Сущность кислотно-основного титрования (метод нейтрализации)

Химия_ТПО-1_Урок_71-72_

Группа	№ урока	Тема	Форма работы
ТПО-1	71	Тема: Сущность метода нейтрализации, его индикаторы. Теория индикаторов	Лекция
	72	Составить конспект по вопросам после материала.	Ответить на вопросы

 

Тема: Сущность метода нейтрализации, его индикаторы. Теория индикаторов

Сущность кислотно-основного титрования (метод нейтрализации)

В основе кислотно-основного титрования лежит соединение ионов Н₃О⁺ и гидроксид-ионов ОН ^– с образованием малодиссоциирующих молекул воды. В упрощенном виде

Н⁺ + ОН^– = Н₂О

Метод позволяет определять в растворах не только концентрацию кислот или оснований, но также и концентрацию гидролизующихся солей.

Для определения в растворах концентрации оснований или солей, дающих щелочную реакцию, используют в качестве титранта растворы кислот. Эти определения называют ацидиметрией (от лат. аcidum — кислота).

Концентрацию кислот и гидролитически кислых солей определяют с помощью титрантов растворов сильных оснований. Такие определения называют алкалиметрией (от лат. alkali – щелочь).

Поскольку реакция нейтрализации не сопровождается каким-нибудь внешним эффектом, к примеру изменением окраски раствора, точку эквивалентности определяют с помощью индикаторов.

Согласно ионной теории индикаторов Оствальда (1894ᴦ.), индикаторы в методе кислотно-основного титрования представляют собой такие слабые органические кислоты или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы имеют различную окраску.

Индикаторы, обладающие свойством присоединять протоны, называют основными индикаторами и обозначают через IndOH, где Ind⁺ - катион индикатора. Такие индикаторы диссоциируют по схеме:

Индикаторы, обладающие свойством отдавать протоны, называют кислотными индикаторами и обозначают через HInd. Молекула такого индикатора играет роль донора протона, т. е. дает при диссоциации катион Н⁺ и анион Ind^–:

Все индикаторы изменяют свою окраску плавно в определенном интервале значений рН, называемом интервалом перехода, или зоной перехода окраски индикатора. Внутри зоны перехода имеется такое значение рН, при котором индикатор наиболее резко изменяет свою окраску. В данный момент концентрации молекулярной и ионной форм индикатора равны [HInd] = [Ind^–]. Значение рН, при котором индикатор наиболее резко меняет свою окраску, принято называть показателем титрования (рТ).

В табл. 1 указаны область перехода, показатель титрования, окраска недиссоциированных молекул и анионов некоторых индикаторов.

Таблица1

Характеристики некоторых индикаторов

индикатор	область перехода рН	показатель титрования рТ	окраска недиссоциированных молекул	окраска анионов
метилоранж	3,1 — 4,0	4,0	красная	оранжево-желтая
метилрот	4,2 — 6,2	5,5	красная	желтая
лакмус	5,0 — 8,0	7,0	красная	синяя
фенолфталеин	8,0 — 10,0	9,0	бесцветная	малиновая

В случае если упрощенно обозначить молекулы фенолфталеина через HInd, а анионы его через Ind^–, то уравнение диссоциации будет иметь вид

Достаточно к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить немного щелочи, как введенные ионы ОН^– станут связывать протоны с образованием малодиссоциирующих молекул воды. При этом равновесие диссоциации индикатора сместится вправо и накопление анионов Ind^– вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет.

Наоборот, если к раствору фенолфталеина прилить несколько капель кислоты, то повышение концентрации протонов будет подавлять диссоциацию молекул индикатора. Равновесие сместится влево и раствор обесцветится. Аналогичным образом объясняют поведение лакмуса, молекулы которого окрашены в красный цвет, а анионы в синий; нейтральные растворы лакмуса имеют промежуточную фиолетовую окраску. Это подтверждает, что цвет водного раствора индикатора зависит от соотношения между его молекулярной и ионной формами.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, окраска молекул индикаторов, обладающих кислотными свойствами, проявляется в кислой среде, а окраска аниона — в щелочной.

В каждом конкретном случае кислотно-основного титрования индикатор подбирается таким образом, чтобы показатель титрования его как можно точнее совпадал с истинным моментом эквивалентности.

На правильный выбор индикатора влияет гидролиз солей, образующихся в процессе титрования.

                Различают четыре случая выбора индикаторов.

1. Титрование сильного основания сильной кислотой (или наоборот)

К примеру: HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Соли катионов сильных оснований и анионов сильных кислот гидролизу не подвергаются, рН раствора 7, в связи с этим и момент эквивалентности будет при рН = 7. Для фиксирования момента эквивалентности в этом случае применяются любые индикаторы с рТ = 7 (к примеру, лакмус и др.)

 

2. Титрование сильной кислотой слабого основания

К примеру: HCl + NH₄OH = NH₄Cl + H₂O

Образующаяся соль подвергается гидролизу: NH₄⁺ + H₂O ↔ NH₄OH + H⁺

Среда раствора кислая, рН < 7, в связи с этим и момент эквивалентности будет при рН < 7. Для фиксирования момента эквивалентности применимы любые индикаторы с рТ < 7 (к примеру, метилоранж, метилрот и др.).

 

3. Титрование слабой кислоты сильным основанием

К примеру: CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

Образующаяся соль подвергается гидролизу: СН₃СОО ^– + Н₂О ↔ CH₃COOН + OН ^–

Среда щелочная, рН > 7, в связи с этим и момент эквивалентности будет при рН > 7. Для фиксирования момента эквивалентности применимы любые индикаторы с рТ > 7 (к примеру, фенолфталеин и др.).

 

4. Титрование слабой кислоты слабым основанием (или наоборот)

К примеру: NH₄OH + CH₃COOH = CH₃COONН₄ + H₂O

Такое титрование практически не применяется, т.к. соли катионов слабых оснований и анионов слабых кислот в растворах легко гидролизуются:

NH₄⁺ + СН₃СОО^– + Н₂О ↔ NH₄OH + CH₃COOН

В результате гидролиза образуются слабые электролиты, среда раствора остается практически нейтральной, рН = 7. Так как концентрации ионов Н⁺ и ОН^– в растворе меняются незначительно, то они не оказывают существенного влияния на смещение индикаторного равновесия. В этом случае индикаторы свою окраску не изменяют, следовательно, слабые кислоты слабыми основаниями (или наоборот) точно не титруются.

Контрольные вопросы

1. Сущность кислотно-основного титрования (метод нейтрализации)

2. Что принято называть показателем титрования (рТ).

3. Какие случаи различают при выборе индикаторов