Том 1 (1109661), страница 12
Текст из файла (страница 12)
12 г ю рН 8 ц5 ! степень оттнтрованностн т Рис. 2.8. Кривая титрования О, 01 М раствора аммиака О, 01 М раствором НС1. Титрование многоосновных кислот, Кислотно-основная диссоциация многоосновных кислот была рассмотрена ранее на примере ортофосфорной кислоты (уравнения (2.41) — (2.43)). Кривая титрования О, 1М раствора НзРО4 раствором едкого патра приведена на рис. 2.9. При достаточном различии в последовательных значениях рК8 многоосновная кислота ведет себя как смесь соответствующих одноосноеных кислот. Таблица 2.6. Расчет рН в некоторых точках кривой титрования слабого основания — аммиака (О, 01 М) сильной кислотой — НС! (О, 01 М).
Первая точка эквивалентности на рис. 2.9 соответствует оттитровыванню фосфорной кислоты до Н2РО» . При добавлении удвоенного количества МаОН достигается вторая точка эквивалентности, соответствующая оттитровыванию до НРО24 . Третья точка эквивалентности находится в сильнощелочной области; практического значения она не имеет. В точках с т = О, 5 и 1,5 значения рН равны соответствующим величинам рК8 (ср. рис. 2.2). Величины рН в точках эквивалентности равны 1 1 рН„= - (рк.„+ рк„), рН„= - (рк;, + рк„) . На рис.
2.9 приведены такжс области рН изменения окраски индикаторов. Для индикации первой точки эквивалентности (в кислой ее я. . р ц р . 75) области) применяют индикатор бромкрезоловый зеленый, а второй точки — тимолфталеин. Принцип действия кислотно-основных ин- дикаторов рассмотрен в следующем разделе. 12 рн 1О 0,5 1 2 степень <лтитрованности т Рис. 2.9. Кривая титрования О, 1М НаРО4 раствором О, 01 М г)аОН. Кислотно-основные индикаторы Кислотно-основные индикаторы- - зто красители, изменяющие свою окраску в зависимости от величины рН. Причина зависимости окрас- ки индикаторов от рН в том, что они существуют в двух формах— кислотной и основной.
основная 1желтая) сн, / ор, нм-м и, сн кислотная 1красная) Рис, 2.10. Кислотная и основная формы метилового оранжевого. На рис.2.10 изображены формулы кислотной и основной форм индикатора метпиловозо оранжевоео. В общем случае между кислотной Н1п и основной 1п формами индикатора существует кислотно-основное равновесие: Н1п+ Н20 = 1п + НзО ', (11зО'И1 1 (Н1п] (2.62) (2.63) сн, / о,в,т /, м=м ~ /, и сн, + н' -н Отрицательный десятичный логарифм константы кислотности индикатора Л; называется показателем титрования р;.
Из этой величины и формулы для расчета рН буферного раствора (2.56) можно получить выражение, характеризующее преобладающую форму индикатора в растворе: (Н1п1 рН=р;-1~ (1п ] (2.64) Из этого следует, что: Различают индикаторы одноцветные, у которых одна из форм окрашена, а другая — бесцветна (например, феиолфталеин, рис. 2.11), и двухцветные, у которых окрашены обе формы (как у метилового оранжевого). кислотная (бесцветная) основная ~малиновая) Рис. 2.11.
Кислотная и основная формы трифенилметанового красителя фенолфтнлеина. Двухцветные индикаторы Человеческий глаз способен различить переход окраски, когда со- отношение концентраций окрашенных форм индикатора изменяется от 1: 10 до 10: 1. Применительно к двухцветпным индикаторам это означает, что при рН = р; — 1 (когда (1- — т = 10) наблюдается только окраска )ни кислотной формы„ а при рН = р;+ 1 — только основной. Таким образом, интервал перехода окраски индикатора составляет (2.65) рН=р,~1.
при рН ( р; при рН ) р; преобладает кислотнал форма Н1п (красная в случае метилового оранжевого, рис.2.10); преобладает основная форма 1п (желтая в случае метилового оранжевого). я,й№, - р цс, 77) Поскольку окраска форм индикатора может иметь разную интенсивность и по-разному восприниматься глазом, уравнение (2.65)— приближенное. На практике интервал перехода окраски индикатора часто оказывается несимметричным. Одноцветные индикаторы В случае одноцвсшных индикаторов восприятие перехода окраски более сложное.
Допустим, что бесцветна кислотная форма индика- тора (как в случае фенолфталеина). Ксли обозначить общую кон- центрацию индикатора как св ~, то можно записать: св,1 — [1п ] рН=р; — 1я [1п ] (2.66) (поскольку св ~ = [Н1п] + [1п ]). В момент появления окраски концентрация бесцветной, кислотной, формы намного выше, чем окрашенной, основной, и св ~ )> [1п ]. При этом выражение (2.66) упрощается: рН = р; — 1я св 1 + 1я [1п ]. (2.67) Таким образом, интервал перехода окраски одноцветного индикатора зависит от его концентрации. Чем она выше, тем ниже рН появления окраски.
При практическом использовании одноцветных индикаторов следует точно выдерживать его рекомендуемое количество. Выбор индикатора В табл. П.2 и табл. П.З приложения приведены наиболее распространенные кислотно-основные индикаторы и их интервалы перехода окраски. Наряду с простыми индикаторами используют и их специально подобранные смеси (смешанные индикаторы). Обычно в нейтральной среде они имеют серую окраску. При выборе индикаторов можно руководствоваться следующими практическими правилами.
При титровании сильныж кислот (оснований) сильными основаниями (кислотами) можно использовать любые индикаторы, изменяющие окраску в интервале рН от 4 до 10. При титровании слабых кислот сильными основаниями необходимо использовать индикаторы, изменяющие окраску в щелочной среде. (78 >' >. К ..* д При титровании слабых оснований сильными кислотами индикатор должен изменять окраску в кислой среде. Более точный выбор индикатора производится на основании значения рН в точке эквивалентности (см. рис. 2.9). Мешающее влияние диоксида углерода Следует учитывать, что вода может содержать растворенный СОа, проявляющий в водном растворе свойства слабой кислоты: С02 НаО+ Н30 = НСО; +Н30+, НС03 + Н'>О С03 + Н30 > рК3> = 6,4; (2.68) рК32 = 10, 3.
(2.69) Наличие растворенного СОэ создает проблемы в случаях, если титрование заканчивают в щелочной среде. При титровании слабого основания сильной кислотой результаты оказываются заниженными, поскольку часть титруемого основания связывается угольной кислотой. При титровании кислоты основанием результаты получаются завышенными, так как при этом титруется также гидрокарбонатион. Погрешность возникает и в том случае, если диоксид углерода содержится в стандартном растворе титранта-основания (как правило, МаОН). В этом случае его титр снижается, поскольку часть щелочи переходит в ион СО Чтобы избежать помех со стороны растворенного С03, воду для приготовления растворов для титрования следует предварительно прокипятить.
Всегда, когда это возможно, следует использовать индикатор, изменяющий окраску в кислой среде. Примеры практического применения Многочисленные практические аспекты кислотно-основного титрования включают в себя, в частности, вопросы, связанные с приготовлением стандартныя растворов и их стандартизации (точного определения концентрации) путем титрования подходящего химического вещества. Об этом можно прочитать в практических руководствах. Титрование сильных и умеренно сильных кислот (оснований) растворами сильных оснований (соответственно> кислот) обычно не вызывает практических затруднений (см. кривые титрования на рис.
2.6-2.9). Раствором ХаОН можно легко оттитровать такие кислоты, как НС1, НС104, Н3804 или НЗР04 (по первой ступени). Так же легко можно оттитровать растворы ХаОН! КОН или ХН8 рас- твором НС1. юо 90 И 80 70 оо 60 8 3 50 40 ' за 20 ю о о 2 4 6 8 10 12 14 рН Распределительны диаграмма равновесных форм угольной кислоты, рассчитанная по уравнениям (2.68) и (2.69). Определение суммарноео содержания кислот или оснований— необходимая процедура при оценке качества вод (германский стандарт В1И 38 409 !!Н7 по потреблению водами кислот и щелочей).
Расход кислоты либо щелочи определяют, титруя пробу воды растворами НС! и МаОН с индикаторами метиловым оранжевым и фенолфталеином, соответственно. Если в воде содержатся только сильные электролиты, наблюдается отчетливый переход окраски. При наличии же слабых электролитов (таких, как угольная кислота) переход окраски размыт.
В этих случаях необходимо титровать воду до строго определенного значения рН вЂ” — 4, 3 в кислой и 8! 2 в щелочной среде. При титровании очень слабых кислот или оснований изменение рН вблизи точки эквивалентности весьма незначительное. В таких случаях применяют специальные приемы, с которыми мы познакомимся на примерах определения борной кислоты и иона аммония. Определение борной кислоты Борная кислота является очень слабой одноосновной кислотой с рК8 = 9,3. Прямое титрование столь слабых кислот невозможно. Однако борную кислоту можно превратить в кислоту средней силы путем комплексообразования с многоатомными спиртами, например, маннитом: й ! ! о-с— О-С— 1 й й ! -с-о в — С-О ! й й — с — он — С вЂ” ОН 1 й + 2 Н2 О + Нз О Н = СНОН вЂ” СНяОН. (2.70) При титровании борной кислоты в присутствии маннита раствором ХаОН в качестве индикатора используют фенолфталеин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
