Определение водородного показателя и степени гидролиза солей потенциометрическим методом

В водных растворах солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, слабым основанием и сильной кислотой, а также слабой кислотой и слабым основанием протекает реакция обменного разложения соли водой, называемая реакцией гидролиза. Реакция гидролиза приводит к образованию слабого электролита, смещению равновесия диссоциации воды, в результате чего происходит изменение среды раствора. Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием гидролизуются по аниону, в их растворах накапливаются гидроксид-ионы и среда раствора становится щелочной (рН > 7). Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой гидролизуются по катиону, в их растворах накапливаются катионы водорода и среда раствора становится кислой (pH < 7). Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием гидролизуются по катиону и по аниону и среда раствора близка к нейтральной (рН ≈ 7). Концентрация ионов водорода или гидроксид-ионов в растворе зависит от степени гидролиза соли, поэтому, измеряя величину рН, можно рассчитать степень гидролиза.

Степень гидролиза солей (h) вычисляют по формулам:

(1) Для соли, гидролизующейся по катиону,

pH < 7.

(2) Для соли, гидролизующейся по аниону,

pH > 7.

, где

[H⁺]_СОЛИ – концентрация катионов водорода в растворе соли;

[H⁺]_ВОДЫ – концентрация катионов водорода в дистиллированной воде;

[OH^–]_СОЛИ – концентрация гидроксид-ионов в растворе соли;

[OH^–]_ВОДЫ – концентрация гидроксид-ионов в дистиллированной воде;

[MeA] – молярная концентрация соли.

pH = -lg [H⁺]; pOH = -lg [OH^–]; pH + pOH = 14.

Оборудование: pH – метр любой марки; электроды – стеклянный и каломельный; стаканы на 100 мл; фильтровальная бумага.

Реактивы: 0,1M, 0,05М, 0,01М, 0,005М, 0,001М растворы солей Al₂(SO₄)₃, CH₃COONa (или других).

Ход работы

Перед проведением определений настраивают рН-метр в соответствие с инструкцией к прибору. Настройка производится с помощью двух буферных растворов с известным значением рН. Значение рН первого буферного раствора должно находиться в пределах 4,8-8,4 рН. В химический стакан на 100 мл наливают первый буферный раствор, закрепляют стакан в зажим для ячейки и осторожно погружают электроды (или комбинированный электрод) в раствор так, чтобы мениск жидкости находился над диафрагмой (керамическим фильтром). Электроды не должны касаться друг друга и стенок стакана. Поворотом ручки («ТЕМР») прибора устанавливают температуру согласующего буферного раствора (температура согласующих растворов и пробы должна быть одинакова, отклонение не должно превышать ± 2⁰С). Выполняют действия по настройке, указанные в инструкции.

Затем электроды (или комбинированный электрод) извлекают из буферного раствора, тщательно промывают дистиллированной водой и промокают мягкой фильтровальной бумагой. Погружают электроды (электрод) во второй согласующий буферный раствор и повторяют процедуру настройки. Прибор подготовлен к измерениям рН растворов.

Выполнение измерений:

1. В химический стакан на 100 мл наливают дистиллированную воду и определяют величину рН с помощью рН-метра.

2. Определяют величину рН растворов солей Al₂(SO₄)₃ или CH₃COONa (или других солей по выбору преподавателя) с концентрациями: 0,1M, 0,05М, 0,01М, 0,005М, 0,001М. После каждого измерения извлекают электроды из исследуемого раствора, промывают и высушивают фильтровальной бумагой.

3. Зная pH, определяют концентрацию катионов водорода или гидроксид-ионов в растворах исследуемых солей и дистиллированной воде.

4. Рассчитывают величину степени гидролиза исследованной соли, используя формулы (1) и (2) и данные таблицы 4 (приложение А).

5. Строят график зависимости степени гидролиза соли от концентрации.