Интервал перехода окраски некоторых индикаторов.
Лекции.ИНФО


Интервал перехода окраски некоторых индикаторов.

Индикатор Интервал рНпер.окр. Показатель титрования рТ Изменение окраски
Метиловый оранжевый 3.1-4.4 3.8 розовый/желтый
Фенолфталеин 8.3-10.0 9.1 бесцветный/малиновый
Метиловый красный 4.4-6.2 5.4 красный/желтый
Метиловый фиолетовый 0.0-2.0 1.0 желтый/фиолетовый
Тимоловый синий 1.2-2.8 2.0 розовый/желтый
Ализариновый желтый 10.0-11.8 11.0 желтый/красный
Лакмус 5.0-8.0 6.5 красный/синий

Для того чтобы погрешность титрования была наименьшей, надо чтобы изменение окраски индикатора происходило как можно ближе к точке эквивалентности (т. е. конечная точка титрования как можно больше соответствовала точке эквивалентности).

Неправильный выбор индикатора может исказить результат анализа. Чтобы этого не произошло, необходимо в каждом определении представлять, каким образом происходит изменение рН в процессе титрования, в какой среде лежит точка эквивалентности, как резко изменяется рН вблизи точки эквивалентности. Эти процессы описывают кривые титрования.

При выборе индикатора руководствуются следующим правилом: для титрования можно применять только те индикаторы, показатели титрования которых лежат в пределах скачка рН на кривой титрования, т. е. у правильно выбранного индикатора интервал перехода полностью или частично перекрывается скачком титрования на данной кривой.

Кривые титрования

Кривые титрования в методе нейтрализации представляют собой графическое изображение изменения рН раствора в процессе титрования в зависимости от количества добавленного титранта. В зависимости от относительной силы кислот и оснований, участвующих в реакции, различают различные случаи титрования, каждый из которых описывается собственной кривой титрования.

До начала титрования значение рН титруемого раствора определяется концентрацией (для сильных кислот и оснований) и константой диссоциации (для слабых кислот и оснований) титруемого раствора; после точки эквивалентности – концентрацией титранта. В промежуточных точках титрования факторы, определяющие рН титруемого раствора, различны и зависят от того, какое вещество титруют.

Особое значение имеет расчет скачка на кривой титрования. Скачок титрования – это резкое изменение рН вблизи точки эквивалентности. Начало скачка соответствует недостатку в 0,1 % прибавленного титранта (т. е. добавлено 99,9 % титрата), а конец скачка соответствует избытку добавленного титранта в количестве 0,1 %. Скачок титрования – наиболее существенная часть кривой титрования, т. к. именно по нему производят выбор индикатора.

Величина и положение (по шкале pH) скачка титрования зависят от силы титруемой кислоты и основания. Чем больше скачок на кривой титрования, тем меньше погрешность титрования, связанная с выбором индикатора.

 

I. Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием (и наоборот).

При построении кривой титрования сильной кислоты щелочью рН в исходном растворе сильной кислоты определяют по формуле pH = - lg скисл (для одноосновной кислоты), т.к. в результате полной диссоциации скисл = [H+].

До точки эквивалентности в растворе будет присутствовать избыток неоттитрованной сильной кислоты, следовательно, избыток H+-ионов (рН < 7); за точкой эквивалентности в растворе будет находиться избыток щелочи, т. е. избыток [ OH-] - ионов (рН > 7).

В точке эквивалентности в растворе существует соль сильной кислоты и сильного основания, которая не подвергается гидролизу, и среда будет нейтральная (рН = 7).

Для расчета избыточного содержания [H+]-, [OH-] -ионов используют формулы, учитывающие разбавление раствора за счет добавления титранта.

В случае титрования одноосновных кислот получают следующие формулы:

(9)

 

pH = - lg[ H+]изб; (10)

 

(11)

 

pH = 14 - pOH = 14 + lg [OH-]изб (12)

 

где скисл– нормальная (для одноосновных кислот=молярная) концентрация кислоты, моль/л;

сосн – нормальная (для однокислотных оснований=молярная) концентрация основания, моль/л.

Пример.

Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1 М HСl раствором 0,1 М NaOH.

Решение:
Расчет кривой титрования начинается с расчета рН исходного титруемого раствора: рН = - lg 0,1 = 1,0.

Рассмотрим несколько примеров расчета рН до точки эквивалентности (в растворе присутствует неоттитрованная кислота).

Пусть добавлено 5,0 мл 0,1 М NaOH. Концентрация [H+] – ионов равна

 

 

pH = -lg [H+]изб = -lg 0,033 = 1,5

 

Аналогично рассчитываются любые другие точки на кривой титрования до точки эквивалентности (данные приведены в таблице 2), в том числе и рН в начале скачка на кривой титрования. В этом случае недотитровано 0,1 % кислоты, т. е. добавлено NaOH на 0,1 % меньше, чем требуется для полной нейтрализации HCl. Так как концентрации кислоты и щелочи равны, то это означает, что щелочи добавлено 9,99 мл (10,0 мл составляет 100 %):

 

 

тогда pH = -lg(5 · 10-5)= 4,3

 

При рН=7 раствор нейтрализован полностью, по закону эквивалентов соответствующий эквивалентный объем равен: Vэкв(NaOH)=10·0,1/0,1=10,0 мл.

Конец скачка рассчитывается для избыточного содержания в растворе NaOH в количестве 0,1 %, т. е. всего добавлено 10,01 мл 0,1 М NaOH. В этом случае

 

 

pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg(5· 10-5) = 9,7

 

Аналогично рассчитываются все другие точки на кривой титрования за точкой эквивалентности. Например, добавлено 11,0 мл 0,1 М NaOH:

 

 

pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg(5· 10-3) = 11,7

 

Таблица 2.

Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH

V(NaOH),мл [H+], моль/л [OH-], моль/л pH
1. 0,00 0,100 - 1,0
2. 2,50 0,060 - 1,2
3. 5,00 0,033 - 1,5
4. 9,00 5 · 10- 3 - 2,3
5. 9,90 5 · 10- 4 - 3,3
6. 9,99 5 · 10- 5 - 4,3
7. 10,00 1 · 10- 7 1 · 10- 7 7,0
8. 10,01 - 5 · 10- 5 9,7
9. 10,10 - 5 · 10- 4 10,7
10. 11,00 - 5 · 10- 3 11,7
11. 15,00 - 0,02 12,3

 

Анализ кривой титрования

В начале титрования рН изменяется очень медленно. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким. Величина скачка рН на кривой титрования в данном случае достаточно велика и составляет 5,4 единицы:

ΔрН = рН конца скачка - рН начала скачка = 9,7 - 4,3 = 5,4.

Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности, которая лежит в нейтральной среде. Величина скачка титрования зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем меньше концентрация реагентов, тем меньше скачок титрования. К уменьшению скачка титрования приводит повышение температуры, т. к. возрастает величина ионного произведения воды (при 80° С скачок составляет, например, 4.6 единицы).

Рис.1. Кривая титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH

Кривая титрования сильного основания сильной кислотой рассчитывается аналогично, представляя собой зеркальное изображение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием. До точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией неоттитрованной щелочи и рассчитывается по формулам (11, 12). После точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией кислоты, которая будет находиться в избытке, и рассчитывается по формуле (9, 10). В точке эквивалентности раствор нейтрален (рН = 7.0), по закону эквивалентов Vэкв(НСl)=10,0·0,1/0,1=10,0 мл. Величина скачка и его положение на кривой титрования остаются такими же, какими они были при титровании сильной кислоты сильным основанием.

Расчетные данные кривой титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl приведены в таблице 3.

Таким образом, в случае титрования сильной кислоты щелочью и наоборот можно из двух широко используемых индикаторов (фенолфталеина и метилоранжа) использовать оба, т. к. интервалы перехода окраски метилоранжа (3,1 – 4,4) и фенолфталеина (8,3 – 10,0) попадают в интервал скачка рН на кривой титрования (4,3 – 9,7)

 

Таблица 3.

Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl

V(HCl),мл [OH-], моль/л [H+], моль/л pH
1. 0,00 0,100 - 13,0
2. 2,50 0,060 - 12,8
3. 5,00 0,033 - 12,5
4. 9,00 5 · 10- 3 - 11,7
5. 9,90 5 · 10- 4 - 10,7
6. 9,99 5 · 10- 5 - 9,7
7. 10,00 1 · 10- 7 1 · 10- 7 7,0
8. 10,01 - 5 · 10- 5 4,3
9. 10,10 - 5 · 10- 4 3,3
10. 11,00 - 5 · 10- 3 2,3
11. 15,00 - 0,02 1,7

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 481;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная