Кислотно-основное титрование - Acid–base titration

Титрование NaOH HCl PP.ogv

An кислотно-щелочной титрование это метод количественный анализ для определения концентрация из кислота или база точно нейтрализация это с стандартное решение основания или кислоты известной концентрации. А индикатор pH используется для отслеживания прогресса кислотно-основная реакция. Если константа диссоциации кислоты (пK_а) константы диссоциации кислоты или основания (pK_б) базы в аналит раствор известен, концентрация его раствора (молярность ) можно определить. Поочередно pK_а можно определить, имеет ли раствор аналита известную концентрацию раствора, построив кривая титрования.

Алкалиметрия и ацидиметрия

Алкалиметрия и ацидиметрия - это разновидность объемного анализа, в котором основной реакцией является реакция нейтрализации. Ацидиметрия - это специализированное аналитическое использование кислотно-основного титрования для определения концентрации основных (синонимичных щелочных) веществ с использованием стандартной кислоты. Алкалиметрия - это та же концепция специализированного аналитического кислотно-основного титрования, но для кислого вещества с использованием стандартной основы.^[1]

Выбор индикатора

Кислотно-основное титрование с использованием фенолфталеина в качестве индикатора. Коническая колба содержала раствор, который только что достиг конечной точки.

Для определения конечной точки титрования необходимо выбрать подходящий индикатор pH. Изменение цвета или другой эффект должны происходить близко к Точка эквивалентности реакции, чтобы экспериментатор мог точно определить, когда эта точка будет достигнута. Значение pH точки эквивалентности может быть по оценкам используя следующие правила:

Сильная кислота вступает в реакцию с сильным основанием с образованием нейтрального (pH = 7) раствора.
Сильная кислота реагирует со слабым основанием с образованием кислого (pH <7) раствора.
Слабая кислота вступает в реакцию с сильным основанием с образованием щелочного (pH> 7) раствора.

Когда слабая кислота реагирует со слабым основанием, раствор точки эквивалентности будет основным, если основание сильнее, и кислым, если кислота сильнее. Если оба имеют одинаковую силу, то эквивалентный pH будет нейтральным. Однако слабые кислоты не часто титруются против слабых оснований, потому что изменение цвета, показываемое индикатором, часто бывает быстрым, и поэтому наблюдателю очень трудно увидеть изменение цвета.

Точка, в которой индикатор меняет цвет, называется конечная точка. Следует выбрать подходящий индикатор, предпочтительно такой, который будет иметь изменение цвета (конечная точка), близкое к точке эквивалентности реакции.

Математический анализ: титрование слабой кислоты.

PH слабая кислота раствор, титруемый сильным щелочным раствором, можно найти в разных точках пути. Эти точки попадают в одну из четырех категорий:^[2]

начальный pH
pH до точки эквивалентности
pH в точке эквивалентности
pH после точки эквивалентности

для более точного расчета, используя Диаграмма RICE требуется. Фактически, приведенные ниже уравнения являются упрощением диаграммы RICE.

Анимация титрования базовым титрантом

Начальный pH приблизительно для слабая кислота раствор в воде с использованием уравнения
${ displaystyle { ce {pH}} = - log [{ ce {H3O +}}] _ {0} = - log { frac {{ sqrt {K_ {a} ^ {2} + 4K_ { a} C_ {a}}} - K_ {a}} {2}}}$
где ${ displaystyle K_ {a}}$ - константа диссоциации, ${ displaystyle C_ {a}}$ это концентрация кислоты и ${ displaystyle { ce {[H3O +] 0}}}$ начальная концентрация ионы гидроксония (деленное на моль / л).
PH до точки эквивалентности зависит от количества оставшейся слабой кислоты и количества образовавшегося конъюгированного основания. Значение pH можно приблизительно рассчитать по Уравнение Хендерсона – Хассельбаха:
${ displaystyle { ce {pH}} = - log [{ ce {H3O +}}] = - log K_ {a} - log { frac {C_ {a} V_ {a} -C_ {b } V_ {b}} {C_ {b} V_ {b}}}}$
с участием
${ displaystyle C_ {a}}$ = начальная концентрация кислоты, деленная на моль / л.
${ displaystyle C_ {b}}$ = концентрация добавленного основания, деленная на моль / л.
${ displaystyle V_ {a}}$ = начальный объем кислоты.
${ displaystyle V_ {b}}$ = объем добавленной базы.
В точке эквивалентности, слабая кислота потребляется и превращается в сопряженное с ней основание. Значение pH будет больше 7 и может быть рассчитано по уравнению, полученному из следующих соотношений:
1. ${ displaystyle C_ {a} V_ {a} = C_ {b} V_ {b}}$
2. ${ displaystyle K_ {a} K_ {b} = K_ {w} = 10 ^ {- 14}}$
3. ${ displaystyle { ce {pH}} _ {eq} = - log [{ ce {H3O +}}] _ {eq} = 14 + log [{ ce {OH -}}] _ {eq} }$
${ displaystyle { ce {pH}} = 14+ log { frac {{ sqrt {K_ {b} ^ {2} + 4K_ {b} C}} - K_ {b}} {2}}}$
с участием
${ displaystyle C = { frac {C_ {a} C_ {b}} {C_ {a} + C_ {b}}} = { frac {C_ {b} V_ {b}} {V_ {a} + V_ {b}}}}$
${ displaystyle K_ {b} = { frac {K_ {w}} {K_ {a}}}}$
Обратите внимание, что когда кислота нейтрализует основание, pH может быть или не быть нейтральным (pH = 7). PH зависит от силы кислоты и основания.
После точки эквивалентности, раствор будет содержать два основания: сопряженное основание кислоты и сильное основание титранта. Однако основание титранта сильнее, чем основание конъюгата кислоты. Следовательно, pH в этой области контролируется сильным основанием. Таким образом, pH можно определить с помощью следующего:
${ displaystyle { ce {pH}} = 14+ log [{ ce {OH ^ -}}] = 14+ log { frac {C_ {b} (V_ {b} -V_ {b} экв. )} {V_ {a} + V_ {b}}} = 14+ log { frac {C_ {b} V_ {b} -C_ {a} V_ {a}} {V_ {a} + V_ {b }}}}$
где ${ displaystyle V_ {b} eq}$ - базовый объем, добавляемый до достижения равновесия.

Единая формула

Точнее, одна формула^[3] который описывает титрование слабой кислоты сильным основанием от начала до конца, приведено ниже:

{ displaystyle phi = { frac {C_ {b} V_ {b}} {C_ {a} V_ {a}}} = { frac { alpha _ {{ ce {A ^ -}}} - { frac {{ ce {[H +] - [OH ^ -]}}} {C_ {a}}}} {1 + { frac {{ ce {[H +] - [OH ^ -]}} } {C_ {b}}}}}}

{ displaystyle alpha _ {{ ce {A ^ -}}} = { frac {K_ {a}} {[{ ce {H +}}] + K_ {a}}}}

где «φ = доля завершения титрования (φ <1 - до точки эквивалентности, φ = 1 - точка эквивалентности, а φ> 1 - после точки эквивалентности)

{ displaystyle C_ {a}, C_ {b}}

= концентрации кислоты и основания соответственно

{ displaystyle V_ {a}, V_ {b}}

= объемы кислоты и основания соответственно

{ Displaystyle альфа _ {{ ce {A ^ -}}}}

= доля слабой кислоты, которая ионизируется

{ displaystyle K_ {a}}

= константа диссоциации кислоты

{ displaystyle { ce {[H +], [OH ^ -]}}}

= концентрации H⁺ и ОН^– ионы соответственно

Галерея

Графические методы

В процессе титрования создаются растворы с составом от чистой кислоты до чистого основания. Определение pH, связанного с любой стадией процесса титрования, относительно просто для монопротоновых кислот и оснований. Присутствие более чем одной кислотной или основной группы усложняет эти вычисления. Графические методы,^[4] например, эквилиграф,^[5] давно используются для объяснения взаимодействия связанных равновесий. Эти графические методы решения просты в реализации, однако используются нечасто.

Смотрите также

Уравнение Хендерсона – Хассельбаха
Гран сюжет (также известный как гран-титрование или метод Гран)

использованная литература

^ The Chemical Age - Химический словарь - Химические термины. Геспериды. 2007-03-15. п. 14. ISBN 978-1-4067-5758-3.
^ Количественный химический анализ, 7 ред. Дэниела К. Харриса. Фримен и компания 2007.
^ Де Леви, Роберт (1993). «Явные выражения общей формы кривой титрования с точки зрения концентрации: написание единого выражения в замкнутой форме для кривой титрования для различных титрований без использования аппроксимации или сегментации». Журнал химического образования. 70 (3): 209. Bibcode:1993JChEd..70..209D. Дои:10.1021 / ed070p209.
^ «Equligraph: новый взгляд на старый инструмент». Получено 4 октября 2015.
^ Фрейзер, Х. (1963). Ионные равновесия в аналитической химии. Крейгер. ISBN 0-88275-955-8.

внешние ссылки

Простые аналитические формулы для титрования N-протонных кислот. Действительно для любого количества N: 1-монопротонных, 2-дипротических до N = 6 (например, EDTA).

[Hesperides-1] The Chemical Age - Химический словарь - Химические термины. Геспериды. 2007-03-15. п. 14. ISBN 978-1-4067-5758-3.

[Harris-2] Количественный химический анализ, 7 ред. Дэниела К. Харриса. Фримен и компания 2007.

[de_Levie-3] Де Леви, Роберт (1993). «Явные выражения общей формы кривой титрования с точки зрения концентрации: написание единого выражения в замкнутой форме для кривой титрования для различных титрований без использования аппроксимации или сегментации». Журнал химического образования. 70 (3): 209. Bibcode:1993JChEd..70..209D. Дои:10.1021 / ed070p209.

[4] «Equligraph: новый взгляд на старый инструмент». Получено 4 октября 2015.

[5] Фрейзер, Х. (1963). Ионные равновесия в аналитической химии. Крейгер. ISBN 0-88275-955-8.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

Аналитическая химия
Приборы	Атомно-абсорбционный спектрометр Пламенный эмиссионный спектрометр Газовый хроматограф Высокоэффективный жидкостный хроматограф Инфракрасный спектрометр Масс-спектрометр Аппарат точки плавления Микроскоп Оптический спектрометр Спектрофотометр
Методы	Калориметрия Хроматография Электроаналитические методы Гравиметрический анализ Спектрометрия ионной подвижности Масс-спектрометрии Спектроскопия Титрование
Отбор проб	Конус и четвертование Разбавление Растворение Фильтрация Маскировка Измельчение Базовые приготовления Процесс разделения Подвыборка
Калибровка	Хемометрия Калибровочная кривая Матричный эффект Внутренний стандарт Стандартное дополнение Разбавление изотопов
Видный публикации	Аналитик Analytica Chimica Acta Аналитическая и биоаналитическая химия Аналитическая химия Аналитическая биохимия
Категория Commons Портал ВикиПроект