Расчет кривой титрования соляной кислоты

Задание

Рассчитать кривую титрования при следующих условиях: титруется раствор сильной кислоты HCl объёмом 75 см³ и молярной концентрацией 0.1 моль/дм³, раствором слабого основания гидроксидом аммония NH₄OH с молярной концентрацией 0.25 моль/дм³.

По расчетам построить кривую титрования, определить точку эквивалентности, прямую нейтральности.

Определить интервал перехода окраски, подобрать индикатор, вычислить ошибку индикатора, написать вывод.

Физическая модель C (1/1HCl)=0.1 моль/м³, V=75 см³.

Объемным (титрометрическим) методом анализа называют метод количественного анализа, основанный на измерении количества реагента, требующегося для завершения реакции с данным количеством определяемого вещества. Метод заключается в том, что к раствору определяемого вещества постепенно прибавляют раствор реактива известной концентрации. Добавление реактива продолжают до тех пор, пока его количество не станет эквивалентным количеству реагирующего с ним определяемого вещества. Таким образом, этот метод основан на точном измерении объема реакции затраченного на реакцию с определенным компонентом. При титровании употребляют не избыток реактива, а количество его химически эквивалентное определяемому веществу. Поэтому очень важно в ходе титрования установить момент окончания реакции или определить так называемую точку эквивалентности. Обычно ее устанавливают по изменению окраски индикатора. Достигнув точки эквивалентности, титрование прекращают. По затраченному объему титранта к его концентрации вычисляют результат анализа. В этом методе очень важное значение имеет точное установление точки эквивалентности. Практически точку эквивалентности устанавливают индикаторным методом по изменению окраски индикатора.

Расчет кривой титрования

кривая титрование соляная кислота В основе титрования HNO₃ гидроксидом натрия лежит реакция:

HCl + NH₄OH NH₄Cl + H₂O — в молекулярной форме

OH^- + H⁺ = H₂O — в ионной форме

NaOH — гидроксид натрия является сильным основанием и имеет константу диссоциации, значение силового показателя которой равно.

1. Определяем какой объем NaOH потребуется для титрования 75 см³ HCl:

V_бюр = С_К*V_K*X%/C_бюр*100 см³

V₁ = 0.1*75*0/0.25*100 = 0 см³

V₂ = 0.1*75*99.9/0.25*100 = 29,97 см³

V₃ = 0.1*75*100/0.25*100 = 30 см³

V₄ = 0.1*75*100.1/0.25*100 = 30,03 см³

V₅ = 0.1*75*200/0.25*100 =60 см³

Где 0.5 — молярная концентрация эквивалента HNO₃, моль/дм³;

75 — объем колбы, см³;

0.25 — молярная концентрация NН₄OH, моль/дм³.

2. В начальный момент у нас имеется раствор сильной кислоты. Не учитывая изменения ионной силы раствора, определим водородный показатель раствора pH по формуле:

рН = -lg [Н⁺ ],

где [Н⁺ ]-молярная концентрация эквивалента кислоты, моль/дм³.

В этом примере C[¹/₁HCl]=0.1 моль/дм³, тогда:

0%:pH = -lg [Н⁺ ] = -lg 0.1 = 1

Молярную концентрацию эквивалента кислоты в процессе титрования рассчитываем по формуле:

C[Н⁺ ] = (C_K*V_K — C_осн*V_осн)/(V_K + V_осн)

99.9%: С[Н⁺ ] = (0.1*75 — 0.25*29,97)/(75+29,97) = 0.3

pH = -lg 0.3 = 4.52 288

100%: С[Н⁺ ] = ((0.1*75 — 0.05*150)/(75+150))+10^-7 = 0+10^-7=10^-7

[Н⁺ ][OH^-]=10^-14, [Н⁺ ]==10^-7, pH= -lg10^-7=7

За точкой эквивалентности наблюдается избыток щелочи. В этом случае расчет pH, без учета разбавления, проводится по формуле расчета pH сильного основания:

pH = 14 — pOH,

pOH= -lg [ОH^-]=-lg[C¹/₁ NaOH*V (NaOH)/V (HCl)+ V (NaOH)]

100.1%: pOH= -lg [ОH^-]=-lg[0.05*150.15/75+150.15]= -lg0.3 334=1.47 703

pH = 14 — 1.47 703=12.52 297

200%: pOH= -lg [ОH^-]=-lg[0.05*300/75+300]= -lg0.04=1.39 794

Проведение таких расчетов удобнее производить в таблице.

Таблица1 — Изменение pH при титровании 75 см³ раствора HCl с молярной концентрацией 0.1 моль/дм³ раствором NaOH концентрацией 0.45 моль/дм³.

Выбор индикатора

По скачку титрования из справочника Лурье выбираем индикатор Фенолфталеин (переход цвета от бесцветного к красному).

Его область pH = 4.3 — 9.7.

Найдем рТ = ?*(4.3 + 9.7) = 7.

Расчет относительной ошибки

==0.04%

Так как индикаторная ошибка меньше 0.1%, то индикатор выбран правильно. Таким образом фенолфталеин для титрования подходит.

pH

V (NaOH)

Вывод

Я рассчитывал кривую титрования при следующих условиях: титруется раствор сильной кислоты HCl с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм³, объемом 75 см³ раствором сильного основания NaOH с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/дм³.

По расчетам построил кривую титрования, определил точку эквивалентности линию нейтральности. Определил интервал перехода окраски, подобрал индикатор, вычислил ошибку индикатора.

Таким образом, использование кривых титрования позволяет выбрать наиболее оптимальный вариант индикатора, соответствующий скачку рН на данной кривой титрования. В нашем случае при титровании NaOH и HCl можно использовать индикатор фенолфталеин, т. к относительная ошибка незначительная.

1. Алексеев В. Н. Количественный анализ. М.,"Химия" 1972;504c/

2. Крешков А. П. Основы аналитической химии. М., «Химия"1971;456с.

3. Зингель Э. М. Расчет кривых титрования. Красноярск: СибГТУ, 2002;38с.