Титрование слабого основания сильной кислотой

На рис. 17.4 показана кривая титрования 0,1 н. раствора аммиака 0,1 н. раствором хлороводородной кислоты. Получающийся при этом хлорид аммония NH4C1 гидролизуется с образованием некоторого избытка ионов Н+. Поэтому в данном случае точка эквивалентности должна находиться в кислотной области pH (pH.

Рассчитаем значения pH в различные моменты титрования 10 мл 0,1 н. раствора аммиака 0,1 н. раствором хлороводородной кислоты.

Расчет pH исходного раствора слабого основания:

где рК₀ — показатель константы основности: рК₀ = -1 gK_Q; рс₀ — показатель концентрации основания: рс₀ = -lgc₀.

Подставим найденные величины в уравнение (17.10):

Расчет pH до точки эквивалентности. 1. После начала титрования в растворе образуется соль слабого основания и сильной кислоты — Ш₄С1:

Одновременно присутствует и частично неоттитрованное слабое основание. Следовательно, в растворе образуется буферная система. Значение pH подобных буферных смесей рассчитывают по известной формуле (см. гл. 4):

где с₀ — концентрация слабого основания, моль/л; с (соли) — концентрация образовавшейся соли, моль/л.

Значение pH в момент титрования, когда добавлено к 10 мл 0,1 н. раствора слабого основания 5 мл 0,1 н. раствора сильной кислоты, т. е. оттитровано 50% основания, с₀ = с (соли), равно: рН_х = 14−4,74 + 1 gc_D/ ^ссоли> ^со/^ссоли = 1, lgc₀/c_C0jm = 0- рН_а = 14 — 4,74 = 9,26.

2. Рассчитаем значение pH в момент титрования, когда добавлено 9 мл 0,1 н. раствора НС1, т. е. осталось неоттитрованным 10% основания (1 мл), и концентрация основания уменьшилась в 10 раз: с₀ = 0,01 моль/л, с (соли) = 0,09 моль/л:

3. Рассчитаем значение pH в момент титрования, когда добавлено 9,9 мл 0,1 н. раствора НС1: с₀ = 0,001 моль/л; с (соли) = 0,099 моль/л.

4. Рассчитаем значение pH в момент титрования, когда добавлено 9,99 мл 0,1 н. раствора НС1: с₀ = 0,0001 моль/л; с (соли) = 0,0999 моль/л.

5. Расчет pH в точке эквивалентности. В ТЭ присутствует только соль слабого основания и сильной кислоты, которая подвергается гидролизу (с (соли) = 0,1 моль/л):

6. Расчет pH после точки эквивалентности. После достижения ТЭ величина pH определяется концентрацией избытка титранта — сильной кислоты: pH = -lgc (T).

Вычислим pH раствора при добавлении 10,1 мл 0,1 н. раствора НС1, т. е. добавим избыток 0,1 мл 0,1 н. раствора кислоты. Следовательно, концентрация ионов водорода равна: [Н⁺] = с (К) • (f — 1),/ = 10Д: 10 = 1,01; [Н+] = ОД • (1,01 — 1) = 0,001 моль/л; рН₆ = -lg0,001 = 3. Результаты вычислений приведены в табл. 17.5.

По результатам расчетов pH строят кривую титрования (см. рис. 17.4).

Таблица 17.5

Изменение pH раствора слабого основания (NH₃*H₂0) при титровании сильной кислотой (HCI).

Рис. 17.4. Кривая титрования слабого основания сильной кислотой и области перехода индикаторов

Кривая титрования слабого основания сильной кислотой (см. рис. 17.4) показывает, что точка эквивалентности при титровании слабого основания сильной кислотой не совпадает с точкой нейтральности, а находится в кислой области (pH 5,13). Скачок титрования наблюдается в интервале 6,26—4.

В этом случае для титрования пригодны индикаторы метиловый оранжевый (рТ = 4) и метиловый красный (рТ = 5,5), показатели титрования которых лежат в области скачка. Применение бромтимолового синего или фенолфталеина невозможно, так как их показатели титрования не совпадают с пределами скачка.

Нейтрализация слабой кислоты слабым основанием. Выше было показано, что при титровании слабой кислоты сильным основанием сужается интервал скачка pH на кривой в области кислотных его значений. Наоборот, при титровании слабого основания сильной кислотой интервал скачка уменьшается в щелочной области pH.

Если попытаться титровать слабую кислоту слабым основанием (или наоборот), то сужение интервала скачка pH происходит и в кислотной, и в щелочной области. Вследствие этого интервал скачка pH на кривой вовсе исчезает. Поэтому в данном случае нельзя ожидать и резкого изменения окраски индикаторов. Очевидно, что титрование слабой кислоты слабым основанием вообще безрезультативно и не проводится.