Потенциометрическое титрование

Потенциометрический метод анализа основан на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Величина потенциала зависит от природы электрода и раствора, находящихся во взаимном контакте, типа химических реакций, температуры и других факторов. Измеряя разность потенциалов электродной пары, можно проследить за ходом химических реакций. Конец реакции определяют по резкому изменению электродного потенциала в эквивалентной точке.

Электродная пара, составляющая гальванический элемент, состоит из индикаторного электрода и электрода сравнения. Электрод, который реагирует на изменение концентрации определяемого иона в растворе, называется индикаторным электродом. Электрод, потенциал которого не изменяется в процессе титрования и служит для определения потенциала индикаторного электрода, называется электродом сравнения.

Индикаторный электрод выбирают в зависимости от типа реакций, лежащих в основе титрования. Потенциал индикаторного электрода должен устанавливаться практически мгновенно в соответствии с концентрацией титруемых ионов.

Индикаторные электроды можно классифицировать в зависимости от типа реакций, лежащих в основе их работы. Потенциометрический анализ позволяет изучать реакции нейтрализации, осаждения, комплексообразования и окисления-восстановления.

Рис. 4. Кривая потенциометрического титрования	Рис. 5. Дифференциальная кривая потенциометрического титрования

При потенциометрическом титровании концентрация (активность) участвующих в реакции веществ изменяется, что влечет за собой изменение потенциала индикаторного электрода, а значит, измеряемой ЭДС гальванического элемента (Е). Если построить график в координатах Е – V (где V – объем прибавляемого рабочего раствора), то получится кривая титрования с резким изменением потенциала электрода (рис. 4). Вертикальный участок кривой четко указывает на точку эквивалентности. При малом угле наклона кривой титрования определение точки эквивалентности усложняется. В этом случае пользуются дифференциальной потенциометрической кривой (рис. 5), которую строят в координатах Е/V - V, где Е – изменение потенциала электрода между двумя порциями добавленного рабочего раствора; V – порция добавленного рабочего раствора. Точка эквивалентности определяется как точка максимума на дифференциальной кривой титрования.

Потенциометрические кривые титрования сильного основания сильной кислотой аналогичны кривым, представленным на рисунках 4 и 5. Более сложный вид имеют кривые титрования многоосновных и слабодиссоциирующих кислот и оснований. В качестве примера рассмотрим титрование соли карбоната натрия, образованной слабой двухосновной угольной кислотой и сильным основанием. Кривые титрования карбоната натрия соляной кислотой (рис. 6) обнаруживают ступенчатость. При титровании раствора карбоната натрия раствором соляной кислоты протекают следующие реакции:

;

.

Как видно из рисунка 6, потенциометрические кривые имеют две точки эквивалентности. Первая соответствует образованию NaHCO₃, вторая – образованию Н₂СО₃.

В исходном растворе карбоната натрия рН определяют по формуле

, (18)

где К₂ – константа диссоциации угольной кислоты для второй ступени диссоциации, равная 5,6110^-11.

В первой точке эквивалентности, когда Na₂CO₃ полностью оттитрована до NaHCO₃, рН раствора определяют по формуле:

, (19)

где К₁ – константа диссоциации угольной кислоты для первой ступени диссоциации, равна 4,3110^-7.

Во второй точке эквивалентности, когда карбонат натрия полностью оттитрован до свободной угольной кислоты и хлорида натрия, рН раствора находят по формуле

. (20)

После второй эквивалентной точки рН раствора определяется избытком добавленной соляной кислоты.

Цель работы: ознакомиться с методом потенциометрического титрования, выполнить титрование сильного основания, раствора карбоната натрия и вычислить константы диссоциации Н₂СО₃.

ПРИБОРЫ И РЕАКТИВЫ: рН-метр, буферные растворы, раствор NaOH, 0,05н раствор Na₂СО₃, 0,1н раствор соляной кислоты.