Лекция 6. Область применения метода нейтрализации. Рабочие растворы в методе нейтрализации

Ключевые слова: метод нейтрализации, рабочие растворы, точка эквивалентности,

кислотно-основное титрование.

К методу нейтрализации относят все анализы, в основе которых лежит реакция кислотно-основного взаимодействия. По этому методу можно, пользуясь титрованным раствором какой-либо сильной кислоты, проводить количественное определение оснований (ацидиметрия) или, пользуясь титрованным раствором щелочи, количественно определять кислоты (алкалиметрия). Метод нейтрализации может быть использован для определения солей, подвергающихся гидролизу, и проявляющих кислотно-основные свойства.

При титровании раствора любой кислоты раствором щелочи, концентрация Н⁺ - ионов постепенно уменьшается, а рН раствора – возрастает. При определенном значении рН достигается точка эквивалентности и прибавление щелочи должно быть прекращено. При титровании раствора основания раствором кислоты рН раствора уменьшается. Величина рН в точке эквивалентности зависит от природы реагирующих веществ (кислоты и основания) и от их концентраций. Например, титрование сильной кислоты сильной щелочью протекает по схеме

НСl + NаОН → NaСl + Н₂О.

В точке эквивалентности в растворе будет только образовавшаяся при реакции соль (NаСl) без избытка кислоты или щелочи. Соли сильных кислот и сильных оснований не подвергаются гидролизу и имеют нейтральную реакцию. Следовательно, в точке эквивалентности в рассматриваемом случае рН равен 7. То же будет, очевидно, и при титровании сильной щелочи сильной кислотой.

Однако если сильную кислоту заменить слабой, например, уксусной кислотой, то при титровании происходит следующая реакция:

СН₃СООH + NаОН → СН₃СООNa + Н₂O.

В точке эквивалентности в растворе будет присутствовать соль СН₃СООNа, гидролиз которой протекает по схеме

СН₃СОО^– + H₂О СН₃СООН + OH^–.

Гидролиз ацетата натрия сопровождается накоплением ионов ОН^– и приводит к возникновению щелочной реакции раствора. Следовательно, заканчивать титрование уксусной кислоты нужно не при рН=7, как в случае титрования НСl, а при рН>7.

При титровании слабых оснований сильными кислотами

NH₄OH + HCl → NH₄Cl + H₂O

в точке эквивалентности реакция раствора определяется гидролизом соли по катиону, приводящим к накоплению ионов Н⁺:

NH₄⁺ + H₂O NH₄OH + H⁺ .

Следовательно, при титровании слабого основания сильной кислотой рН в точке эквивалентности должен быть меньше 7 (рН<7).

Итак, в разных случаях титрование приходится заканчивать при различных значениях рН, зависящих от природы реагирующих между собой кислоты и основания, а также от их концентраций. Очень важно правильно выбрать рабочий раствор, индикатор и способ титрования.

Рабочими растворами (титрантами) в методе нейтрализации являются растворы сильных кислот (HCl, H₂SO₄) и/или растворы щелочей (NаОН или КОН). И те, и другие не являются стандартными веществами, поэтому их растворы нельзя приготовить по точной навеске. Рабочий раствор в методе нейтрализации готовят разбавлением концентрированного раствора, объем которого рассчитывается по соотношению .

После чего точную концентрацию рабочего раствора устанавливают титрованием стандартных исходных веществ. Для установки титров кислот в качестве исходных веществ применяют химически чистые буру (тетраборат натрия - Na₂B₄O₇·10H₂O) или карбонат натрия (Na₂CO₃). Реакции протекают соответственно по уравнениям:

Na₂B₄O₇·10H₂O + 2HCl → 4H₃BO₃ + 2NaCl + 5H₂O;

f_экв(Na₂B₄O₇·10H₂O) = ½; М(ЭNa₂B₄O₇·10H₂O) = М(Na₂B₄O₇·10H₂O)/2=190,7 г/моль.

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂CO₃;

f_экв(Na₂CO₃) = ½; М(ЭNa₂CO₃) = М(Na₂CO₃)/2 = 53 г/моль.

Продуктами реакции являются слабые кислоты (H₃BO₃ и H₂CO₃), следовательно, в точке эквивалентности в растворе среда кислая, поэтому титрование проводят в присутствии метилоранжа. Точную концентрацию кислоты рассчитывают по соотношениям:

; .

Для установки титра щелочей используют щавелевую кислоту H₂C₂O₄·2H₂O или янтарную кислоту H₂C₄H₄O₄, например:

H₂C₂O₄·2H₂O +2NaOH → Na₂C₂O₄· + 4H₂O

f_экв(H₂C₂O₄·2H₂O) = ½; М(ЭH₂C₂O₄·2H₂O) = М(H₂C₂O₄·2H₂O)/2 = 63 г/моль.

Контрольные вопросы

1.Рабочие растворы метода нейтрализации.

2.Чем определяется рН в точке эквивалентности?

3.Какие вещества применяют в качестве исходныхпри установке

титров кислот и щелочей?

Список рекомендуемой литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 68 – 75, 125 – 127.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов.

В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С.81 – 84, 125-127.

Ф.Н. Латыпова, С.Ю. Шавшукова