Обработка результатов

Цель обработки экспериментальных данных - определение точки эквивалентности расчет концентрации раствора NaOH. При титровании сильной кислоты сильным основанием в точке эквивалентности раствор нейтрален, поэтому точка эквивалентности может быть найдена как пересечение кривой титрования с линией нейтральности (рН=7).

В итоге проведения эксперимента будет получен файл данных, представляющих собой зависимость рН раствора от длительности эксперимента. Поэтому из графика будет найдена длительность добавления раствораNaOH до достижения точки эквивалентности (_экв). Эквивалентный объем титранта и концентрация титранта определяются из соотношений:

Vэкв=_экв q

С_х=С_к/V_экв

где V_к- исходный объем кислоты,[мл]

С_к-концентрация кислоты,[моль/л]

С_х-определяемая концентрация,[моль/л]

_экв- длительность титрования до достижения точки эквивалентности,[c]

Результаты занести в таблицу:

Табл.6

Результаты титрования раствора соляной кислоты раствором гидроксида натрия (калия)

С_к=.......[моль/л] Q=........[мл/с]t =..........^.оС

№ опыта	Vк, [мл]	экв,[c]	Vэкв, [мл]	Сх, [моль/л]

Рассчитать среднее значение концентрации исследуемого раствора.

В выводах обсудить ход кривой титрования и точность определения.

Лабораторная работа 6: Определение констант диссоциации многоосновной кислоты

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Отрыву каждого иона водорода соответствует своя константа диссоциации. Для отрыва каждого последующего иона водорода необходима все большая энергия и поэтому константа диссоциации уменьшается. Так например для диссоциации ортофосфорной кислоты при 18^оС:

H₃PO₄= H₂PO₄^-+ H⁺K₁=[ H⁺][ H₂PO₄^-]/[ H₃PO₄] =7.610^-3

H₂PO₄^-= HPO₄^2-+ H⁺K₂=[ H⁺][ HPO₄^2-]/[ H₂PO₄ ^-] =5.910^-8

HPO₄^2-= PO₄^3-+ H⁺K₂=[ H⁺][ PO₄^3-]/[ HPO₄ ^2-] = 3.510^-13

На кривой титрования многоосновной кислоты имеется по крайней мере два скачка титрования. Возможность титрования кислоты зависит от соотношения констант диссоциации. Рассмотрим это на примере двухосновной кислоты H₂A, диссоциация которой характеризуется константами К₁и К₂:

H₂A = H⁺+ HA^- K₁=[H⁺][HA^-]/[H₂A]

HA^- = H⁺+ A^2-K₂=[H⁺][A^2-]/[HA^-]

Титрование кислоты по первой ступени с погрешностью не более 1%, означает, что взаимодействие кислоты со щелочью по первой ступени должно пройти не менее чем на 99%, а по второй не более чем на 1%. Это условие можно выразить в виде соотношений:

[HA^-]/[H₂A]99[A^2-]/[HA^-]1/99

но из выражения для констант диссоциации следует, что:

K₁/[H⁺]=[HA^-]/[H₂A]99K₂/[H⁺]=[A^2-]/[HA^-]1/99

Поскольку оба выражения описывают один и тот же раствор, величина [H⁺] в них постоянна, из чего следует, что константы К₁и К₂должны находиться в соотношении:

K₁/K₂(99)²10⁴

Согласно приведенной схеме на кривой титрования фосфорной кислоты должно наблюдаться три скачка титрования, однако экспериментально можно зафиксировать только первые два, так как константа диссоциации по третьей ступени слишком мала.

Определить значения рН в точках эквивалентности можно, рассмотрев взаимодействие аниона с водой:

H₂PO₄^-+ H₂O = H₃PO₄+ OH^-

Для определения концентрации H₂PO₄^- в данном случае необходимо рассмотреть два уравнения, а именно уравнение материального баланса:

С_кисл= [H₃PO₄]+ [H₂PO₄^-]+ [HPO₄^2-]

(концентрацию ионов PO₄^3-можно не учитывать так как константа диссоциации по третьей ступени очень мала) и уравнение электронейтральности:

[Na⁺] + [H⁺] = [OH^-] + [H₂PO₄^-] + 2[ HPO₄^2-]

С учетом того, что концентрация ионов натрия равна концентрации кислоты (С_кисл), можно определить концентрацию ионов водорода:

[H⁺] = [OH^-] + [HPO₄^2-] -[H₃PO₄]

или, с учетом выражений для констант равновесия:

[H⁺]=K_w/ [H⁺] + K₂[ H₂PO₄^-]/[H⁺] - [H⁺][ H₂PO₄^-]/K₁,

где K_w - константа ионизации воды.

Преобразование этого выражения дает решение относительно концентрации ионов водорода:

([H⁺])²= (K₁( K_w + K₂ [H₂PO₄^-]))/(K₁ + [H₂PO₄^-])

Откуда после упрощений:

K_w + K₂ [H₂PO₄ ^-]  K₂ [H₂PO₄ ^-] и K₁ + [H₂PO₄^-]  [H₂PO₄^-]

можно получить выражение для рН в первой точке эквивалентности:

pH₁ = ½ (pK₁ + pK₂).

Аналогичные рассуждения приводят к выражению для рН во второй точке эквивалентности:

pH₂ = ½ (pK₂ + pK₃)