3.7. Крива титрування сильної кислоти сильною основою.

В методах, заснованих на реакціях кислотно-основної взаємодії, криві титрування як правило показують залежність рн розчину від об’єму добавленого титранта. Для побудови кривої титрування розраховують значення рн до точки еквівалентності, в точці еквівалентності і після неї.

Для прикладу побудуємо криву титрування 100,0 мл 0,1 н. Розчину hcl розчином 0,1 н. Naoh при кімнатній температурі. Для спрощення розрахунків припустимо, що об’єм розчину при титруванні не змінюється і різниця між концентрацією і активністю іонів несуттєва.

Побудову кривої титрування починаємо з розрахунків рн вихідного розчину, який необхідно титрувати. Сильні кислоти і основи (луги) у водному розчині повністю дисоціюють на іони, тому концентрація іонів Н+ буде дорівнювати концентрації нсl, тобто 0,1 н., і отже, рн = -lg[H+] = -lg 0,1 = 1. Значення рн розчину кислоти будуть визначатися концентрацією невідтитрованої кислоти. При додаванні 10 мл розчину лугу в реакцію вступає 10% кислоти і в розчині залишається 90% невідтитрованої hcl. Концентрація іонів гідрогену в цьому розчині буде [H+] = 0,1∙0,9 = 0,09 н., тобто рн = 1,05. Якщо долити 50 мл розчину лугу, прореагує 50% вихідної кількості кислоти і концентрація іонів гідрогену буде [H+] = 0,1∙0,5 = 0,05 н., а рн = 1,3. При додаванні 90 мл розчину лугу в розчині залишиться 10% від вихідної кількості кислоти, тоді [H+] = 0,1∙0,1 = 0,01 = 10-2 н., а рн = 2. При введенні 99 мл лугу в розчині буде [H+] = 0,1∙0,01 = 0,001 = 10-3 н., а рн = 3. А якщо долити 99,9 мл лугу, то [H+] = 0,1∙0,001 = 0,0001 = 10-4 н., а рн = 4. В точці еквівалентності, коли вся кислота повністю прореагує з лугом, рн розчину визначається автопротолізом води і дорівнює 7.

Після точки еквівалентності рн розчину буде визначатися кількістю добавленого лугу. Концентрація ОНˉ-іонів зростає пропорційно кількості долитого розчину naoh. Якщо долито 0,1 мл розчину лугу, то концентрація [OHˉ] = 0,1∙10-3 = 10-4 н., [H+] = 10-14 / 10-4 = 10-10 н. І рн = 10. При додаванні 1 мл лугу [OHˉ] = 0,1∙10-2 = 10-3 н., [H+] = 10-14 / 10-3 = 10-11 н. І рн = 11.

За цими даними будуємо криву титрування в координатах рн = vnaoh (рис. 3.1). Пряма, що паралельна осі абсцис і при рн = 7 перетинає ось ординат, називається лінією нейтральності. Пряма, що паралельна осі ординат і перетинає ось абсцис при vnaoh = 100 мл, називається лінією еквівалентності: лівіше цієї прямої знаходяться розчини, що містять надлишок кислоти, правіше – надлишок лугу. Точку перетину кривої титрування з лінією еквівалентності називають точкою еквівалентності, а перетин кривої титрування з лінією нейтральності називають точкою нейтральності. Як ми бачимо, при титруванні сильної кислоти сильною основою точка еквівалентності і точка нейтральності збігаються.

Загальний вигляд кривої титрування достатньо своєрідний. На початку титрування рн змінюється дуже повільно. Крива показує, що, якщо відтитрувати половину об’єму кислоти (vnaoh = 50 мл), рн розчину зміниться тільки на 0,3 одиниці порівняно з вихідним (від 1 до 1,3), якщо відтитрувати 90%, то зменшення рн складає лише одну одиницю. Із зменшенням концентрації кислоти, що залишається в розчині, зміна рн при титруванні стає більш різкою. Відтитрування кислоти від 90 до 99,9% викликає зміну рн вже на одиницю (від 2 до 3). Також на одиницю (від 3 до 4) зростає рн при відтитруванні від 99 до 99,9%, тобто на 0,9%. Титрування останніх 0,1% кислоти призводить до зміни рн на 3 одиниці (від 4 до 7). Введення надлишку 0,1% naoh порівняно з еквівалентною кількістю викликає зміну рн також на 3 одиниці, і рн розчину стає рівним 10. Різка зміна рн в області точки еквівалентності називається стрибком титрування. В даному випадку стрибок титрування спостерігається при рн від 4 до 10. Це найбільш суттєва частина кривої титрування, оскільки за стрибком титрування проводиться вибір індикатора для даного титрування і вирішуються деякі інші питання. Область різкої зміни рн визначається константою рівноваги реакції, що протікає при титруванні, і концентрацією реагентів.

Крива титрування сильної основи сильною кислотою розраховується аналогічно і представляє собою дзеркальне відображення кривої титрування сильної кислоти сильною основою.