Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Єнакієвський металургійний технікум
Дисципліна: Фізична хімія та аналітичний контроль
Лекція №10
Метод кислотно – основного титрування
Зміст
Контрольні питання
Література
Питання до самостійного вивчення
Викладач Ю.В. Старушенко
1. Теоретичні основи методу.
У кислотно-основному титруванні як робочі розчини використовують розчини сильних кислот (HCl, H2SO4) або сильних основ (NaOH, KOH, Ba(OH)2) концентрації від 0,05 до 1 моль/л. Розчини кислот стійкі і можуть довго зберігатися. Розчини лугів зберігають у парафінованому або фторопластовому посуді, щоб не допустити взаємодії зі склом. Розчини лугів поглинають CO2 з повітря.
Приготувати розчин точної концентрації кислоти або лугу із продажних реактивів не можна. Точну концентрацію розчинів установлюють по одному з первинних стандартів.
До первинних стандартів висувають жорсткі вимоги:
1) речовина повинна бути хімічно чистою;
2) склад речовини повинен строго відповідати хімічній формулі (наприклад, повинна бути певна кількість кристалізаційної води H2C2O4·2H2O);
3) речовина повинна бути стійкою при зберіганні;
4) бажано можливо більша величина молярної маси еквівалента.
Розрізняють ацидиметричне титрування, у якому в якості титранту використовують розчини сірчаної або соляної кислот, і алкалиметричне титрування, де титрантом є розчини гідроксиду натрію або калію.
Відповідно до сили кислот і основ можливі такі типи кислотно – основної взаємодії:
Внаслідок взаємодії кислоти і основи утворюються сіль і вода. У першо му випадку утворюється сіль сильної кислоти і сильної основи. Такі солі у водних розчинах не зазнають гідролізу, і в точці еквівалентності, коли кислота цілком нейтралізована лугом, реакція буде нейтральна, тобто рН дорівнюватиме 7. Як приклад титрування сильної кислоти сильною основою можна навести взаємодію між гідроксидом натрію і соляною кислотою. Внаслідок реакції утворюється хлорид натрію, розчин якого має нейтраль ну реакцію:
NaОН + НС1 = Н2O + NaС1.
У другому випадку в точці еквівалентності утвориться сіль сильної кислоти і слабкої основи. Прикладом такого титрування є взаємодія між гідроксидом амонію і соляною кислотою:
NН4ОН + НСl = Н2O + NH4С1.
Солі слабких основ і сильних кислот у водних розчинах гідролізують:
NН4С1 + НОН ↔ NН4ОН + НС1,
або в іонному вигляді
NH4+ + Cl- + HOH ↔ NН4ОН + H+ + Cl-
Скоротивши спільні іони, матимемо:
NH4+ +НОН ↔ NН4ОН + Н+
Звідси видно, що в результаті реакції гідролізу в розчині збільшується концентрація водневих іонів. Таким чином, у точці еквівалентності при ти труванні слабкої основи сильною кислотою реакція буде кислою, рН < 7.
У третьому випадку при титруванні сильної основи слабкою кислотою утворюється сіль сильної основи і слабкої кислоти. Наприклад:
NaОН + СН3СООН ↔ Н2О + СН3СООNa
Солі слабких кислот і сильних основ у водних розчинах також зазна ють гідролізу:
СН3СООNa + НОН ↔ СН3СООН + NaОН,
або в іонному вигляді
Na+ + СН3СОО- + НОН ↔ СН3СООН + Na+ + ОН-.
Cкоротивши спільні іони, матимемо:
СН3СОО- + НОН ↔СН3СООН + ОН-.
Таким чином, у точці еквівалентності збільшиться концентрація гідроксильних іонів, реакція розчину буде лужна, pH > 7.
У четвертому випадку при взаємодії слабкої кислоти із слабкою основою у точці еквівалентності утворюється сіль слабкої кислоти і слабкої основи, Наприклад:
СН3СООН + NH4OH ↔ СН3СООNH4 + Н2О.
Солі такого типу у водних розчинах піддаються гідролізу значною мірою:
CH3COONH4 + НОН ↔ СН3СООН + NH4OH,
СН3СОО- + NH4+ + НОН ↔ СН3СООН + NH4OH.
У цьому випадку реакція розчину залежить від сили кислоти і основи; якщо кислота і основа однакової сили (константи дисоціації їх рівні), то розчин матиме нейтральну реакцію: pH = 7. Якщо ж сильнішою буде кислота , то реакція розчину буде слабкокислою, а при більшій силі основи порівняно з кислотою — слабколужною.
Для титрування слабкої кислоти слабкою основою не можна підібрати відповідного індикатору. Тому слабку кислоту титрувати слабкою основою не можна. Не можна, звичайно, також титрувати слабку основу слабкою кислотою.
2. Індикатори методу кислотно-основного титрування.
При титруванні до розчину одного компонента добавляють розчин другого компонента, поки буде досягнута точка еквівалентності, тобто поки кількості добавленого і взятого компонентів будуть еквівалентними. У методі нейтралізації розчин кислоти титрують розчином основи або навпаки. Для визначення кінця титрування використовують індикатори. Практично майже неможливо підібрати індикатор, який показав би кінець титрування в кінці еквівалентності. Тому точку кінця титрування, яку визначають індикатором, називають кінцевою точкою титрування. Кінцева точка титрування завжди відрізняється від точки еквівалентності. Чим більше ці точки різняться між собою, тим більша помилка титрування.
Індикатори – речовини, які змінюють свою будову і фізичні властивості при зміні властивостей середовища. Індикатори кислотно-основного титрування змінюють будову і властивості при зміні рН середовища.
Ідикатори методу нейтралізації є слабкими органічними кислотами або основами, молекулярна форма яких має інше забарвлення, ніж іонна. Індикатори методу нейтралізації бувають одно- і двоколірні. Одноколірні індикатори мають забарвлення лише в одній, звичайно іонній (сольовій) формі. Колір цих форм різний і залежить від pH розчину.
У водних розчинах кислотні індикатори дисоціюють на іони:
(1)
Характеристикою індикатора є його константа кислотної дисоціації:
(2)
Залежно від величини константи дисоціації кислотно-основні індикато ри поділяють на сильні, проміжні і слабкі. Сильні індикатори характери зуються величиною >10-7 і змінюють своє забарвлення в кислому середовищі при рН<7. Типовим представником цієї групи індикато рів є метилоранж, забарвлення якого змінюється в межах рН = 3,4—4,3.
Метилоранж є амфотерним електролітом, який і в нейтральних, і в луж них розчинах перебуває в іонному стані. Зміна структури метилоранжу при переході з лужних і нейтральних розчинів у кислі характеризується таким рівнянням:
рожевий жовтий
Індикатори проміжної сили змінюють своє забарвлення при рН ≈ 7. До цієї групи індикаторів належить лакмус, який змінює своє забарв лення в межах рН = 6,8—7,2.
Слабкі індикатори змінюють забарвлення в слабколужному середовищі. Типовим представником цієї групи індикаторів є фенолфталеїн, дві гідроксильні групи якого мають кислотний характер.
При переході в сольову форму змінюється структура фенолфталеїну:
безбарвний червоний
червоний карбінольна основа –
знову безбарвна в сильно
лужному середовищі
при великій концентрації лугу (рН = 13,5 – 14) фенолфталеїн переходить в іншу, безбарвну форму.
Колір індикатора залежить від концен трації водневих іонів розчину. Розглянемо характер цієї залежності для кислотних індикаторів. Установлені залежності справджуються також для індикаторів інших типів.
З рівняння (1) видно, що стан рівноваги між молекулярною та іонною формами індикатора залежить від величини рН розчину. З константи дисо ціації індикатора можна обчислити межі рН, в яких змінюватиметься його забарвлення в розчині. При цьому треба мати на увазі, що людське око помічає зміну забарвлення розчину лише в тому випадку, коли не менш як 10% загальної кількості індикатора переходить з однієї забарвленої форми в іншу.
Цей інтервал рН називають інтервалом пе реходу індикатора. Для переважної більшос ті індикаторів інтервал переходу за рівнян ням лежить у межах двох одиниць рН.
Проте треба зазначити, що величина інтер валу переходу до деякої міри залежить та кож від індивідуальних особливостей інди каторів, зокрема від кольору та інтенсив ності забарвлення молекулярної і сольової форм індикатора.
Інтервал переходу кислотно-основних ін дикаторів, залежно від величини рН, наве дено в табл. 1.
4. Показник титрування індикатора.
У межах інтервалу переходу індика тора є значення рН, при якому спостерігається найбільш помітна людським оком зміна кольору індикатора. Це значення рН називають показником титрування індикатора і позначають рТ.
Різка зміна кольору відбувається, як правило, в той момент, коли кон центрації іонної і молекулярної форм індикатора стають однаковими; тому показник титрування здебільшого збігається з величиною логарифма кон станти дисоціації з оберненим знаком —рК.
Контролі запитання
1. Що виступає у ролі робочих розчинів у методі нейтралізації?
2. Вимоги які висуваються до первинних стандартів.
3. Що таке ацидиметричне та алкалиметричне титрування ?
4.Індикатор – це…
5. Рівняння зміни структури метилоранжу при переході з лужних і нейтральних розчинів у кислі.
6. Як веде себе фенолфталеїн при переході у сольову форму?
7.Дати поняття інтервалу переходу індикатора.
Література:
Основна:
Додаткова:
Л – 1: Аналітична хімія. Підручник для вищих навчальних закладів / А.С. Алемасова, В.М. Зайцев, Л.Я. Єнальєва, Н.Д. Щепіна, С.М. Гождзінський / Під ред. В.М. Зайцева. – Донецьк: 2010. – 417 с.
Питання до самостійного вивчення
1. Титрування в неводних розчинах.
2. Дати поняття стрибок титрування.
Л – 7: Гурвич Я.А. Хімічний аналіз: для середніх ПТУ.– М.: Вищ.шк.,1985. – с.130 -132, 124