Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием

Прямую, параллельную оси абсцисс и при рН 7,0 пересекающую ось ординат, называют линией нейтральности. Прямую, параллельную оси ординат и пересекаю­щую ось абсцисс в значении эквивалентного объема титранта, называют линией экви­валентности:левее этой прямой находятся растворы, содержа­щие избыток кислоты, правее – избыток щелочи. Точку пересечения кривой титрования с линией эквивалентности назы­вают точкой эквивалентности,а пересечение кривой титрова­ния с линией нейтральности называют точкой нейтральности.Как видно, при титровании сильной кислоты сильным основани­ем точка эквивалентности и точка нейтральности совпадают.

Расчет кривой титрования начинается с расчета рН исходного титруемого раствора. Сильные кислоты и основания (щелочи) в водном растворе диссоциированы нацело, поэтому концентрация ионов Н⁺ будет равна концентрации кислоты.

До начала титрования в титруемом растворе только сильная кислота НА. Так как НА сильная кислота и диссоциирует на­цело, то [Н⁺] = с(НА), и рН = –lg [Н⁺] => рН = –lg c(HA).

Значения рН раствора НСl до точки эквивалентности будут определяться концентрацией неоттитрованной кислоты, т.к. все добавляемые с титрантом ОН^--ионы связываются в воду: НА + МОН→ МА + Н₂О, поэтому с учетом разбавления титруемого раствора в ходе титрования:

В точке эквивалентности, когда вся кислота полностью прореагирует со щелочью, рН раствора определяется ионами водорода, поступающими за счет автопротолиза воды, и становится равным 7,00. Соль МА образована сильной кислотой и сильным основанием, поэтому не гидролизуется.

После точки эквивалентности рН раствора будет определяться количеством добавленной щелочи. Концентрация ОН^--ионов растет пропорционально количеству добавленного NaOH.

В начале титрования рН изменяется очень медленно. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким.

Резкое изменение рН в области точки эквивалентности называют скачком титрования.

Это наиболее существенная часть кривой титрования, т.к. по скачку титрования производится выбор индикатора для данного титрования и решаются некоторые другие вопросы.

Для регистрации ТЭ подходят фенолфталеин и метиловый оранжевый.

Область резкого изменения рН определяется константой равнове­сия реакции, протекающей при титровании, и концентрацией ре­агентов. Погрешность многих титриметрических методов не превышает ±0,1%, поэтому величиной скачка считают изменение рН от состояния, когда раствор недотитрован на 0,1% к состоянию, когда он на 0,1% перетитрован.

Величина скачка титрования за­висит от концентрации реагирующих веществ. Чем меньше кон­центрация реагентов, тем меньше скачок титрования. Повышение температуры вызывает увеличение ионного произведения воды, и это тоже уменьшает скачок титрования.

Кривая титрования сильного основания сильной кислотойрассчитывается аналогично, представляя собой зеркальное изобра­жение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием (рис. 2).

До точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией неоттитрованной щелочи, а после точки эквива­лентности – концентрацией добавленной кислоты. В точке эквивалентности раствор нейтрален (рН 7,0). Величина скачка и его по­ложение на кривой титрования остаются такими же, какими они были при титровании сильной кислоты сильным основанием.

Рис.2. Кривая титрования 100,0 мл 0,1М NaOH 0,1М раствором НCl

Для регистрации ТЭ подходят оба индикатора.

Для обнаружения ТЭ применяют индикаторы, изменяющих свой цвет в зависимости от рН водного раствора.

Изменение цвета индикатора связано с существенным изменением его молекулярной структуры. В соответствии с хромофорной теорией окраска соединения связана с наличием в его молекуле так называемых хромофорныхгрупп, к которым относятся NO₂^-, —N=N— и т.д., ауксохромных, которые в присутствии хромофорных также влияют на окраску. Присоединение или отщепление протона по этой теории вызывает перестройку молекулы индикатора, в результате которой появляются новые или исчезают существовавшие ранее хромофорные группы и таким образом происходит изменение цвета индикатора.

Более общее квантово-механическое толкование изменения окраски индикатора основано на рассмотрении изменений в распределении электронной плотности в процессах взаимодействия протона с индикатором. Ауксохромы связаны с ненасыщенным углеродным скелетом хромофора так, что положение двойных связей изменяется. Разность энергий основного и возбужденного (под действием света) состояния таких веществ мала, поэтому молекула поглощает свет в видимой части спектра, и вещество имеет определенную окраску.

Например, структурные изменения в растворах метилового оранжевого при изменении рН можно представить схемой:

В воде, нейтральном и щелочном растворе метиловый оранжевый имеет желтую окраску (форма Ind^-), при подкислении структура молекулы изменяется и индикатор приобретает крас­ную окраску (форма HInd). Это связано с тем, что в кислой среде азот, содержащий неподеленную пару электронов, протонируется. Цепь сопряжения и подвижность π-электронов увеличивается, в результате энергия возбуждения молекулы уменьшается и свет поглощается в красной области спектра.

Метиловый оранжевый – двухцветный индикатор. Он относится к классу азоиндикаторов. Сюда относится также метиловый красный и тропеолин О:

метиловый красный	тропеолин О

Однако существуют соединения, не содержащие хромофоров, у которых под влиянием среды структура изменяется так, что появляются хромофорные группы. Таковы фталеины.Например, фенолфталеин. Упрощенная схема этих изменений имеет вид

В кислых и нейтральных растворах фенолфталеин бесцветен (HInd), в щелочной среде в результате перераспределения электронной плотности в молекуле образуется хиноидная структура (хромофор), находящаяся в равновесии со своей таутомерной формой. Фенолфталеин приобретает красный цвет (форма Ind^-).

Группу индикаторов, схожую с фталеинами, составляют сульфофталеины:бромкрезоловый зеленый, феноловый красный, тимоловый синий и другие соединения. Например, в растворе фенолового красного в равновесии находятся красная и желтая формы.

Отдельную группу составляют трифенилметановые красители:кристаллический фиолетовый, метиловый фиолетовый, малахитовый зеленый и др.

Известно большое число разных кислотно-основных индикаторов (табл. 2).

Таблица 2

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 584; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!