Кривые титрования. Выбор индикатора

Кривая кислотно-основного титрования — это графическое изображение изменения рН раствора в ходе титрования.

Титрование сильной кислоты сильным основанием

Составим уравнение кривой титрования сильной одноосновной кислоты раствором сильного основания. При титровании сильной кислоты (НАп) сильным основанием (КЮН) уравнение электронейтральности раствора может быть представлено в следующем виде:

[Н+] + [Кх+] = [Ап_] + [ОН_] или [Н+] _ [ОН_] = [Ап_]_[Кх+];

Допустим, что для титрования взяли 20 см3 раствора 0,1 моль/дм3 НС1, а в качестве титранта использовали раствор 0,1 моль/дм3 №ОН.

Поскольку каждая молекула НС1 дает при диссоциации один ион Н+, общая концентрация водородных ионов в 1 дм3 исходной 0,1 моль/дм3 кислоты составляет 0,1 (или 10_1) моль-ион. Следовательно, рН этого раствора равен

Когда 90 \% соляной кислоты будет оттитровано, ионов Н+ останется 10 \% от первоначального количества, то есть 0,01 (или 10_2) моль-ион в 1 дм3, а рН раствора станет равен 2. При нейтрализации 99,0 \% соляной кислоты рН = 3; при нейтрализации 99,9 \% кислоты рН = 4 и т. д. В момент полной нейтрализации соляной кислоты титруемый раствор содержит только натрия хлорид и имеет рН = 7. Прибавление избытка натрия гидроксида ведет к увеличению рН раствора, как это показано в табл. 3.1.

Результаты этих вычислений изображают графически. На оси абсцисс откладывают избыток кислоты или щелочи в разные моменты титрования, а на оси ординат — соответствующие значения рН раствора. Получающийся график называют кривой титрования.

Кривая титрования раствора 0,1 моль/дм3 НС1 раствором 0,1 моль/дм3 №ОН показана на рис. 3.1.

Таблица 3.1

Изменение рН раствора при титровании сильной кислоты сильным основанием

 

Прибавлено ИаОН		Осталось НС1		[Н+],
					„ Т_Г
\%	мл	\%	моль/дм3	моль/дм	рп
0,0	0,00	100,0	0,1	10"1	1
90,0	18,00	10,0	0,01	10 2	2
99,0	19,80	1,0	0,001	10"3	3
99,9	19,98	од	0,0001	10"4	4
100,0	20,00	0,0	10"7	10"7	7
избыток №ОН
100,1	20,02	од	0,0001	10"10	10
101,0	20,20	1,0	0,001	ю-11	11
110,0	22,00	10,0	0,01	10"12	12
200,0	40,00	100,0	0,1	10"13	13

При титровании сильной кислоты сильным основанием точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности (рН = 7).

Уровень	Скачок
титрования	титрования, АрН
10°	7,4
КГ1	5,4
10 2	3,4
10"3	1,4

Повышение температуры раствора приводит к увеличению ионного произведения воды, изменению рК кислот и оснований; скачок титрования при этом смещается в сторону более низких значений рН. Поэтому обычно титрование проводят при комнатной температуре.

Изменения ионной силы раствора, связанные с присутствием посторонних электролитов в достаточно высоких концентрациях, приводят к достаточно большим изменениям рК кислот и оснований и могут существенно влиять на величину скачка титрования.

Так, для титрования сильной кислоты сильным основанием пригоден лакмус, у которого рТ = 7 не только входит в пределы скачка, но даже совпадает с точкой эквивалентности. У фенолфталеина рТ = 9. Очевидно, применяя этот индикатор, титрование заканчивают не в точке эквивалентности, а при некотором избытке основания, который ничтожно мал. Ведь уже при избытке №ОН в 0,1 \% рН раствора увеличивается до 10. Следовательно, с фенолфталеином раствор перетитровывают лишь на доли капли щелочи, чем вполне можно пренебречь.

У метилового оранжевого показатель титрования равен 4, а у метилового красного рТ = 5,5. Оба показателя входят в интервал скачка рН на кривой. Правда, применяя эти индикаторы, раствор немного недотитровывают, но опять-таки на величину, не превышающую 0,1 \% от общего количества кислоты.