Когато химиците трябва да открият концентрацията на вещество, разтворено в разтвор, те често използват техника, наречена титруване. Чрез добавяне на химикал, който реагира с разтвореното вещество, докато цялото разтворено вещество бъде неутрализирано, химикът може да определи колко първоначално е присъствал - а оттам и концентрацията на разтвора. Проблемите с титруването с киселини и основи са често срещани задачи при домашните и тестовете в час по химия.
Определете дали аналитът (химикалът, разтворен в разтвора) и титрантът (химикалът, добавен за неутрализиране на разтвореното вещество) са силни киселини или основи. Киселината е вещество, което отделя протони, докато основата е вещество, което поема протоните. Ако разтвореното вещество е основа, титрантът ще бъде киселина и обратно. Солната киселина, азотната киселина, сярната киселина, перхлорната киселина, бромоводородната киселина и йодноводородната киселина са често срещаните силни киселини, докато литиевите, натриевите, калиевите, рубидиевите, калциевите, стронциевите и бариевите хидроксиди са силни основи. За списък на често срещаните киселини и основи вижте връзката в раздела Ресурси.
Определете дали продуктът на реакцията на титруване ще бъде неутрална сол или основна / кисела сол. Когато реагират силна основа и силна киселина, продуктът е неутрална сол (сол с рН 7); например, реакцията между солна киселина и натриев хидроксид води до получаване на натриев хлорид, който не е нито основен, нито киселинен. Силната киселина, реагираща със слаба основа, обаче произвежда кисела сол, докато силната основа, реагираща със слаба киселина, произвежда основна сол. Титруванията почти никога не се извършват с комбинация от слаба киселина и слаба основа, тъй като би било по-трудно да се намери точката на еквивалентност за този вид титруване.
Запишете какво знаете и разберете какво иска проблемът. Обикновено домашните или тестови задачи от този вид ще ви дадат идентичността на титранта и аналита, обема на аналита и концентрацията на титранта. Проблемът може да ви даде количеството титрант, необходимо за достигане на еквивалентност (точката, в която цялото разтворено вещество е неутрализирано) и да поиска да намерите pH при еквивалентност и концентрация на оригиналния разтвор, или може да ви даде концентрацията както на титрант, така и на разтворено вещество, след което да ви помоли да намерите рН на всеки етап от реакцията. Всеки тип проблем ще изисква различна стратегия.
Запишете балансираното химично уравнение за реакцията между киселината и основата (това обикновено ще ви бъде дадено и в задачата). Определете съотношението на реагентите, като използвате химичното уравнение, т.е. колко молекули на един химикал са необходими, за да реагират с една молекула на другата.
Използвайте данните, които сте получили, за да изчислите рН на всяка стъпка от реакцията, ако проблемът ви помоли да го направите (ако не, пропуснете тази стъпка и преминете към стъпка 6). В зависимост от идентичността на аналита и титранта има четири възможности.
1) Ако аналитът е силна киселина и титрантът е силна основа, рН е само отрицателният логаритъм на концентрацията на аналита. За да намерите концентрацията на аналита, извадете броя на моловете титрант, добавен до тази точка, след което разделете на общия обем (първоначален обем на аналита + обем на добавения титрант).
2) Ако аналитът е силна основа, а титрантът е силна киселина, стъпките, които следвате, са същите както в (1), с изключение на това, че отрицателният логаритъм на концентрацията на аналита ще ви даде pOH вместо рН. За да превърнете pOH в pH, извадете го от 14.
3) Ако аналитът е слаба киселина и титрантът е силна основа, използвайте уравнението на Хендерсън-Хаселбалх, рН = pKa + log ([концентрация на конюгирана основа] / оставаща концентрация на слаба киселина). Количеството конюгирана основа е равно на количеството титрант, което сте добавили досега; разделете го на общия обем, за да намерите концентрация. Стойностите на pKa за много слаби киселини са изброени в таблицата, свързана с в раздела Ресурси.
4) Ако аналитът е слаба основа и титрантът е силна киселина, използвайте другата форма на Уравнение на Хендерсън-Хаселбалч, pOH = pKb + log ([концентрация на конюгирана киселина] / оставаща слаба база концентрация). След това конвертирайте от pOH в pH, като извадите от 14.
Намерете рН при еквивалентност, ако проблемът ви моли да го направите. За силна киселина, съчетана със силна основа, рН при еквивалентност е 7. За силен киселинен титрант и слаб основен аналит вземете броя на моловете на слаба основа, първоначално налични и разделете на новия общ обем (първоначален обем аналит + обем титрант, добавен за достигане на еквивалентност), за да се намери концентрация, след което вземете отрицателния логаритъм на това концентрация. Процедурата за силен основен титрант със слаб киселинен аналит е същата, с изключение на тази, след като сте приели отрицателният регистър ще имате pOH, а не рН, така че трябва да го преобразувате в рН, като го извадите от 14.
Намерете първоначалната концентрация на аналита, ако проблемът ви помоли да го направите. Обемът на добавения титрант, за да достигне еквивалентност, умножен по моларността или концентрацията на титранта, ще ви даде броя на добавените молове титрант. Броят на добавените молове титрант, умножен по съотношението между реагентите, които сте намерили в Стъпка 4, е равен на броя на моловете на първоначално присъстващия аналит. Разделете броя молове на аналита на първоначалния обем на аналита, за да намерите концентрацията на аналита.
Съвети
Тази процедура приема съотношение 1 към 1 между киселина и основа в реакцията на неутрализация - което обикновено е проблемът, който ще видите в общ тест за химия.
Предупреждения
Когато намирате концентрации при или преди еквивалентност, вземете предвид обема на титранта, който сте добавили.
