавлении 50,05 мл раствора КОН (100,1%):

рН = 14 + lg [(50,05 – 50,00) · 0,40/100,00] = 10,30.

При добавлении 50,50 мл раствора КОН (101%)

рН = 14 + lg [(50,50 – 50,00) · 0,40/100,00] = 11,30.

При добавлении 55,00 мл раствора КОН (110%)

рН = 14 + lg [(55,00 – 50,00) · 0,40/100,00] = 12,30.

Результаты сведем в табл. 2, по данным которой построим кривую титрования (рис. 2).

Таблица 2

Объем титранта VT, мл	рН-определяющий компонент	Формула для расчета рН	рН
	НСООН	рН = 1/2 рКа – 1/2 lg С0	2,57
25,00	НСООН и НСООК		3,75
45,00	НСООН и НСООК	-″-	4,70
49,50	НСООН и НСООК	-″-	5,75
49,95	НСООН и НСООК	-″-	6,75
50,00	НСООK	рН = 7+1/2 рКа +1/2 lg Сc	8,53
50,05	KOH	pH = 14+lg СT	10,30
50,50	KOH	-″-	11,30
55,00	КОН	-″-	12,30

Рис. 2. Кривая титрования 0,20 моль/л раствора муравьиной кислоты 0,40 моль/л раствором гидроксида калия

По справочнику [3] выбираем подходящие индикаторы: нейтральный красный (интервал перехода 6,8–8,4; рТ=8,0), феноловый красный (интервал перехода 6,8–8,4; рТ=8,0), тимоловый синий (интервал перехода 8,0–9,6; рТ=9,0), фенолфталеин (интервал перехода 8,2–10,0; рТ=9,0), поскольку интервалы перехода этих индикаторов лежат в пределах скачка кривой титрования.