Обычный тип химического эксперимента, называемый титрованием, определяет концентрацию вещества, растворенного в растворе. Кислотно-основное титрование, при котором кислота и основание нейтрализуют друг друга, являются наиболее распространенными. Точка, в которой вся кислота или основание в аналите (анализируемом растворе) была нейтрализована, называется точкой эквивалентности; в зависимости от кислоты или основания в аналите, некоторые титрования также будут иметь вторую точку эквивалентности. Вы можете легко вычислить pH раствора во второй точке эквивалентности.
Определите, присутствовали ли в анализируемом веществе кислота или основание, какая кислота или основание присутствовали и сколько их присутствовало. Если вы работаете над этим вопросом для домашнего задания, информация будет предоставлена вам. С другой стороны, если вы только что выполнили титрование в лаборатории, вы получите информацию во время титрования.
Помните, что дипротонные кислоты или основания (кислоты / основания, которые могут отдавать или принимать более одного иона водорода) имеют вторые точки эквивалентности. Напомним также, что Ka1 - это константа равновесия (отношение продуктов к реагентам) для первой передачи протонов, а Ka2 - константа равновесия для второй передачи протонов. Найдите Ka2 для своей кислоты или основания в справочном тексте или в онлайн-таблице (см. Ресурсы).
Определите количество конъюгированной кислоты или основания в анализируемом веществе. Это будет эквивалентно первоначально присутствующему количеству кислоты или основания. Умножьте исходную концентрацию аналита на его объем. Например, предположим, что вы начали с 40 мл 1 молярной щавелевой кислоты. Преобразуйте концентрацию в миллилитры, разделив на 1000, затем умножьте этот объем на его концентрацию. Это даст вам количество молей изначально присутствующей щавелевой кислоты: (40/1000) x 1 = 0,04. Присутствует 0,04 моль щавелевой кислоты.
Возьмите объем титранта (химиката, который вы добавили во время титрования) для нейтрализации кислотного или основного аналита и добавьте его к первоначально присутствующему объему аналита. Это даст вам окончательный объем. Например, предположим, что для достижения второго эквивалента 80 мл 1-молярного NaOH были добавлены к 40 мл 1-молярной щавелевой кислоты. Расчет будет таким: титрант 80 мл + 40 мл аналита = конечный объем 120 мл.
Разделите количество молей кислоты или основания, изначально присутствовавшего в аналите, на окончательный объем. Это даст вам конечную концентрацию конъюгированной кислоты или основания. Например, конечный объем составлял 120 мл, и изначально присутствовало 0,04 моля. Переведите мл в литры и разделите количество молей на количество литров: 120/1000 = 0,12 литра; 0,04 моль / 0,12 литра = 0,333 моль на литр.
Определите Kb конъюгированного основания (или Ka, если это конъюгированная кислота). Помните, что сопряженное основание - это частицы, образующиеся при удалении всех протонов из кислоты, а сопряженная кислота - это частицы, образующиеся, когда вы отдаете протоны основанию. Следовательно, во второй точке эквивалентности дипротонная кислота (например, щавелевая кислота) будет полностью депротонирована, и ее Kb будет равен 1 · 10 ^ -14 / второе Ka для щавелевой кислоты. Для основания Ka во второй точке эквивалентности будет равно 1 x 10 ^ -14 / второй килобайт для дипротического основания. Например, аналитом была щавелевая кислота. Его Ka составляет 5,4 x 10 ^ -5. Разделите 1 x 10 ^ -14 на 5,4 x 10 ^ -5: (1 x 10 ^ -14) / (5,4 x 10 ^ -5) = 1,852 x 10 ^ -10. Это Kb для полностью депротонированной формы щавелевой кислоты, оксалат-иона.
Составьте уравнение константы равновесия в следующей форме: Kb = ([OH -] [конъюгированная кислота]) / [конъюгированная основа]. Квадратные скобки обозначают концентрацию.
Подставьте x ^ 2 вместо двух членов сверху в уравнении и решить для x как показано: Kb = x ^ 2 / [сопряженное основание]. Например, концентрация оксалата натрия составляла 0,333 моль / л, а его Kb составлял 1,852 x 10 ^ -10. Когда эти значения подключены, получается следующий расчет: 1,852 x 10 ^ -10 = x ^ 2 / 0,333. Умножьте обе части уравнения на 0,333: 0,333 x (1,852 x 10 ^ -10) = x ^ 2; 6,167 х 10 ^ -11 = х ^ 2. Извлеките квадратный корень из обеих частей и найдите x: (6,167 x 10 ^ -11) ^ 1/2 = x. Это дает следующее: x = 7,85 x 10 ^ -6. Это концентрация гидроксид-ионов в растворе.
Преобразуйте концентрацию гидроксид-иона или иона водорода в pH. Если у вас есть концентрация иона водорода, вы просто возьмете отрицательный логарифм, чтобы преобразовать его в pH. Если у вас есть концентрация гидроксид-иона, возьмите отрицательный логарифм, а затем вычтите свой ответ из 14, чтобы найти pH. Например, найденная концентрация составила 7,85 x 10 ^ -6 моль на литр гидроксид-ионов: log 7,85 x 10 ^ -6 = -5,105, следовательно, -log 7,85 x 10 ^ -6 = 5,105.
Вычтите свой ответ из 14. Например, 14 - 5,105 = 8,90. PH во второй точке эквивалентности составляет 8,90.
Вещи, которые вам понадобятся
- Карандаш
- Бумага
- Калькулятор
Советы
В этом расчете не учитывалась автоионизация воды, которая может стать фактором в очень разбавленных растворах слабых оснований или кислот. Тем не менее, это хорошая оценка для этих целей и ответ, который вы должны будете дать для такого рода проблем.