2.6.4. Титрование поликислотных оснований (Na2co3)

В растворе поликислотного (многоосновного) основания, так же как и в растворе многоосновной кислоты, диссоциация более слабых электролитов подавлена более сильными электролитами. Поэтому при добавлении сильной кислоты в раствор поликислотного основания (или смеси оснований) оттитровывается прежде всего более сильное основание. Более слабое основание начинает титроваться тогда, когда оставшееся количество сильного основания не хватает для подавления ионизации слабого основания. При этом если последовательные константы ионизации различаются более чем в 10⁴ раз, то на кривых титрования наблюдаются отчетливые скачки титрования.

Соли слабых полипротонных кислот и щелочных металлов являются поликислотными основаниями, например, Na₂CO₃.

Рассмотрим титрование 0,1 М раствора Na₂CO₃ раствором 0,1 М HCl.

CO₃^-2 + H⁺ = HCO₃^ pK₂=10,33

HCO₃^ + H⁺ = H₂CO₃ pK₁=6,37

1. Расчет рН исходного 0,1 М раствора Na₂CO₃. Основность раствора соли определяется процессом гидролиза:

CO₃^-2 + H₂O = HCO₃^ + OH^-,

Запишем два равнозначных выражения константы гидролиза:

и

тогда

откуда

2. В процессе титрования до первой точки эквивалентности в растворе будет находиться смесь NaHCO₃ и Na₂CO₃ – буферная смесь.

При х₁ = 50 % значение рН = рK₂ = 10,33 – область буферного действия.

2. В растворе в ТЭ₁ находится соль NaHCO₃. Гидрокарбонат-ион HCO₃^ участвует в следующих равновесных процессах:

HCO₃^ = H⁺ + CO₃^-2

HCO₃^ + H⁺ = H₂CO₃

Уравнение материального баланса: [CO₃^2-] = [H⁺] + [H₂CO₃]. Концентрации ионов [CO₃^2-] и [H₂CO₃] можно выразить из констант ионизации угольной кислоты, тогда получим:

приводим к общему знаменателю K₁[H⁺]:

K₁K₂[HCO₃^] = K₁[H⁺]² + [H⁺]²[HCO₃^]

если K₁  С^o(NaHCO₃), то

2. При дальнейшем добавлении кислоты до второй точки эквивалентности в растворе смесь NaHCO₃ и H₂CO₃ – буферная смесь:

При x₂ = 50 % величина рН = рK₁ = 6,37.

2. В растворе в ТЭ₂ находятся H₂CO₃ и NaCl. Значение рН раствора определяется ионизацией угольной кислоты в основном по первой ступени, поскольку K₁  K₂.

2. После второй точки эквивалентности рН раствора определяется избыточной концентрацией HCl:

pH = -lgC_изб.(HCl)

Кривая титрования карбоната натрия раствором соляной кислоты приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Кривая титрования карбоната натрия Na₂CО₃ 0,1 М раствором соляной кислоты HCl 0,1 М

В первой точке эквивалентности карбонат превращается в гидрокарбонат, рН = 8,35. При использовании индикатора фенолфталеина (рТ = 9) переход окраски из малиновой в бесцветную не очень резкий, точность титрования невысока, поскольку K₂ = 4,6810^-11  10^-8 (очень мала).

Во второй точке эквивалентности гидрокарбонат превращается в угольную кислоту, рН = 3,69. Можно использовать индикатор метилоранж (рТ = 4), желтая окраска переходит в розовую, переход четкий, но происходит медленно. Лучше использовать метиловый красный (рТ = 5,3), титровать до появления красной окраски, затем прокипятить раствор для удаления растворенного CO₂ (при этом рН возрастает), охладить и продолжить титрование до резкого перехода окраски индикатора из желтой в красно-розовую.