Расчет кривой титрования

Расчет кривой титрования

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Сибирский государственный технологический университет"

Кафедра аналитической химии

Факультет Химических Технологий

Расчетно-графическая работа

Расчет кривой титрования

Руководитель:

Сухова Г.И.

Разработал:

Студент группы 62-4

Степаненко Р.В.

Задание

1.      Рассчитать кривую титрования.

Рассмотрим процесс титрования 50 см³ раствора аммиака NH₄OH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,07 моль/дм³ раствором азотной кислоты HNO₃ с молярной концентрацией эквивалента равной 0,02 моль/дм³. Запишем соответствующие уравнения в молекулярной и ионной форме:

NH₄OH + HNO₃ → NH₄NO₃ + H₂O в молекулярной форме,

OH⁻ + H⁺ → H₂O в ионной форме.

Так как NH₄OH - слабое основание, по справочнику Лурье найдем константу диссоциации NH₄OH:

K _NH4OH = 1,76∙10^─5, pK = ─lg1,76∙10^─5 = 4,76

1.      В начальный момент титрования имеем раствор слабого основания NH₄OH, pH которого рассчитывается по формуле:

pH = pK_H2O - 1/2pK_осн + 1/2lgC_осн.

Имеем, pH = 14 - 1/2∙4,76 + 1/2∙lg0,07 = 14 - 2,38 - 0,58 = 11,04

.        В процессе титрования, когда наряду с оставшимся неоттитрованным основанием NH₄OH, в растворе присутствует образовавшаяся при реакции соль NH₄NO₃, образуется аммиачный буферный раствор NH₄OH + NH₄NO₃. Расчет его водородного показателя можно провести по формуле:

pH = 14 - pK_осн + lg(C_осн/C_соли)

Рассмотрим несколько случаев:

)        пусть добавлено 25,0 см³ азотной кислоты, тогда C[1/1 NH₄OH] = C[1/1 NH₄NO₃],

pH = 14 - 4,76 + lg(25∙0,07/25∙0,02) = 14 - 4,76 + 0,54 = 9,78

)        при добавлении 40,0 см³ азотной кислоты, pH находится следующим образом:

pH = 14 - 4,76 + lg(10∙0,07/40∙0,02) = 9,18

) если добавлено 49,0 см³ HNO₃, то pH = 14 - 4,76 + lg(1∙0,07/49∙0,02) = 8,09

) если добавлено 49,9 см³ HNO₃, то pH=14 - 4,76+lg(0,1∙0,07/49,9∙0,02)=7,09

. В точке эквивалентности, при добавлении 50 см³ азотной кислоты, присутствует соль NH₄NO₃, подвергающаяся гидролизу:

NH₄⁺ + H₂O → NH₄OH + H⁺

Расчет pH проводим по гидролизу соли NH₄NO₃:

pH = 1/2pK_H2O - 1/2 pK_осн - 1/2lgC_соли, где pK_H2O = 14

Получаем, pH = 1/2∙14 - 1/2∙4,76 + 1/2∙lg0,02 = 3,77

. За точкой эквивалентности имеем избыток азотной кислоты. Азотная кислота - сильная поэтому ее pH = - lg[H⁺]. Величина pH вычисляется по формуле для расчета pH сильных кислот без учета коэффициента активности.

) пусть добавлено 50,1 см³ азотной кислоты, тогда ее избыток составляет 0,1 см³

[H⁺] = 0,02∙0,1/50 = 4∙10^─5, pH = -lg[H⁺] = -lg(4∙10^─5) = 4

) Добавлено 51,0 см³ азотной кислоты, тогда ее избыток составляет 1,0 см³

[H⁺] = 0,02∙1/50 = 4∙10^─4, pH = -lg[H⁺] = -lg(4∙10^─4) = 3

) Добавлено 60,0 см³ азотной кислоты, тогда ее избыток составляет 10,0 см³

[H⁺] = 0,02∙10/50 = 4∙10^─3, pH = -lg[H⁺] = -lg(4∙10^─3) = 2,4

) Добавлено 100,0 см³ азотной кислоты, тогда ее избыток составляет 50,0 см³

[H⁺] = 0,02∙50/50 = 2∙10^─2, pH = -lg[H⁺] = -lg(2∙10^─2) = 1

В таблице обобщены проведенные расчеты.

Таблица. Изменение pH при титровании 50 см³ раствора аммиака NH₄OH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,07 моль/дм³ раствором азотной кислоты HNO₃ с молярной концентрацией эквивалента равной 0,02 моль/дм³.

Скачек титрования в данном случае меньше, чем при титровании сильных оснований и точка эквивалентности имеет pH<7, вследствие того, что образующаяся соль NH₄NO₃ имеет вследствие гидролиза кислую реакцию, т.е. по гидролизу соли можно судить о величине pH.

По полученным данным строим график кривой титрования.

На рисунке кривая титрования 50 см³ раствора аммиака NH₄OH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,07 моль/дм³ раствором азотной кислоты HNO₃ с молярной концентрацией эквивалента равной 0,02 моль/дм³.Область скачка находится в пределах измерения pH от 4,0 до 7,09 т.е. значение pH изменяется на 3,09 единицы.

Выбор индикатора

аммиак молярный титрование водородный

К рассматриваемому титрованию можно применить все те индикаторы, у которых величина показателя титрования pT лежит в пределах от 4,0 до 6,67, в частности, метиловый оранжевый (pT = 4,0), метиловый красный (pT = 5,5), но нельзя титровать фенолфталеином (pT = 9).

При титровании NH₄OH метиловым оранжевым титрование заканчивается при pH = 4,0

Рассчитываем водородную ошибку:

[H⁺]_ошибка = (10^─pT∙V₂/C[1/1 HNO₃]∙V₁)∙100%

Где V₁ - исходный объем раствора NH₄OH, взятый для титрования, см³;

V₂ - общий объем раствора в конце титрования после добавления 50 см³ HNO₃;

C[1/1 HNO₃] - молярная концентрация эквивалента кислоты моль/дм³;

pT - показатель титрования индикатора.

[H⁺]_ошибка = (10^─4∙2V₁/0,02∙V₁)∙100% = 1%

Так как величина 1% не выходит за обычные пределы аналитических погрешностей, заключаем, что метиловый оранжевый применять в качестве индикатора можно.

Литература

1.      Алексеев В.Н. Аналитическая химия: Количественный анализ. - М.: Химия, 1972-504с.

.        Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. -Изд.4-е, М.: Химия, 1971.-180с.