В.Н. Алексеев - Количественный анализ (1054949), страница 58
Текст из файла (страница 58)
При помощи этого метода проводят ряд других определений, например определение некоторых солей, имеющих, подобно НахСОз и ХазВ«От, сильнощелочиую реакцию вследствие гидролиза и потому титрующихся кислотами, определение жесткости воды, определение солей аммония, определение азота в органических соединениях и т. д. Основными рабочими растворами в этом методе являются раствор кислоты (обычно НС! или Нз80«) и раствор щелочи (обычно )ч)аОН или КОН).
Эти вещества не отвечают требованиям, которые предъявляются к стандартным веществам, и потому тнтрованные растворы их нельзя приготовлять, исходя из точной навески вещества, раствор которой разбавляют до определенного объема; концентрацию таких растворов приходится устанавливать путем титрования (или весовым путем). В качестве стандартных веществ при установке титров кислот чаше всего применяют тетраборат натрия (буру) !чааВ«О«.!ОНаО или безводный карбонат натрия (соду). Эти вещества могут быть получены практически свободными от примесей, строго отвечающими своим формулам. Растворы их, как было указано, обладают сильнощелочной реакцией и могут титроваться кислотами. * Названия «ациднметрия» и «алкалиметрия» происходят от латинских слов асЫщп — кислота и а!йа)$ — щелочь, При определении кислот приходится титровать раствор щелочью, объем которой измеряют по бюретке.
Отсюда название метода — алкалиметрия. Тах же объясняется и название метода определения щелочей — ацидиметрия. Однако терминология зта не всегда выдерживается: некоторые авторы (например, Тредвелл)называют ацнднметрией определение кис. лот, а алкалиметрией — определение щелочей. [Н'! (ОН ! = Кь$, = Ш-ы При повышении температуры величина ионного произведения воды Кн»о, как показывают данные табл. 8, быстро возрастает. Согласно теории электролитической диссоциацни кислотные свойства растворов зависят от Н"-ионов, а основные — от ОН- ионов. Табльяа 8. Ионное произведение воды (Кн а) н»а при различных температурах ~ темп«рп«ур» Температура, с кн,о кн,о [и'] = (он-! 2,95 10 5,50 ° 10 9'55 !О-~4 25 1 10 ы 55. 10 0 10 20 25 30 О 1 $ . 10 0,30 ° 10 0,89.
!О и $,00.!О $,48 $0 0,33 ° 10 0,54 1О 0,83. 10 1,00. 10, 1,20 $0 1,70 ° 10 2,34 ° $0 3,09 ° $0 501 $0 7,4$ ° 10 го 00 80 100 Однахо нужно иметь в виду, что понятия «кнслота» и «основание», принятые в теории элентролитической диссоциация, предназначались только для водных растворов н не характеризовали воэможность химического взаимодействия между растворенным веществом и растворителем. Сейчас сложплясь более общие представления о кислотах и основаниях, так как стало ясно, что: 1) кислоты и основания существуют не только в водных растворах, но и в певодных; 2) носителями кислотных и основных свойств могут быть молекулы и ионы; 3) в зависимости от нислотности или основности растворителя одно и то же вещество может быть кан кислотой, так и основанием.
По теории Бран(теда (так называемая протолитичесная теория) кислотами являются вещества, отщепляюпэие * Строго говоря, постоянным является не произведение концентраций, а произведение активностей Н' и ОН-, т. е. н+ он- 7(нзо Для установки титра щелочей чаще всего пользуются щавелевой кислотой НзСзО« 2НаО или янтарной кислотой Н,С,Н,О,. Обе эти кислоты — твердые кристаллические вещества. После псрекристаллнзации они также получаются достаточно чистыми, строго соответствую$цими своим формулам.
Янтарная кислота в качестве стандартного вещества удобнее щавелевой, так как она не содержит кристаллизационной воды, и нет основания опасаться ее выветривания при хранении. Из курса качественного анализа известно, что всякий водный раствор, независимо от его реакции, вследствие ионизации воды содержит Н+- и ОН--ионы. Произведение концентраций указанных ионов прн постоянной температуре сохраняет (приблизительно) постоянное значение'". При 28 'С во всяком водном растворе ионное произведение воды равно: 234 Глаза 'г'С Метод кислотно-огноаного гигрозания (нейтрализации) протоны, оснозаннямн — вещества, принимающие протоны, н поэтому кислота н оснозанне связаны одним уравнением: кислота а:- а основание + [ Н+~ где — протон.
1Н [ Это определение включает эсе кнслоты н оснозання, отнечающне классическому определению. Напрнмер; 'сн,соон сн,соо-+ Гн'~ !ккельть) НН,+ ~Н'~ НН„. !ьаковккке! Но по Бренстеду кислотами будут н такие ионы. как Н80,! . НЗО; ЗОз-+ [[Нь[ а основаниями такие, как, напрнмер, СН,СОО": сн,соо-+ [~н'[ сн,соон Протоны не существуют а свободном состояннн, поэтому для того, чтобы кислота могла отщепнть протон, должно быть осноэайне, способное его прннять.
Чем-снльнее кислота, тем она легче отщепляет протон (тем более слабым оснонаннем является ее сопряженная форма)„н, наоборот, чем сильнее оснозанне, тем сильнее оно притягивает протон (тем более слабой кислотой является его сопряженная форма). Переход протона кислоты к оснозанню н состазляет сущность реакции неатралнзацнн: СНзСООН + Ннз ч=ь СНзСОО + Ннг кислота 1 оскькзикь з оскозакаь ! кислота З Протолнтнческая теория дала более общее предстззленне о кяслотно-оснояных разнонеснях з растворе — реакцня взаимодействия Кнсаоты н оснояання всегда прнаоднт к образоаанню новых кислоты н осноаання. Вода может как отщеплять протоны, так н прнсоедннять нх: н,о он-+ ~ н+[ н,о+~н+~ н,о+ где Нзо' — гндратнрозанный протон нлн нон оксоння.
Таким образом, реакцню неатралнзацнн Н++ОН ч=к Н О следовало бы написать: НзО+ + ОН Н-ОН +Н-ОН кислота 1 оскььз- кислота 3 ьеньза зяе з ияь ! а растворение кислот н оснований н воде: сн,соон+ н,о н,о++ сн,сооНнз+Нзо ч=к ХНА~+ОН" Ю бк Сущность негода но е целях упрощения урааненна принята заменять Нго* на Н' н для всех расчетоз, связанных с кнслотно-оснозным тнтрозаннем з водных растворах пользоааться предстаяленнямн класснческоа теория кнслот н оснозанна '. В воде, а также во всех нейтральных водных растворах концентрации Н"-ионов должны быть равны между собой.
Следовательно, при 25'С эти концентрации равняются [Н+]= [ОН ) =)г'г(н о тзГ10 гг !О т з-ион(л В кислых растворах: [Н+]>[Он ], т. е. [Н+]>1О т н [ОН ]<10 т В щелочных растворах: [ОН ]>[Н+], т. е. [ОН ]>1О н [Н+]<1О Обратно пропорциональная зависимость между концентрациями Н'- и ОН -ионов, выражаемая уравнением (!), позволяет реакцию любого раствора охарактеризовать количественно, указав концентрацию в нем только одного из этих ионов, так как тем самым будет вполне определена также и концентрация другого иона, Например, если концентрация Н+ в растворе равна 10-ю г-ионггл, то концентрация ОН- в нем равняется 1О-ы 10-го 10-4 и раствор имеет щелочную реакцию. Вместо величин концентраций Н+- нли ОН--ионов для характеристики реакции растворов удобнее пользоваться их отрицательными логарифмами, называемыми водородным и гидроксильным показателями — рН и рОН.
Таким образом" рН= — !п[Н+] н рОН вЂ” !а[ОН ] Если прологарифмировать уравнение (1) и переменить знаки логарифмов на обратные, то получим: (-!к[н+])+( — (к[он-])- и или рн+ рОН = 14 (2) Связь между концентрациями Н+- и ОН--ионов, величинами рН и рОН растворов и их реакцией наглядно показана в табл. 9. ' Этн реакцнн соответствуют тому, что обычно называется гндролнзон, т, а. по Бренстеду гндролнз уже нельэн рассматривать как особое паленке з зодйых растаорах — это резки!((г перехода протона от кислот к основаниям, поскольку вода яэляется однозре~ино н кислотой, н основанием. " В соотаетстннн о сказанным выше нелнчнны рН н рОН точнее оппеделюотса как отрицательные логарифмы активностей Н+- и Ой--каноэ, т.
е. рН вЂ” !па + н рОН вЂ” 1аа н он- 237 ф бб. Сущность метода 'т!++ ОН ' — Н О (он-1 1н'1 рон Рсввнзя !О 1т 10 1О 10 !О-1о 10 1О ! !О 10 10 !О 10 10 14 !3 !2 1! 1О 9 8 Кнслая з-' 1О !О !О 10 10 ю !О-зз 10 10 10 з 1О 10 10 1 8 9 10 !1 !2 13 14 %елочная н щалочность раствора. 230 Тливо у1, Метод кислотно-основного титрооония (неатуолизоции) Из табл. 9 следует, что: а) в нейтральных растворах рН, а также рОН равны 7; б) в кислых растворах рН меньше 7 и тем меньше, чем раствор более кислый; в) в щелочных растворах рН больше 7 и тем больше, чем раствор более шелочнон; г) возрастание рН на одну единицу соответствует уменьшению концентрации Нь-ионов в 10 раз.
Таблица у. Связь мезкду велнчннамн 1Н+1, !ОН "1, рН, рОН н реакнней раствора * Вертнкальнммн стрслнамн указано нааразленнс, в вотором возрастает кнслотность Если титровать раствор любой кислоты раствором щелочи, то ОН -ионы щелочи связывают Н'-ноны кислоты и концентрация их постепенно уменьшается, а рН раствора возрастает. При каком-то определенном значении рН достигается точка эквивалентности и прибавление щелочи должно быть прекращено. При титровании раствора щелочи раствором кислоты ОН-- ионы связываются Н'-ионами н концентрация их в растворе постепенно увеличивается, а рН раствора уменьшается.
При некотором определенном значении рН достигается точка эквивалентности и титрование в этот момент должно быть закончено. Величина рН в точке эквивалентности зависит от природы реагирующих веществ (кислоты и основания) и от их концентраций *. * В дальнейшем будет приведена методика вычисления величины рН в точке вквнвалентностн. Например, титрование сильной кислоты (НС1) сильным оьч загнием (ИаОН) протекает по схеме В этом случае по достижении точки эквивалентности количество прпбавленного сильного основания будет эквивалентно количеству титруемой кислоты, т, е. в этот момент в растворе будет только образовавшаяся прн реакции соль (1(аС!) без всякого избытка кислоты нлп щелочи.
Соли сильных кислот и сильных оснований не подвергаются гидрочизу, и потому их растворы имеют нейтральную реакцию (рН = 7). Следовательно, и в точке эквивалентности в рассматриваемом случае рН должен равняться 7. То же будет, очевидно, и прп титровании любой другой сильной кислоты какой-либо щелочью, а также при титровании щелочи сильной кислотой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
