Основная реакция

Дата добавления: 2014-10-02 | Просмотров: 1622

ОН ^– + Н⁺ ® Н₂О или Н₃О⁺ + ОН ^– ® 2Н₂О.

Рабочие вещества:

- в ацидиметрии - кислоты HCl, H₂SO₄, HClO₄, HNO₃ (растворы их готовят из фиксанала или разбавлением);

- в алкалиметрии - щелочи NaOH, KOH, реже Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, (растворы их готовят по приблизительной навеске, разбавлением или из фиксанала).

Установочные вещества:

- в ацидиметрии: Na₂CO₃ (карбонат натрия, сода), Na₂C₂O₄ (оксалат натрия), Na₂B₄O₇·10H₂O (декагидрат тетрабората натрия, бура);

- в алкалиметрии: H₂C₂O₄·2H₂O (дигидрат щавелевой кислоты), H₂C₄H₄O₄ (янтарная кислота), С₆Н₅СООН (бензойная кислота), KHC₈H₄O₄ (гидрофталат калия).

Определяемые вещества: кислоты; основания; кислые и основные соли; основные и кислотные оксиды; соли, которые подвергаются гидролизу с образованием растворов с кислой или основной средой. В пищевой промышленности метод нейтрализации используют при определении кислотности соков, вина, напитков, молока, молочных и других продуктов, щелочности печенья, белка по Кьельдалю, гидрокарбонатной жесткости воды.

Индикаторы,используемые в этом методе называют кислотно-основными или рН-индикаторами. Их окраска меняется при определенных значениях рН раствора. Кислотно-основные индикаторы характеризуются двумя параметрами:

а) интервалом перехода окраски (∆рН_инд.), т.е. интервалом значений рН, внутри которого индикатор меняет свой цвет;

б) показателем титрования (рТ) - тем значением рН, при котором наблюдают наиболее резкое изменение окраски индикатора и заканчивают титрование с данным индикатором. Численные значения ∆рН_инд и рТ можно найти в справочных таблицах; рТ можно рассчитать как середину интервала ∆рН_инд.

Индикаторы выбирают таким образом, чтобы интервал перехода их окраски (∆рН_инд) находился в пределах скачка на кривой титрования. Желательно, чтобы значение рН_тэ находилось внутри интервала ∆рН_инд. Погрешность титрования будет тем меньше, чем ближе рТ индикатора к значению рН в точке эквивалентности. Для сужения области перехода окраски и увеличения контрастности применяются смешанные индикаторы. Подобного эффекта можно добиться, если смешать два индикатора (или индикатор и краситель), цвета которых дополняют друг друга.Так, метиловый красный и бромкрезоловый зеленый имеют не очень резкий переход окраски при рН, равном 5,5 и 4,5 соответственно. Но если смешать два индикатора в подходящих соотношениях, то при рН = 5,1 будет наблюдаться отчетливый переход от красного цвета к зеленому.

Для снижения погрешности индикаторного титрования рекомендуется использовать контрольный раствор ("свидетель", или холостой раствор), который будет иметь такую же окраску, как и титруемый раствор в конечной точке титрования. Человеческий глаз лучше сравнивает окраски двух растворов, поэтому для приготовления "свидетеля" берут воду в объеме, который ожидается в конце титрования, добавляют индикатор и каплю рабочего раствора. С этим раствором сравнивают окраску в конце титрования. На погрешность индикаторного титрования влияет количество добавленного индикатора (концентрационная индикаторная погрешность). Например, если при титровании HCl раствором NaOH добавлено 2 капли фенолфталеина, изменение окраски наступит при рН = 9 (т.е. рТ = 9). Если в этих же условиях добавить 20 капель индикатора, изменение окраски наступит при рН = 7,72, т.е. происходит сдвиг ктт на 1,28 единиц. Чтобы снизить концентрационную погрешность титрования в титруемый раствор добавляют 1-2 капли раствора индикатора, во всех случаях параллельных определений добавляют одинаковое количество индикатора и проводят "холостой опыт", титруя воду с таким же количеством индикатора. Результаты этого титрования вычитают из результатов титрования анализируемого раствора.

Показатель титрования индикаторов может изменяться при изменении температуры, поэтому все титрования необходимо проводить при постоянной температуре. Также рТ индикатора меняется под действием ионной силы раствора, возникающей в присутствии продуктов титрования и понижающей активность индикатора. Для устранения этой погрешности титрования проводят контрольный опыт с раствором нейтральных солей, имеющим в конце титрования такую же ионную силу, как и анализируемый раствор. Поведение индикаторов резко меняется в неводных растворителях. Например, при замене воды на этанол рК индикаторов кислотного типа возрастает на 5 единиц.

Индикаторы подбирают для анализа по кривым титрования, представляющим собой зависимость рН раствора от объема раствора титранта. Каждая кривая титрования характеризуется величиной рН в точке эквивалентности (рН_тэ) и величиной скачка вблизи точки эквивалентности (∆рН_скачка), который начинается, когда недотитровано 0,1 % определяемого вещества, и заканчивается, когда добавлено в избытке 0,1 % рабочего вещества.

Величина рН в точке эквивалентности зависит от того, сильные или слабые кислоты и основания реагируют между собой при титровании:

а) если взаимодействуют сильная кислота и сильное основание (например HCl + NaOH → NaCl + H₂O), то pH_тэ = 7, так как образующаяся соль NaCl не подвергается гидролизу, среда нейтральная;

б) если взаимодействуют при титровании слабая кислота и сильное основание (например СH₃COOH + NaOH D CH₃COONa + H₂O), то рН_тэ > 7, так как образующаяся соль гидролизуется по аниону, среда щелочная;

в) если взаимодействуют слабое основание и сильная кислота (например NH₄OH + HNO₃ D NH₄NO₃ + H₂O), то рН_тэ < 7, так как образующаяся соль гидролизуется по катиону, среда кислая.

Величина скачка на кривой титрования тем больше, чем больше концентрация реагирующих веществ, их константы диссоциации и меньше температура. Точку эквивалентности на кривой титрования находят методом касательных как середину отрезка между точками пересечения (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Кривая титрования в методе нейтрализации

Скачок на кривой слабо выражен, если концентрация реагирующих веществ меньше 10^–4 моль/дм³, а К_дисс < 1·10^–8, и титрование химическими методами в этих условиях не проводят. На кривой титрования может быть несколько скачков, если К_дисс титруемых веществ отличаются в 10 000 раз и более.

Можно титровать многоосновные кислоты и соли многоосновных кислот:

а) фосфорная кислота титруется растворами щелочей по первой ступени в присутствии метилового оранжевого:

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O,

а в присутствии фенолфталеина - как двухосновная:

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O;

как трехосновную кислоту ее оттитровать нельзя, так как ее константа ионизации по третьей ступени очень мала (К_дисс.3 = 5,0·10^–13 < 1·10^–8, см. выше);

б) соли фосфорной кислоты титруются кислотами до гидросолей в присутствии фенолфталеина:

Na₃PO₄ + HCl → NaH₂PO₄ + NaCl

и до дигидросолей в присутствии метилового оранжевого:

Na₃PO₄ + 2HCl → Na₂HPO₄ + 2NaCl;

в) соли угольной кислоты титруются также до гидросолей в присутствии фенолфталеина:

Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl

и до угольной кислоты в присутствии метилового оранжевого:

Na₂CO₃+2HCl → NaCl+H₂O+CO₂­.

Эти два индикатора можно использовать последовательно при титровании одной пробы соли. Вначале титруют в присутствии фенолфталеина, при этом в первой точке эквивалентности раствор из розового переходит в бесцветный, затем дотитровывают пробу в присутствии метилового оранжевого до перехода окраски из желтой в оранжевую.