Задача №2-3 (Кривая титрования слабой кислотысильным основанием)

К 15,00 мл раствора уксусной кислоты с концентрацией 0,0970 моль/л добавили раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,1005 моль/л и объемом 17,80 мл. Константа кислотности уксусной кислоты K_a(CH₃COOH)=1,76·10^-5.

- Напишите уравнение титриметрической реакции в молекулярном и сокращенном ионном виде.

- Укажите формулы эквивалентных частиц анализируемого вещества и титранта.

- Рассчитайте степень оттитрованности τ анализируемого компонента.

- Укажите состав раствора при установлении в титриметрической системе равновесия.

- Выведите формулу и рассчитайте [ H₃O⁺] и pH раствора при полученном τ.

- Изобразите схематично графики зависимости:

pH =f(τ), рОН=f(τ), [H₃O⁺]=f(τ), [OH^-]=f(τ)

Решение

С пункта 1 по пункт 3 включительно – из задачи 2-1.

4. Необходимо записать общую формулу для расчета степени оттитрованности:

по определению «степень оттитрованности» показывает отношение количества вещества (моль-эквивалентного) добавленного титранта в определенный момент времени к количеству титранта, который надо добавить к анализируемому компоненту, чтобы реализовать момент эквивалентности:

Подставить в формулу конкретные формулы эквивалентных частиц титранта и анализируемого вещества:

Затем подставить в формулу числа, соответствующие параметрам. Рассчитать, записать результат с запасом цифр и округлить степень оттитрованности до сотых, используя правила округления числа:

5. Необходимо указать состав раствора при рассчитанном значении степени оттитрованности:

τ=1,23>1, следовательно, это область перетитрованного раствора уксусной кислоты.

Состав раствора в области перетитрованного анализируемого компонента Х состоит из продуктов соответствующей протекающей реакции или протекающих реакций на этот момент и избыточного количества компонента титранта Т.

Таким образом, в нашем случае состав раствора при τ=1,23>1 состоит из:

CH₃COO^-, Na⁺, ОН^-, H₂О.

Следует отметить, что равновесие в титриметрической системе устанавливается не только в точке эквивалентности, то есть устанавливается всегда независимо от того, добавили или сколько добавили титранта к анализируемому компоненту.

6. Для расчета равновесной концентрации протонов водорода в титриметрической системе при рассчитанном значении степени оттитрованности необходимо сначала найти в составе раствора рН -определяющую частицу.

рН -определяющей частицей является частица, которая при взаимодействии с водой может подавлять равновесие автопротолиза растворителя и давать кислую или щелочную среду. Это кислоты, основания, гидролизующиеся анионы или катионы, амфолитные ионы. Если таких частиц нет, то рН- определяющей частицей будет растворитель - H₂О, рН которого рассчитывается из соответствующей константы автопротолиза и равен 7.

В нашем случае:

Na⁺–негидролизующийся катион,

CH₃COO^-– гидролизующийся анион (продукт титриметрической реакции),

H₂О – растворитель,

ОН^-– сильное основание (титрант).

В составе раствора присутствуют две частицы, способные каждая в отдельности влиять на рН раствора: анион слабой кислоты, который проявляет слабо основные свойства, и сильное основание – титрант, который в перетитрованной области находится в избытке. Поскольку гидролиз аниона слабой кислоты – это равновесие, и оно практически сдвинуто в левую сторону, то присутствие сильного основания по принципу Ле Шателье полностью подавляет этот процесс. Таким образом, рН -определяющей частицей в растворе со смесью сильного и слабого электролитов с одноименным свойством является сильный электролит, то есть в нашем конкретном случае это титрант – сильное основание.

Поэтому при выводе формулы для расчета рН в области перетитрованной слабой кислоты необходимо найти избыточную концентрацию титранта.

Избыточное содержание NaOH (T) находят по разнице между добавленным количеством титранта в перетитрованной области и его количеством, которое пошло на взаимодействие с анализируемым компонентом согласно стехиометрии реакции:

При выражении используем закон эквивалентов и формулу для расчета степени оттитрованности:

После преобразований получим:

где:

- разбавление анализируемого компонента.

При выводе формул для расчета [H₃O⁺] и pH от степени оттитрованности необходимо использовать известные выражения:

Получаем необходимые выражения:

Подставляем соответствующие числовые значения в формулы, рассчитываем, записываем результат с запасом цифр и округляем значения (значение [H₃O⁺] округляем до целого числа, значение pH округляем до десятых).