Кислотно-основное титрование представляет собой метод количественного анализа для определения концентрации в качестве кислоты или оснований пути точной нейтрализации ее с стандартным раствором основания или кислот , имеющеми известной концентрацией. Индикатор pH используется для наблюдения за ходом кислотно-щелочной реакции . Если константа кислотной диссоциации (p K a ) константы кислотной или основной диссоциации (p K b ) основания в растворе аналита известна, ее концентрация в растворе ( молярность) можно определить. В качестве альтернативы, p K a может быть определено, если раствор аналита имеет известную концентрацию раствора, путем построения кривой титрования .
Алкалиметрия и ацидиметрия
Алкалиметрия и ацидиметрия - это разновидности объемного анализа, в котором основной реакцией является реакция нейтрализации. Ацидиметрия - это специализированное аналитическое использование кислотно-основного титрования для определения концентрации основных (синонимичных щелочных) веществ с использованием стандартной кислоты. Алкалиметрия - это та же концепция специализированного аналитического кислотно-основного титрования, но для кислого вещества с использованием стандартной основы. [1]
Выбор индикатора
Для определения конечной точки титрования необходимо выбрать подходящий индикатор pH. Изменение цвета или другой эффект должны происходить близко к точке эквивалентности реакции, чтобы экспериментатор мог точно определить, когда эта точка будет достигнута. Значение pH точки эквивалентности можно оценить по следующим правилам:
- Сильная кислота реагирует с сильным основанием с образованием нейтрального (pH = 7) раствора.
- Сильная кислота реагирует со слабым основанием с образованием кислого (pH <7) раствора.
- Слабая кислота реагирует с сильным основанием с образованием щелочного (pH> 7) раствора.
Когда слабая кислота реагирует со слабым основанием, раствор точки эквивалентности будет основным, если основание сильнее, и кислым, если кислота сильнее. Если оба имеют одинаковую силу, то эквивалентный pH будет нейтральным. Однако слабые кислоты не часто титруются против слабых оснований, потому что изменение цвета, показываемое индикатором, часто бывает быстрым, и поэтому наблюдателю очень трудно увидеть изменение цвета.
Точка, в которой индикатор меняет цвет, называется конечной точкой . Следует выбрать подходящий индикатор, предпочтительно такой, который будет иметь изменение цвета (конечная точка), близкое к точке эквивалентности реакции.
Математический анализ: титрование слабой кислоты.
Значение pH слабого кислотного раствора, титруемого сильным щелочным раствором, может быть определено на разных этапах пути. Эти точки попадают в одну из четырех категорий: [2]
- начальный pH
- pH до точки эквивалентности
- pH в точке эквивалентности
- pH после точки эквивалентности
для более точных расчетов требуется использование диаграммы RICE . Фактически, приведенные ниже уравнения являются упрощением диаграммы RICE.
- Начальный pH приближается для слабого кислотного раствора в воде с использованием уравнения
- Значение pH до точки эквивалентности зависит от количества оставшейся слабой кислоты и количества образованного конъюгированного основания. Значение pH можно приблизительно рассчитать по уравнению Хендерсона – Хассельбаха :
- = начальная концентрация кислоты, деленная на моль / л.
- = концентрация добавленного основания, деленная на моль / л.
- = начальный объем кислоты.
- = объем добавленной базы.
- В точке эквивалентности слабая кислота расходуется и превращается в сопряженное с ней основание. Значение pH будет больше 7, и его можно будет рассчитать по уравнению, полученному из следующих соотношений:
- После точки эквивалентности раствор будет содержать два основания: сопряженное основание кислоты и сильное основание титранта. Однако основание титранта сильнее, чем основание конъюгата кислоты. Следовательно, pH в этой области контролируется сильным основанием. Таким образом, pH можно определить, используя следующее:
![{\displaystyle {\ce {pH}}=-\log[{\ce {H3O+}}]_{0}=-\log {\frac {{\sqrt {K_{a}^{2}+4K_{a}C_{a}}}-K_{a}}{2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35df705bbfc8dec26c2cd446cac2347b9985ab2d)
![{\displaystyle {\ce {[H3O+]0}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cc694abd3878b10501071f967a62631f72990aaf)
![{\displaystyle {\ce {pH}}=-\log[{\ce {H3O+}}]=-\log K_{a}-\log {\frac {C_{a}V_{a}-C_{b}V_{b}}{C_{b}V_{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/14e5254d07f645025b0b66ae8450abc30bf6c4b2)
![{\displaystyle {\ce {pH}}_{eq}=-\log[{\ce {H3O+}}]_{eq}=14+\log[{\ce {OH-}}]_{eq}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4670f51daf3aa3216775e5267108f091eaaeab1b)
![{\displaystyle {\ce {pH}}=14+\log[{\ce {OH^-}}]=14+\log {\frac {C_{b}(V_{b}-V_{b}eq)}{V_{a}+V_{b}}}=14+\log {\frac {C_{b}V_{b}-C_{a}V_{a}}{V_{a}+V_{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f414fee11dc48afee5f2b5ab6a8880cd17d865c7)
Единая формула
Более точно, единственная формула [3], которая описывает титрование слабой кислоты сильным основанием от начала до конца, приведена ниже:
![{\displaystyle \phi ={\frac {C_{b}V_{b}}{C_{a}V_{a}}}={\frac {\alpha _{{\ce {A^-}}}-{\frac {{\ce {[H+] - [OH^-]}}}{C_{a}}}}{1+{\frac {{\ce {[H+] - [OH^-]}}}{C_{b}}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/05e2e84af259e3eab8bc45fabc792cd45ea2d26b)
![{\displaystyle \alpha _{{\ce {A^-}}}={\frac {K_{a}}{[{\ce {H+}}]+K_{a}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89efc6da76398f892f38616c6087aea76d333973)
где «φ = доля завершения титрования (φ <1 - до точки эквивалентности, φ = 1 - точка эквивалентности, а φ> 1 - после точки эквивалентности).
- = концентрации кислоты и основания соответственно
- = объемы кислоты и основания соответственно
- = доля слабой кислоты, которая ионизируется
- = константа диссоциации кислоты
- = концентрации ионов H + и OH - соответственно
![{\displaystyle {\ce {[H+], [OH^-]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ffba3133d9f1a615f6a55bd0a70182cf9a36efa1)
Галерея
Графические методы
В процессе титрования создаются растворы с составом от чистой кислоты до чистого основания. Определение pH, связанного с любой стадией процесса титрования, относительно просто для монопротоновых кислот и оснований. Присутствие более чем одной кислотной или основной группы усложняет эти вычисления. Графические методы [4], такие как эквилиграф [5], уже давно используются для учета взаимодействия связанных равновесий. Эти графические методы решения просты в реализации, однако используются нечасто.
Смотрите также
- Уравнение Хендерсона – Хассельбаха
- График Гран (также известный как Гран-титрование или метод Гран)
Рекомендации
- ^ Химический век - Химический словарь - Химические термины . Геспериды. 2007-03-15. п. 14. ISBN 978-1-4067-5758-3.
- ^ Количественный химический анализ, 7Ed. Дэниела К. Харриса. Фримен и компания 2007.
- ^ Де Леви, Роберт (1993). «Явные выражения общей формы кривой титрования с точки зрения концентрации: написание единого выражения в закрытой форме для кривой титрования для различных титрований без использования аппроксимации или сегментации». Журнал химического образования . 70 (3): 209. Bibcode : 1993JChEd..70..209D . DOI : 10.1021 / ed070p209 .
- ^ «Equligraph: новый взгляд на старый инструмент» . Проверено 4 октября 2015 года .
- ^ Фрейзер, Х. (1963). Ионные равновесия в аналитической химии . Крейгер. ISBN 0-88275-955-8.
Внешние ссылки
- Графический метод решения кислотно-основных задач, включая титрование
- Графический и числовой решатель общих кислотно-щелочных задач - Программа для телефонов и планшетов
Простые аналитические формулы для титрования N-протонных кислот. Действительно для любого количества N: 1-монопротонных, 2-дипротических до N = 6 (например, EDTA). [ постоянная мертвая ссылка ]
