Урок 18. Кислотно-основное титрование

В уроке 18 «Кислотно-основное титрование» из курса «Химия для чайников» дадим определение процессу титрования; выясним что такое точка эквивалентности; выполним разбор задач на титрование. Для понимания материала данного урока Вам следует внимательно изучить уроку 16 «Кислоты и основания» и урок 17 «Реакция нейтрализации».

Титрование это

Титрование является очень популярной процедурой определения относительных концентраций химических эквивалентов в кислотных или основных растворах. И если Вам не приходилось выполнять лабораторные работы по титрованию в школе, то в университете или колледже титровать Вы будете не раз! Итак, переходим к определению:

Титрование — это способ определения концентрации кислоты или основания в растворе, путем измерения объема титранта (основания или кислоты с заданной концентрацией) необходимого для полной нейтрализации имеющегося реагента.

Точка эквивалентности

Поговорим о сущности процесса кислотно-основного титрования. Из необходимого оборудования, грубо говоря, вам понадобится лишь бюретка (стеклянная трубка с краником) и колба. Бывают два случая:

1. Когда нужно определить концентрацию основания в колбе путем добавления из бюретки кислоты известной концентрации.
2. Наоборот, когда необходимо определить концентрацию кислоты в колбе путем добавления основания известной концентрации.

Рассмотрим титрование в первом случае, когда титруемый раствор — основание, а титрант — кислота. Начинаем к анализируемому образцу основания постепенно добавлять раствор кислоты с заранее определенной концентраций до тех пор, пока число эквивалентов кислоты не будет равно числу эквивалентов основания. Продолжая титровать, в конце концов мы достигнем конечной точки титрования, или, как ее еще называют, точки эквивалентности — момент титрования, когда число эквивалентов титранта и титруемого раствора будут точно равны.

Чтобы понять, достигнута точки эквивалентности или еще нет, обычно используют различные кислотно-основные индикаторы. Для этого перед непосредственным титрованием в колбу с анализируемым раствором добавляют пару капель необходимого индикатора, и в момент достижения точки эквивалентности раствор начинает менять свой цвет.

Зная использованный объем титранта и его концентрацию, можно вычислить число эквивалентов основания в анализируемом образце. Если N_A и N_B — нормальности растворов кислоты и основания, а V_A и V_B — их объемы в момент нейтрализации, то:

• Число эквивалентов = N_AV_A = N_BV_B

С теорией покончено, переходим к решению задач на титрование.

Задачи на титрование

Пример 1. Допустим, химичка потребовала, чтобы вы нейтрализовали 25,00 мл раствора кислоты H₃PO₄. На титрование у вас ушло 30,25 мл раствора NaOH. Вычислите отношение нормальных и молярных концентраций обоих растворов.

Решение:

• N_H3PO4 / N_NaOH = V_NaOH/ V_H3PO4 = 30,25 мл / 25,00 мл = 1,210

Нормальная концентрация NaOH совпадает с молярной, а у H₃PO₄ нормальность в три раза больше молярной концентрации, поэтому:

• c_H3PO4/ c_NaOH = N_H3PO4/3 / N_NaOH = 0,403

Пример 2. Вы израсходовали 10,81 мл 0,1 н раствора HCl на титрование 25,00 мл раствора Ca(OH)₂. Какую нормальность и молярность имеет анализируемый раствор? Сколько граммов Ca(OH)₂ содержится в растворе?

Решение:

Первым делом вычислим нормальную концентрацию анализируемого раствора Ca(OH)₂:

• N_Ca(OH)2 = ( V_HCl/ V_Ca(OH)2) × N_HCl = ( 10,81 мл / 25,00 мл ) × 0,1 н = 0,0432 н

Молярная концентрация Ca(OH)₂ вдвое меньше его нормальной концентрации, так как химический эквивалент Ca(OH)₂ равен 2. Поэтому анализируемый раствор имеет молярность 0,0216 М Ca(OH)₂. Чтобы ответить на вопрос, сколько граммов Ca(OH)₂ содержится в растворе, необходимо найти его количество вещества в растворе, для этого следует множить молярность на объем:

• 0,0216 моль/л × 0,025 л = 0,000514 моля

По таблице Менделеева определяем, что молекулярная масса Ca(OH)₂ равна 74,1 г/моль, а значит в растворе содержится:

• 0,000541 моля × 74,1 г/моль = 0,0401 г Ca(OH)₂

Пример 3. Химик-органик синтезирует новую кислоту. Он растворяет 0,5 г этой кислоты в определенном объеме воды и устанавливает, что для нейтрализации полученного раствора требуется 15,73 мл 0,437 н. раствора NaOH. Чему равен грамм-эквивалент синтезированной им кислоты? Если известно, что эта кислота содержит три ионизуемые группы –COOH, чему равна ее молекулярная масса?

Решение

Число эквивалентов основания, понадобившееся для нейтрализации, равно:

• 0,01573 л × 0,437 экв/л = 0,00687 экв

Грамм-эквивалент кислоты определяется из соотношения:

• 0,500 г / 0,00687 экв. = 72,8 г/экв

Так как грамм-эквивалент кислоты равен 72,8 г, а каждый ее моль высвобождает 3 эквивалента ионов водорода H⁺, молекулярная масса кислоты должна быть равна 3·72,8 г = 218 г.

Надеюсь урок 18 «Кислотно-основное титрование» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.