Построение кривой титрования слабой кислоты сильным основанием

Чтобы построить кривую титрования, нужно знать природу кислоты (например, уксусная кислота CH₃COOH) и основания (например, гидроксид натрия NaOH) и их концентрации (например, 0,1 моль/дм³ CH₃COOH и 0,1моль/дм³ NaOH).

Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием рассчитывается более сложно. Так как слабая кислота диссоциирует не полностью, а частично, концентрацию катионов водорода нельзя приравнивать к общей концентрации кислоты.

Исходную концентрацию слабой кислоты следует вычислять с учетом ее константы диссоциации по формуле:

Откуда pH =- lg[H⁺] = -1/2 lgK_кисл. – 1/2 lgC_{эк./кислоты}

Например:

Рассчитываем концентрацию H⁺ в исходном растворе 0,1 моль/дм³ CH₃COOH.

K_CH3COOH = 1,75  10^-5

pH = - lg[H⁺] ; pH = - lg 1,4  10^-3 = 3  0,15 = 2,85

В процессе титрования уксусной кислоты раствором гидроксида натрия появляется соль – ацетат натрия:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

Если к титруемой кислоте прибавлять 50% 0,1 моль/дм³ раствора NaOH, то в растворе наряду с еще неоттитрованной слабой кислотой присутствует соль слабой кислоты, то есть образуется буферная смесь.

Для расчета pH буферного раствора, состоявшего из слабой кислоты и ее соли, используют следующее уравнение:

pH = - lg Kкисл. – lg	Cэк.(кисл.)  uкисл.
	Cэк.(соли)  uсоли

Например:

Если 10 см³ 0,1 моль/дм³ CH₃COOH титруют 0,1 моль/дм³ NaOH и оттитровано 50% кислоты, т.е. прибавлено 5см³ 0,1 моль/дм³ NaOH, то в растворе находятся 5см³ не оттитрованной CH₃COOH и 5 см³ 0,1 моль/дм³ раствора ее соли CH₃COONa.

Тогда:

H = - lg (1,75  10-5) – lg (	0,1  5	) = 4,75
	0,1  5

Если оттитровано 99,9% кислоты (начало скачка титрования), то в растворе осталось 0,01 см³ 0,1 моль/дм³ раствора CH₃COOH и образовалось 9,99 см³ 0,1 моль/дм³ раствора CH₃COONa.

Тогда:

pH = - lg (1,75  10-5) – lg	0,1  0,01	= 7,75
	0,1  9,99

Когда нейтрализована вся кислота (100%), то в растворе находится только продукт реакции – соль слабой кислоты и сильного основания, в нашем примере – ацетат натрия.

Раствор не является нейтральным, pH его не равен 7, так как такая соль подвергается гидролизу:

CH₃COONa = CH₃COO^– + Na⁺

CH₃COO^– + HOH CH₃COOH+OH^–

CH₃COONa + HOH CH₃COOH+NaOH

Для расчета pH гидролизующейся соли этого типа используют уравнение:

pH = 7 – 1/2 lg K_кисл. + 1/2 lg C_{эк.(соли)}

Тогда (без учета разбавления):

pH = 7 – 1/2 (1,75  10^-5)_. + 1/2 lg 0,1 = 8,88

Расчет pH для конца скачка титрования, когда прибавлен 0,1% избытка гидроксида натрия, проводится на основании правила расчета pH для сильных электролитов, так как в растворе присутствует только NaOH и прибавлено 0,01 см³ избытка раствора NaOH сверх 10 см³, необходимых для нейтрализации кислоты.

Тогда:

Cэк.(изб.осн.) =	0,1  0,01	=10-4 моль/дм3
	10

pOH = - lg [OH^-]

pOH = - lg 10^-4

pOH = 4

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH

pH = 10

Если прибавлен 1% избытка раствора NaOH (0,1 см³), то

Cэк(изб.осн)=	0,1  0,1	=10–3моль/дм3
	10

рН = –lg 10^–3=3

pH = 3

pОН = 14-3; рОН = 11

Результаты расчета кривой титрования 10 см³ 0,1моль/дм³ раствора уксусной кислоты (СН₃СООН) 0,1моль/дм³ раствором гидроксида натрия (NaOH) без учета разбавления представлены в таблице 2.

На основании полученных данных построена кривая титрования слабой кислоты сильным основанием (рис.4)