Кривые титрования сильного протолита сильным протолитом

Рассмотрим в качестве примера титрование раствора НСl раствором NaOH и проследим как изменяется в процессе титрования рН раствора. В водном растворе НСl полностью депротонирована и в любой момент до достижения ТЭ концентрация [H⁺] будет равна концентрации неоттитрованной части кислоты. Её можно рассчитать по формуле

и (3.7)

где v _a - объём кислоты, взятой для титрования; v _b - объём прибавленного основания; c _aи c _b - молярные концентрации растворов кислоты и основания; c _a v _a - число ммолей кислоты в исходной пробе; c _b v _b - число добавленных ммолей основания; v = v _a + v _b.

В этой формуле числитель равен числу оставшихся в данный момент ммолей кислоты. В ТЭ [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л и рН = 7. Избыток основания после достижения ТЭ можно рассчитать по аналогичной выражению (3.7) формуле,

,

а значение [H⁺] вычислить из ионного произведения воды, т. е. [H⁺] = K _w/[OH^-] и . (3.8)

Результаты расчёта кривой титрования 25 мл 0, 1 М раствора НСl раствором 0, 1 М NaOH (таблица 3) и представлены на рисунке 1.

Из-за погрешности измерения объёмов с помощью мерной посуды (0, 1 %) титрование может быть проведено не точно с 25 мл титранта, а с 24, 99 или 25, 01 мл, так как эти объёмы практически неразличимы для экспериментатора. Поскольку в пределах значений v _b от 24, 99 до 25, 01 мл (эквивалентная часть кривой) рН раствора изменяется очень резко от 4, 70 до 9, 30, это означает, что для титрования может быть использован любой индикатор, рТ которого лежит в указанном интервале. Погрешность, обусловленная прекращением титрования не в ТЭ, а в области эквивалентной части кривой титрования будет меньше погрешности измерения объёмов титруемого раствора и титранта.

В рассматриваемом случае (скачок рН от 4, 7 до 9, 3) в качестве индикатора можно использовать метиловый красный (рТ 5, 5), бромкрезоловый пурпурный (рТ 6, 0), феноловый красный (рТ 7, 0), тимоловый синий (рТ 8, 5), фенолфталеин (рТ 9, 0) и др. индикаторы, рТ которых лежит в интервале значений 4, 7¸ 9, 3, хотя у некоторых из них он значительно удалён от ТЭ, для которой рН = 7.

Рис.1. Кривая титрования 25 мл 0, 1 М HCl раствором 0, 1 М NaOH

Можно отметить следующие особенности кривой титрования сильной кислоты сильным основанием (и наоборот).

1. Точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности.

2. Ветви кривой титрования симметричны.

В начальной стадии титрования рН раствора изменяется незначительно (сказывается проявление буферного свойства сильной кислоты). Заметное изменение рН наблюдается при прибавлении последних 5-ти мл титранта. Резкое изменение рН происходит вблизи точки эквивалентности.

При титровании более разбавленных растворов скачок рН уменьшается, что ограничивает число индикаторов, пригодных для титрования. В частности, при титровании 0, 01 М раствора НСl раствором 0, 1 М NaOH скачок на кривой титрования сужается до 2, 5 единиц рН и располагается в интервале рН от 5, 7 до 8, 30, так что в этом случае уже нельзя использовать индикаторы метиловый красный и фенолфталеин. Титрование растворов с концентрацией ниже 0, 001 М невозможно, так как на кривой титрования в этих условиях скачок рН практически не проявлен.

Аналогичным образом рассчитывают кривые титрования сильных оснований сильными кислотами. Они имеют нисходящий вид в отличие от рассмотренной кривой титрования восходящего типа.

Таблица 3. Результаты расчёта кривой титрования 25 мл 0, 1 М раствора НСl раствором 0, 1 М NaOH

Эквивалентная часть кривой - это область скачка на кривой титрования, в которой можно закончить титрование с погрешностью, не превышающей погрешности измерения объёмов титруемого раствора и титранта.