Задача №2-6 (Кривая титрования слабого основания сильной кислотой)

К 10,00 мл раствора гидрата аммиака с концентрацией 0,1051 моль/л добавили раствор серной кислоты с концентрацией 0,0546 моль/л и объемом 14,45 мл.

Константа основности гидрата аммиака K_b(NH₃·H₂O)=1,74·10^-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 2-4.

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=1,50 > 1, следовательно, это область перетитрованного раствора гидрата аммиака.

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=1,50 > 1 состоит из:

NH₄⁺, SO₄^2-, Н₃O⁺, 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:

NH₄⁺ – гидролизующийся катион (продукт титриметрической реакции),

SO₄^2- – негидролизующийся анион,

H₂О – растворитель,

Н₃O⁺ – сильная кислота (титрант).

В составе раствора присутствуют две частицы, способные каждая в отдельности влиять на рН раствора: катион от слабого основания, который проявляет слабо кислые свойства, и сильная кислота – титрант, который в перетитрованной области находится в избытке. Поскольку гидролиз катиона слабого основания – это равновесие, и оно практически сдвинуто в левую сторону, то присутствие сильной кислоты 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 – сильная кислота.

Поэтому при выводе формулы для расчета рН в области перетитрованного слабого основания необходимо найти избыточную концентрацию титранта.

Избыточное содержание H₂SO₄ (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.

Подставляем соответствующие числовые значения в формулу, рассчитываем, записываем результат с запасом цифр и округляем значение.

 

При выводе формул для расчета pH от степени оттитрованности необходимо использовать известное выражение:

Равновесную концентрацию протонов водорода [H₃O⁺] округляем до целых, значение рН – до десятых.

 

Пункт 7 аналогичен пункту 7 задачи 2-4.

Таблица с заданиями для самостоятельного решения