Когда химикам нужно определить концентрацию вещества, растворенного в растворе, они часто используют метод, называемый титрованием. Добавляя химическое вещество, которое вступает в реакцию с растворенным веществом до тех пор, пока все растворенное вещество не будет нейтрализовано, химик может определить его исходное количество и, следовательно, концентрацию раствора. Задачи титрования кислот и щелочей - частые задания в домашних заданиях и тестах на уроке химии.
Определите, являются ли аналит (химическое вещество, растворенное в растворе) и титрант (химическое вещество, добавляемое для нейтрализации растворенного вещества) сильными кислотами или основаниями. Кислота - это вещество, которое отдает протоны, а основание - это вещество, которое поглощает протоны. Если растворенное вещество является основанием, титрант будет кислотой и наоборот. Соляная кислота, азотная кислота, серная кислота, хлорная кислота, бромистоводородная кислота и йодистоводородная кислота являются обычными сильные кислоты, в то время как гидроксиды лития, натрия, калия, рубидия, кальция, стронция и бария являются сильными основаниями. Список распространенных кислот и оснований см. По ссылке в разделе «Ресурсы».
Определите, будет ли продукт реакции титрования нейтральной солью или основной / кислой солью. Когда сильное основание и сильная кислота вступают в реакцию, продукт представляет собой нейтральную соль (соль с pH 7); реакция между соляной кислотой и гидроксидом натрия, например, дает хлорид натрия, который не является ни основным, ни кислым. Однако сильная кислота, реагирующая со слабым основанием, дает кислую соль, тогда как сильное основание, реагируя со слабой кислотой, дает основную соль. Титрование практически никогда не проводится с комбинацией слабой кислоты и слабого основания, потому что было бы труднее найти точку эквивалентности для такого типа титрования.
Запишите, что вы знаете, и выясните, в чем проблема. Обычно домашнее задание или тестовая задача такого рода позволяют определить титрант и аналит, объем аналита и концентрацию титранта. Проблема может дать вам количество титранта, необходимое для достижения эквивалентности (точка, в которой все растворенное вещество было нейтрализовано), и попросить вас найти pH на уровне эквивалентность и концентрацию исходного раствора, или он может дать вам концентрацию как титранта, так и растворенного вещества, а затем попросить вас найти pH на каждой стадии Реакция. Для каждого типа проблемы потребуется своя стратегия.
Запишите сбалансированное химическое уравнение реакции между кислотой и основанием (обычно оно также предоставляется вам в задаче). Определите соотношение реагентов, используя химическое уравнение, то есть сколько молекул одного химического вещества необходимо для реакции с одной молекулой другого.
Используйте предоставленные вам данные для расчета pH на каждом этапе реакции, если проблема требует этого (если нет, пропустите этот шаг и переходите к шагу 6). В зависимости от идентичности анализируемого вещества и титранта существует четыре возможности.
1) Если аналит представляет собой сильную кислоту, а титрант - сильное основание, pH - это просто отрицательный логарифм концентрации аналита. Чтобы найти концентрацию аналита, вычтите количество молей титранта, добавленных до этой точки, затем разделите на общий объем (начальный объем аналита + объем добавленного титранта).
2) Если аналит представляет собой сильное основание, а титрант - сильная кислота, шаги, которые вы выполняете, аналогичны как в (1), за исключением того, что отрицательный логарифм концентрации аналита даст вам pOH вместо pH. Чтобы преобразовать pOH в pH, вычтите его из 14.
3) Если аналит представляет собой слабую кислоту, а титрант представляет собой сильное основание, используйте уравнение Хендерсона-Хассельбаха, pH = pKa + log ([концентрация конъюгированного основания] / остаточная концентрация слабой кислоты). Количество конъюгированной основы равно количеству добавленного вами титранта; разделите его на общий объем, чтобы найти концентрацию. Значения pKa для многих слабых кислот перечислены в таблице, связанной с разделом «Ресурсы».
4) Если аналит представляет собой слабое основание, а титрант - сильная кислота, используйте другую форму Уравнение Хендерсона-Хассельбаха, pOH = pKb + log ([концентрация конъюгированной кислоты] / оставшееся слабое основание концентрация). Затем преобразуйте pOH в pH, вычитая из 14.
Найдите эквивалентный pH, если этого требует проблема. Для сильной кислоты в паре с сильным основанием эквивалентный pH равен 7. Для титранта с сильной кислотой и аналитом со слабым основанием возьмите количество молей изначально присутствующего слабого основания и разделите на новый общий объем. (исходный объем аналита + объем титранта, добавленный для достижения эквивалентности), чтобы найти концентрацию, затем возьмите отрицательный логарифм этого концентрация. Процедура титрования сильного основания и аналита со слабой кислотой такая же, за исключением того, что после того, как вы взяли в отрицательном журнале у вас будет pOH, а не pH, поэтому вам нужно преобразовать его в pH, вычтя его из 14.
Найдите исходную концентрацию аналита, если этого требует проблема. Объем титранта, добавленного для достижения эквивалентности, умноженный на молярность или концентрацию титранта, даст вам количество молей добавленного титранта. Количество молей добавленного титранта, умноженное на соотношение между реагентами, которое вы нашли на шаге 4, равно количеству молей аналита, присутствующего изначально. Разделите количество молей аналита на исходный объем аналита, чтобы найти концентрацию аналита.
Советы
Эта процедура предполагает соотношение 1: 1 между кислотой и основанием в реакции нейтрализации - что обычно является проблемой, которую вы увидите в общей викторине по химии.
Предупреждения
При нахождении концентраций, равных или превышающих эквивалентные, учитывайте добавленный объем титранта.