Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
[NHl] = 0,500^/л-0,460л = ^ 1 J 1,000 л
[NH4+] = 0^QO ^/л-0,540 л = м 1,000 л
Подставим эти значения в уравнение Гендерсона - Хассельбаха и вычислим величину рОН. 0 270
рОН = 4,74 + log = 4,74 + 0,07 = 4,81. Н 0,230
Отсюда
pH = 14,00-4,81 =9,19.
Отличие от заданной величины pH остается в пределах ошибки вычислений.
Ответ: для приготовления 1 л буферного раствора с pH = 9,20 необходимо смешать 0,460 л раствора 0,500 MNH3 и 0,540 л раствора 0,500 MNH4Cl.
3.3. Кислотно-основное титрование
В химическом анализе широко используется метод кислотно-основного титрования, позволяющий определять концентрацию в растворе кислоты или щелочи. Титрование основано на измерении количества титранта, т.е. раствора кислоты или щелочи с точно известной их концентрацией, необходимого для нейтрализации анализируемого раствора. В ходе титрования обычно определяют точку эквивалентности, т.е. объем титранта, содержащий количество реагента, эквивалентное количеству определяемой кислоты или щелочи в соответствии со стехиометрией реакции между ними. Точку эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора, вводимого в титруемый раствор или по излому или скачку на кривой титрования, представляющей собой экспериментальную зависимость pH анализируемого (титруемого) раствора от объема добавленного к нему титранта. Наша задача состоит в том, чтобы определить, как сила кислот и оснований проявляется в ходе кислотно-основного титрования.
Титрование сильной кислоты сильным основанием. Это наиболее простой вариант процесса титрования.
Пусть к определенному объему сильной кислоты, например HCl, медленно добавляется раствор сильного основания NaOH. В растворе протекает реакция нейтрализации
НзО+(р) + OH-(P) -» 2Н20(Р).
В титруемом растворе вначале сохраняется избыток ионов H+, pH < 7. По мере добавления щелочи pH раствора постепенно возрастает. В эквивалентной точке происходит
120
В.В. Вольхин. Общая химия
скачкообразное повышение величины pH (на несколько единиц). Дальнейшее добавление раствора щелочи создает избыток ионов ОН" в титруемом растворе, но изменение pH приобретает более плавный характер. Форма кривой титрования показана на рис. ЗА, а.
а б в
Рис.3.1. Кривые титрования: HO-NaOH (a), CH3COOH -NaOH (б), H3PO4™NaOH (в) (масштаб по оси абсцисс выражен в относительных единицах -
степени оттитровывапия г)
При титровании сильной кислоты сильным основанием точка эквивалентности располагается в середине скачка на кривой титрования и соответствует pH = 7. Если в раствор введен индикатор, цвет которого изменяется вблизи этого значения рИ, то он укажет на достижение точки эквивалентности. В аналитической процедуре после достижения точки эквивалентности титрование заканчивается.
Эквивалентность реакции нейтрализации выражается равенством
количество молей H+ = количество молей ОН". Этот же баланс можно записать в форме
VfCi-VrCr, (3.7)
где V? и Vx - объемы растворов - анализируемого и титранта, соответствующие точке эквивалентности, л\ са и сТ - концентрации растворов - анализируемого и титранта, моль/л.
Из четырех величин неизвестной является са, которую вычисляют по результатам титрования.
Пример 3.13. Определим изменение pH раствора 0,100 А/НС1 по мере добавления к нему порциями раствора 0100 MNaOH. Для расчета примем; объем исходного раствора 0,100 MHCl - 25,0мл; порции раствора 0,100 MNaOH- 12,5; 24,9; 25,1 и 26,0 т.
Решение. Реакция нейтрализации протекает в соответствии с уравнением Н30+(р)+OH-(P) =*==*= 2Н20(Ж).
Ионные равновесия в растворах
121
Зная концентрацию раствора кислоты (ск = 0,100 М), его объем (Ук = 25,0 мл), а также концентрацию раствора основания (с0 = 0,100 M) и объем его порции V0 (в л), взятый для реакции нейтрализации, будем вычислять количество молей кислоты, оставшихся в растворе после проведения каждого очередного этапа нейтрализации, используя соотношение:
моль H3O+ = ск- VK - с0-V0 = 0,100 моль/л - 0,0250 л - 0,100 моль/л ? V0.
Для вычисления величины pH смешанного раствора составим уравнение
pH=-log [H3O'] = моль H1O
= -log
I4 0,0250 л + V0)
= -log
0,100 моль I л ? 0,0250 л - 0,100 моль U-V0
0,0250 л + V0
Вычислим значения pH для разных ступеней проведения реакции нейтрализации, когда к раствору кислоты добавлены разные по объему порции раствора щелочи. Следует обратить внимание на то, что
уравнение для вычисления pH справедливо только при условии cKVK > C0V0, т.е. до эквивалентной точки.
При наступлении стадии, когда cKVK < C0V0, уравнение нужно привести к следующему виду:
pH= 14,00-рОН= 14,00+ log '
0,0150 л+- V0)
Общие результаты расчетов сведем в табл.3.1
Таблица 3.1. Титрование 25,0 мл раствора 0,100 M HCl раствором 0,100AfNaOH
V0, мл pH V0, мл pH 0 1,00 25,0 7,00 12,5 1,48 25,1 11,30 24,0 1,69 26,0 12,31 24,9 2,70 Выводы. Результаты расчетов подтверждают, что изменение pH происходит резко вблизи точки эквивалентности. Последующая добавка всего лишь 0,2 мл титранта приводит к изменению pH на 8,6 единицы.
Титрование слабой кислоты сильным основанием. Этот процесс характеризуется кривой титрования с менее выраженным скачком.
