14.10: Titrering Kurver

Når en syre titreres med en base, der er typisk for en pludselig ændring i pH-værdi af opløsningen på ækvivalens punkt, hvor mængden af titrant tilføjet lig med mængden af syre, der oprindeligt var til stede). Hvis der er tilføjet et par dråber indikatoropløsning, forårsager denne kraftige stigning i pH en pludselig farveændring, som kaldes indikatorens slutpunkt., Den faktiske størrelse af springet i pH, og pH-området, som det dækker, afhænger af styrken af både syren og den involverede base, og derfor kan valg af indikator variere fra en titrering til en anden. For at lære at vælge en passende indikator, skal vi i detaljer undersøge variationen af pH under en titrering.

som reference når du læser dette afsnit, svarer cm3 til mL.

først skal vi overveje titrering af en stærk syre, såsom HCl med en stærk base, såsom NaOH. Antag, at vi placerer 25.00 cm3 (mL) af 0.,10 M HCl opløsning i en kolbe og der tilsættes 0,10 M NaOH fra en buret. PH-værdien i opløsningen i kolben varierer med tilsat NaOH, som vist i figur 1a. pH-værdien ændres ret langsomt ved begyndelsen af titreringen, og næsten al stigning i pH finder sted i umiddelbar nærhed af endepunktet.

ph-ændringen under denne titrering er forårsaget af protonoverførselsreaktionen

\
, der forekommer, når hydro .idioner tilsættes fra buret., Selvom hydroniumioner forbruges af hydro .idioner i de tidlige stadier af titreringen, forbliver hydronium-ion koncentrationen i nærheden af 10-1 eller 10-2 mol L–1. Som følge heraf forbliver pH i området 1 til 2. Som et eksempel på denne adfærd lad os overveje situationen halvvejs til slutpunktet, dvs.når nøjagtigt 12,50 cm3 på 0,10 m NaOH er blevet tilsat til 25,00 cm3 (mL) på 0,10 m HCl i kolben. Mængden af hydroniumion er på dette tidspunkt reduceret fra en original 2, 5 mmol til halvdelen af denne værdi, 1, 25 mmol., Samtidig er volumenet af opløsningen steget fra 25 cm3 til (25 + 12,50) cm3 = 37,50 cm3. Derfor hydronium-ion-koncentration er 1,25 mmol/37.50 cm3 = 0.0333 mol L–1, og den resulterende pH er 1.48. Selvom titreringen er halvt afsluttet, er dette ikke meget forskelligt fra den indledende pH på 1.00.

opløsningens pH i kolben vil kun ændre sig drastisk, når vi når dette punkt i titreringen, når kun en minutfraktion af hydroniumionerne forbliver forbrugte, dvs. når vi nærmer os slutpunktet, set på grafen., Først da vil vi have reduceret hydronium-ion-koncentrationen med flere kræfter på 10 og følgelig øget pH med flere enheder. Når 24.95 cm3 base er tilføjet, er vi kun 0.05 cm3 (ca.en dråbe) kort over endepunktet. Der er tilføjet 24,95 cm3.0,10 mmol cm–3 = 2,495 mmol hydro .idioner. Disse vil have indtaget 2.495 mmol hydronium ioner, der forlader (2.5 – 2.495) mmol = 0.005 mmol hydronium ioner i en mængde af 49.95 cm3. Den hydronium-ion-koncentration vil nu være:

\=\frac{\text{0.005 mmol}}{\text{49.95 cm}^{3}}=\text{1.,00 }\times \ te .t{ 10}^{-4}\te .t{ mol L}^{-1}\]

giver en pH på 4,00. Fordi næsten alle hydroniumioner er blevet forbrugt, er der kun en lille brøkdel (en femhundrede) tilbage, og mængden af opløsning er næsten fordoblet. Dette reducerer hydronium-ion koncentrationen med en faktor på 10-3, og pH stiger med tre enheder fra dens oprindelige værdi på 1,00.

Når præcis 25,00 cm3 base er blevet tilsat, har vi nået den teoretiske ækvivalens punkt, og kolben vil indeholde 2,5 mmol af både natrium og chloridioner i 50 cm3 opløsning; dvs. opløsningen er 0,05 M NaCl., Desuden vil dens pH være nøjagtigt 7,00, som det ses på grafen, da hverken natriumion eller chloridion udviser nogen mærkbare syre-baseegenskaber.

umiddelbart efter dette ækvivalenspunkt resulterer tilsætning af yderligere NaOH til kolben i en pludselig stigning i koncentrationen af hydro .idioner, da der nu næsten ikke er nogen hydroniumioner tilbage til at forbruge dem. Dermed endnu en dråbe (0.05 cm3) af base tilføjet til ækvivalens punkt løsning, tilføjer 0.005 mmol hydroxid ioner og giver en hydroxid-ion-koncentration på 0,005 mmol/50.05 cm3 = 1.00 × 10-4 mol L–1., Den resulterende pOH = 4,00, og pH = 10,00. Tilsætningen af kun to dråber base resulterer i et pH-spring fra 4.00 til 7.00 til 10.00. Denne hurtige stigning får indikatoren til at ændre farve, så slutpunktet matcher ækvivalenspunktet, hvis indikatoren vælges korrekt.

titrering af en stærk base med en stærk syre kan håndteres på stort set samme måde som den stærke syre-stærke basesituation, vi netop har beskrevet.,

et bredt udvalg af indikatorer som dette er ikke muligt for titreringer, der involverer svage syrer eller baser. Når 25.,00 cm3 af 0,10 M CH3COOH titreres med 0,10 M NaOH, for eksempel, der er en meget mindre ændring i pH-værdi på ækvivalens punkt, som vist i Figur 1b, og valget af indikatorer er tilsvarende mindre. Ph-adfærden i dette tilfælde er meget forskellig fra titreringen af HCl med NaOH, fordi syrebasereaktionen er forskellig.,

Når CH3COOH titreres med NaOH, OH – – ioner forbruge CH3COOH molekyler i henhold til ligningen:

\

Som et resultat, den løsning i titrering kolbe snart bliver en buffer blanding med betydelige koncentrationer af CH3COO– ion såvel som dens konjugerede syre. Og pH styres derefter af forholdet mellem syre og konjugatbase (ligninger 2 og 3 i afsnittet om bufferopløsninger)., Når vi er halvvejs til slutpunktet, for eksempel, vil være stort set de samme som , og

mens pH-værdien vil blive givet af Henderson-Hasselbalch ligningen som

\}{}\\\text{ }\ca \text{ p}K_{a}=\text{4.74}\end{align}\]

Sammenligne dette med pH 1.78 beregnet ovenfor for halvvejs fase i titrering af HCl, vi finder en forskel på omkring tre pH-enheder. Effekten af bufferingsvirkningen af CH3COOH/ CH3COO-konjugatparet er således at holde pH-værdien omkring tre enheder højere end før og dermed skære springet i pH ved endepunktet med ca.dette beløb.,

nøjagtigt ved ækvivalenspunktet har vi ikke længere en bufferblanding, men en 0,05-M opløsning af natriumacetat. Denne løsning er lidt basisk, og dens pH på 8,72 kan beregnes ud fra ligning 4 på det afsnit, der dækker pH for svage baseopløsninger. Ud over dette ækvivalenspunkt er historien stort set den samme som i stærk syre-sagen. Tilsætning af selv et fald (0. 05cm3) af overskydende base hæver OH– koncentrationen til 10-4 mol L–1 og pH til 10. Af de tre indikatorer, der kunne anvendes ved titrering af HCl, er kun en nyttig for eddikesyre., Dette er phenolphthalein, som ændrer farve til den lyserøde nuance, som det ses nedenfor, når det er i pH-området 8,3 til 10,0.

titreringen af en svag base med en stærk syre involverer også en bufferopløsning og kræver derfor et mere omhyggeligt valg af indikator.,

ph-variationen under titreringer af stærke og svage baser med stærk syre er vist i figur \(\Pageinde. {2}\). I tilfælde af titrering af 0, 010 M NH3 med 0, 010 m HCl ville methylrød, men ikke phenolphthalein, være en passende indikator. Generelt er den bedste indikator for en given titrering den, hvis PKA næsten svarer til pH beregnet ved det teoretiske endepunkt.