Кривые кислотно-основного титрования
Сильная кислота и сильное основание
Титрование — медленное добавление раствора известной концентрации (титранта), пока реагент не будет израсходован ровно по уравнению реакции. Этот момент — точка эквивалентности. Как узнать, что она достигнута? Следить за pH.
При титровании 25,00 мл 0,100 М \(\ce{HCl}\) раствором 0,100 М \(\ce{NaOH}\) pH сначала меняется медленно: 1,00 в начале, 1,95 при 20 мл (осталось 0,50 ммоль кислоты в 45 мл). Но в окрестности 25 мл происходит скачок: за 24,90 мл остаётся \(0{,}010\) ммоль кислоты в 49,90 мл — pH 3,70; через 0,20 мл, на 25,10 мл, уже избыток щёлочи — pH 10,30. Одна капля меняет pH на шесть единиц! В точке эквивалентности — раствор \(\ce{NaCl}\), pH 7,00.
task_altКак считать pH на кривой
Сначала стехиометрия: что осталось в избытке после реакции? Потом — расчёт pH для этого остатка с учётом общего объёма.
Слабая кислота: буферная зона и точка эквивалентности
Кривая титрования уксусной кислоты щёлочью выглядит иначе.
- Начало: слабая кислота, pH 2,88 для 0,10 М.
- Буферная зона: в растворе кислота и ацетат; при половине эквивалентного объёма их поровну и \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a = 4{,}76\). Так \(\mathrm{p}K_a\) и измеряют.
- Точка эквивалентности: вся кислота превратилась в ацетат — а это основание! pH выше 7.
- Избыток щёлочи: pH определяет лишняя \(\ce{NaOH}\).
Индикатор и конечная точка
Индикатор — сам слабая кислота \(\ce{HIn}\), у которой кислотная и основная формы окрашены по-разному. Окраска заметно меняется, когда отношение форм проходит от 1 : 10 до 10 : 1 — то есть в интервале \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K(\ce{HIn}) \pm 1\).
| Индикатор | Интервал перехода, pH | Окраска |
|---|---|---|
| метиловый оранжевый | 3,1–4,4 | красная → жёлтая |
| метиловый красный | 4,4–6,2 | красная → жёлтая |
| бромтимоловый синий | 6,0–7,6 | жёлтая → синяя |
| фенолфталеин | 8,2–10,0 | бесцветная → малиновая |
Момент, когда меняется окраска, — конечная точка титрования. Она должна совпасть с точкой эквивалентности в пределах скачка. Для сильной кислоты годится почти любой индикатор — скачок огромен; для уксусной кислоты нужен фенолфталеин: метиловый оранжевый сменит окраску задолго до эквивалентности.
infoИз истории
Индикаторы старше самой теории кислот: Роберт Бойль в 1660-х годах отличал кислоты от щелочей по тому, как они меняют цвет сиропа фиалок. Фенолфталеин синтезировал Адольф Байер в 1871 году — задолго до того, как стало понятно, почему он краснеет.
lightbulbЛайфхак: индикатор из капусты
Отвар краснокочанной капусты содержит антоцианы и работает как универсальный индикатор: в кислоте он красный, в нейтральной среде фиолетовый, в щелочной — сине-зелёный и жёлтый. Проверьте дома уксус, соду и раствор мыла.
push_pinГлавное
На кривой титрования четыре участка: исходный раствор, буферная зона (при половине эквивалентности у слабой кислоты \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a\)), точка эквивалентности (для слабой кислоты — pH соли, выше 7) и избыток титранта. Скачок pH вблизи эквивалентности тем больше, чем сильнее кислота и выше концентрации. Индикатор меняет окраску при \(\mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K(\ce{HIn}) \pm 1\) — его интервал должен попасть в скачок.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.