И.П.Калинкин Т.Э.Маметнабиев

Лекция 2 Методы кислотно-όсновного титрования

1.Общая характеристика методов

2. Расчет кривых титрования

2.1. Расчет кривых титрования сильных кислот сильными основаниями и наоборот

2.2 Расчет кривых титрования слабых кислот сильными основаниями на примере титрования уксусной кислоты стандартным раствором щелочи

2.3 Расчет кривых титрования слабых оснований сильными кислотами на примере титрования водного раствора аммиака хлороводородной кислотой

3. Кислотно - όсновные индикаторы (рН - индикаторы)

Перед рассмотрением кислотно - όсновного титрования следует вспомнить некоторые положения протолитической теории, которая основана на особенностях иона водорода.

В соответствии с этой теорией вещества, способные отдавать протон, называются кислотами, а вещества, принимающие протон - основаниями. Вещества, способные быть и донором, и акцептором протона, называют амфолитами. Кислотами, основаниями и амфолитами могут быть незаряженные и заряженные соединения. Например:

Кислота Основание Амфолит

HCl Cl⁻

HCOOH HCOO⁻

CH₃COOH CH₃COO⁻

NH₃

H₂CO₃

H₃O⁺ H₂O

H₂O OH⁻

Обратимые реакции с переносом протона р от кислоты НА к основанию В называют кислотно ─ основными полуреакциями:

(3.1)

(3.2)

Кислота и получившееся при отдаче протона основание составляют сопряженную

пару. В уравнениях (3.1) и (3.2) это НА и А⁻, ВН⁺ и В.

Очевидно, что реакции (3.1) и (3.2) в растворах неосуществимы: кислота может отдать протон только в присутствии акцептора протона. Все вещества лишь потенциально могут быть кислотами или основаниями. Проявить свои кислотные или основные свойства они могут лишь в протолитической реакции, объединяющей полуреакции (3.1) и (3.2):

НА + В ВН⁺ + А⁻ (3.3)

кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1

Согласно уравнению (3.3), при взаимодействии кислоты и основания образуются новые кислота и основание ─ «нейтрализации» в смысле исчезновения кислоты и основания нет.

Одним из компонентов протолитической реакции может быть растворитель, например, вода, которая относится к амфипротным растворителям , обладающим как кислотными, так и основными свойствами.

Важнейшей особенностью амфипротных растворителей является способность к передаче протона от одной молекулы растворителя к другой:

В случае воды:

Процессы, в которых одна молекула растворителя проявляет свойства кислоты, а другая ─ основания , называют автопротолизом. Характеристикой равновесия автопротолиза является константа автопротолиза. Константа автопротолиза воды или называется ионным произведением воды.

При взаимодействии с амфипротными растворителями растворенные вещества могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Например, в воде:

1.

2.

3.

4.

Вторая и третья реакции в рамках теории Аррениуса называются реакциями гидролиза, который является частным случаем кислотно - όсновного равновесия и представляет собой реакцию диссоциации заряженных оснований ( например, основания - реакция 2 ) и кислот (например, кислоты - реакция 3 ) в воде.

Кислотно ‑ όсновное титрование – быстрый и точный количественный метод определения веществ, обладающих кислотными или основными свойствами.

Методом определяют десятки неорганических и сотни органических кислот и оснований различных типов. Кроме того, существует ряд методик количественного определения ионов металлов и неметаллов кислотно ─ όсновным титрованием.

В основе метода при титровании в водных растворах лежит протолитическая реакция:

Н₃О⁺ + ОН^─ 2Н₂О

В расчетных формулах ( кроме уравнений реакций ) для упрощения вместо иона гидроксония Н₃О⁺ обычно пишут Н⁺, помня, что в растворе протон существует в сольватированном состоянии. Для простоты расчетов также полагают коэффициенты активности равными единице.

Титрантами в ацидиметрии являются стандартные растворы HCl и H₂SO₄ (реже – HClO₄ или CH₃COOH), а в алкалиметрии – стандартный раствор NaOH. Поскольку точное содержание этих реагентов в промышленных реактивах неизвестно, то из них вначале приготавливают растворы с приблизительно известной концентрацией. Стандартизацию (точное определение концентрации) этих растворов проводят по стандартным веществам, химический состав которых точно известен и которые химически устойчивы на воздухе

В ацидиметрии это безводная сода Na₂CO₃ или бура Na₂B₄O₇·10H₂O:

Na₂CO₃ + HCl =NaHCO₃ + NaCl

Na₂CO₃ + 2HCl =2NaCl + H₂O + CO₂↑

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O= 2NaCl + 4H₃BO₃

а в алкалиметрии – гидрофталат калия COOHC₆H₄COOK, щавелевая H₂C₂O₄·2H₂O или бензойная (C₆H₅COOH) кислоты:

COOHC₆H₄COOK + NaOH = NaOOHC₆H₄COOK + H₂O

H₂C₂O₄·2H₂O + 2NaOH = Na₂C₂O₄ + 4H₂O

C₆H₅COOH + NaOH= C₆H₅COONa + H₂O

Концентрация стандартных растворов обычно составляет 0.05‑0.5 моль/л, а титруемые растворы часто разбавляют до концентраций порядка 0.01 моль/л.

Для выбора подходящего кислотно – оснόвного индикатора, с помощью которого регистрируют КТТ, в кислотно - оснόвных титрованиях строят, как правило, логарифмические кривые титрования в координатах рН (– lg[H⁺]) =f(τ). Вычисление концентрации ионов водорода обычно производят с точностью до двух значащих цифр. Такая точность вполне достаточна для выбора индикатора и оценки индикаторных погрешностей титрования.