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
= pKH2O
- 1/2pKосн
+ 1/2lgCосн.
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 - pKосн
+ lg(Cосн/Cсоли)
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
= 1/2pKH2O
- 1/2 pKосн
- 1/2lgCсоли,
где pKH2O
= 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.
|
№ |
добавлено HNO3, см3 |
избыток, см3 |
С основан С соли |
[H+] |
pH |
|
|
|
|
NH4OH |
HNO3 |
|
|
|
|
1 |
0 |
50 |
|
|
|
11,04 |
|
2 |
10 |
40 |
|
14,0000 |
|
10,39 |
|
3 |
15 |
35 |
|
8,1667 |
|
10,15 |
|
4 |
30 |
|
5,2500 |
|
9,96 |
|
|
5 |
25 |
25 |
|
3,5000 |
|
9,78 |
|
6 |
30 |
20 |
|
2,3333 |
|
9,61 |
|
7 |
35 |
15 |
|
1,5000 |
|
9,42 |
|
8 |
40 |
10 |
|
0,8750 |
|
9,18 |
|
9 |
45 |
5 |
|
0,3889 |
|
8,83 |
|
10 |
49 |
1 |
|
0,0714 |
|
8,09 |
|
11 |
49,9 |
0,1 |
|
0,0070 |
|
7,09 |
|
12 |
50 |
0 |
0 |
|
|
3,77 |
|
13 |
50,1 |
|
0,1 |
|
0,00004 |
4,00 |
|
14 |
51 |
|
1 |
|
0,00040 |
3,00 |
|
15 |
60 |
|
10 |
|
0,00400 |
2,40 |
|
16 |
85 |
|
25 |
|
0,01000 |
2,00 |
|
17 |
100 |
|
50 |
|
0,02000 |
1,00 |
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.