Кислотно-основное титрование

Процесс титрования применяется для определения объѐма раствора, необходимого для реакции с определѐнным объѐмом раствора другого вещества. В ходе этого эксперимента вы будете проводить титрование соляной кислоты HCl раствором едкого натра NaOH. Концентрация NaOH в растворе известна, вам необходимо определить неизвестную концентрацию HCl. Ионы водорода, которые содержит HCl, вступают в реакцию с гидроксид-ионами, которые содержит NaOH, в соотношении один к одному, и в результате реакции образуется вода:

Когда раствор HCl титруется раствором NaOH, то изначально рН кислотного раствора низок. По мере добавления основания рН изменяется очень плавно почти до самой точки эквивалентности, когда смешиваются эквимолярные количества кислоты и основания. Вблизи точки эквивалентности рН резко возрастает, как показано на рисунке 1. Затем изменение рН снова становится плавным, а по мере добавления избытка основания изменение рН становится всѐ меньше.

В этом эксперименте с помощью компьютера наблюдается изменение значения рН в процессе титрования. По участку наиболее резкого подъёма значения рН определяется точка эквивалентности. На основании объѐма титрующего раствора NaOH в точке эквивалентности определите молярную концентрацию HCl в растворе.

Цель:

Определить концентрацию соляной кислоты.

Задачи

● с помощью датчика рН провести наблюдение за изменением рН по мере добавления раствора едкого натра в соляную кислоту;

● построить график зависимости рН от объѐма добавленного раствора едкого натра;

● по графику определить точку эквивалентности;

● на основании результатов найти концентрацию соляной кислоты.

Материалы и оборудование

● компьютер;

● колба для промывания;

● датчик рН;

● дистиллированная вода;

● раствор HCl неизвестной концентрации;

● штатив с лапкой;

● ~0,1 M раствор NaOH;

● мерный стакан, 250 мл;

● пипетка с грушей.

● бюретка, 50 мл;

● пипетка, 10 мл;

● мерный стакан, 100 мл;

Ход работы

1. Налить в мерный стакан 50 мл дистиллированной воды. С помощью пипетки отобрать 10,0 мл раствора Hcl в мерный стакан.

2. Поставить мерный стакан на магнитную мешалку и положить в него перемешивающий стержень. Если магнитной мешалки в наличии нет, то во время титрования придётся производить перемешивание с помощью палочки.

3. С помощью лапки подвесить датчик рН на штативе, как показано на рисунке. Расположить датчик рН в растворе HCl так, чтобы об него не ударялся перемешивающий стержень. Включить мешалку на среднюю скорость перемешивания (чтобы раствор не разбрызгивался).

4. Промыть бюретку несколькими миллилитрами 0,1 M раствора NaOH. Закрепить бюретку в лапке штатива, как показано на рисунке. Набрать в бюретку 0,1 M раствор NaOH так, чтобы его уровень был немного выше уровня 0,00 мл. Слить немного раствора NaOH в мерный стакан так, чтобы заполнился кончик бюретки, а уровень раствора остался на отметке 0,00 мл. Записать точную концентрацию NaOH в растворе в таблицу данных и расчѐтов.

5. Соединить РН электрод с адаптером, затем подключите адаптер к регистратору данных.

Перед началом измерения полностью ополоснуть электрод под струёй дистиллированной воды из промывочной бутылки. Протереть поверхность пластиковой трубки фильтровальной бумагой, не касаясь стеклянного шарика электрода. Подключить датчик рН к компьютерному интерфейсу. Подготовить компьютер к сбору данных.

6. Установки измерения:

График	Время	Частота измерения.	Ось Х	Ось У	Диапазон Х	Диапазон У
значение	8 мин.	5 с.	время	рН	0-480	0-14

7. Перед тем как добавить титрующий раствор NaOH, нажать «Пуск» и в течение 10―15 с понаблюдать за значением рН.

8. Процесс пойдёт быстрее, если один человек будет проводить манипуляции с бюреткой, а другой – работать с компьютером.

В ходе эксперимента заполняется таблица:

№	V (NaOH)	pH

б) Продолжить добавлять раствор NaOH порциями так, чтобы значение рН возрастало примерно на 0,15, и после добавления каждой порции записывать значение объѐма, определѐнное по шкале бюретки. Продолжить таким же образом, пока рН не станет равным 3,5.

в) Когда значение рН достигнет примерно 3,5, продолжить добавлять раствор NaOH по одной капле. После каждой порции записывать новое значение объѐма.

П р и м е ч а н и е. Важно, чтобы объѐм всех порций на этой стадии титрования был одинаковым и равным одной капле.

г) После того как значение рН достигнет примерно 10, снова добавлять более объѐмные порции, которые повышают значение рН примерно на 0,15, и после каждой порции записывать значения

объѐма.

д) Продолжить добавлять раствор NaOH до тех пор, пока показания датчика рН не перестанут изменяться.

9. После завершения сбора данных нажатье Стоп. Слить содержимое мерного стакана.

10. Повторить эксперимент 3 раза.

Обработка данных

1. На основании данных графика и таблицы определить, какой объѐм титрующего раствора NaOH был израсходован в каждом опыте. Построить график зависимости рН от V(NaOH). Изучить данные и определите, когда произошѐл самый резкий рост значения рН в ответ на добавление одной капли раствора NaOH. Найти и записать объѐм раствора NaOH перед этим скачком.

2. Найти записать объѐм раствора NaOH после добавления той капли, которая вызвала самый резкий рост значения рН.

3. Определить объѐм раствора NaOH, который был добавлен в точке эквивалентности. Для этого сложить два значения объѐма раствора NaOH, которые получен выше, и разделить результат на два.

4. Найти количество вещества израсходованного NaOH (в моль).

5. На основании уравнения реакции нейтрализации, расчитать количество вещества HCl (в моль).

6. Найти концентрацию HCl, зная объѐм раствора HCl, который был взят в каждом опыте по титрованию.

7. Найти среднюю концентрацию С(HCl) в моль/л.

Т очную точку эквивалентности реакции можно найти альтернативным способом: путѐм нахождения первой и второй производной зависимости рН – объѐм. Объѐм в точке эквивалентности соответствует пиковому (максимальному) значению на графике первой производной и объѐму, где вторая производная равна нулю.