Коли хімікам потрібно знайти концентрацію речовини, розчиненої в розчині, вони часто використовують техніку, яка називається титруванням. Додаючи хімічну речовину, яка реагує з розчиненою речовиною до тих пір, поки вся розчинена речовина не буде нейтралізована, хімік може визначити, скільки його спочатку було - і, отже, концентрація розчину. Проблеми з титруванням кислот та основних речовин є загальним завданням домашнього завдання та тестів на уроці хімії.
Визначте, чи є аналіт (хімічна речовина, розчинена у розчині) та титрант (хімічна речовина, додана для нейтралізації розчиненої речовини) сильними кислотами чи основами. Кислота - це речовина, яка віддає протони, тоді як основа - речовина, яка поглинає протони. Якщо розчинена речовина є основою, титрантом буде кислота і навпаки. Соляна кислота, азотна кислота, сірчана кислота, хлорна кислота, бромоводородна кислота та йодистоводородна кислота є загальними сильні кислоти, тоді як гідроксиди літію, натрію, калію, рубідію, кальцію, стронцію та барію є сильними основами. Список загальних кислот та основних речовин див. У посиланні в розділі "Ресурси".
Визначте, чи продуктом реакції титрування буде нейтральна сіль або основна / кисла сіль. Коли сильна основа і сильна кислота реагують, продукт є нейтральною сіллю (сіль з рН 7); наприклад, реакція між соляною кислотою та гідроксидом натрію дає хлорид натрію, який не є ні основним, ні кислим. Однак сильна кислота, що реагує зі слабкою основою, утворює кислу сіль, тоді як сильна основа, реагуючи зі слабкою кислотою, утворює основну сіль. Титрування навряд чи коли-небудь проводять із комбінацією слабкої кислоти та слабкої основи, оскільки було б важче знайти точку еквівалентності для цього виду титрування.
Запишіть, що ви знаєте, і з’ясуйте, про що просить проблема. Зазвичай домашнє завдання або завдання такого тесту дають вам ідентифікатор титранта та аналіту, обсяг аналіту та концентрацію титранта. Проблема може дати вам кількість титранту, необхідну для досягнення еквівалентності (точки, коли вся розчинена речовина була нейтралізована), і попросити вас знайти рН при еквівалентність та концентрація вихідного розчину, або це може дати вам концентрацію як титранту, так і розчиненої речовини, а потім попросити вас знайти рН на кожній стадії реакція. Кожен тип проблем вимагатиме іншої стратегії.
Запишіть збалансоване хімічне рівняння реакції між кислотою та основою (це зазвичай дається вам також у задачі). Визначте співвідношення реагентів, використовуючи хімічне рівняння, тобто скільки молекул однієї хімічної речовини потрібно для реакції з однією молекулою іншої.
Використовуйте отримані вами дані для розрахунку рН на кожному кроці реакції, якщо проблема вимагає цього (якщо ні, пропустіть цей крок і перейдіть до кроку 6). Залежно від ідентичності аналіту та титранта, є чотири можливості.
1) Якщо аналіт є сильною кислотою, а титрант - сильною основою, рН - це лише негативний журнал концентрації аналіту. Щоб знайти концентрацію аналіту, відніміть кількість молей титранту, доданого до цієї точки, потім розділіть на загальний об’єм (початковий об’єм аналіту + об’єм доданого титранту).
2) Якщо аналіт є сильною основою, а титрант - сильною кислотою, кроки, яких ви дотримуєтесь, однакові як у (1), за винятком того, що негативний журнал концентрації аналіту дасть вам РОН замість рН. Щоб перетворити pOH на pH, відніміть його від 14.
3) Якщо аналітом є слабка кислота, а титрант - сильною основою, використовуйте рівняння Хендерсона-Хассельбальха, рН = pKa + log ([концентрація кон'югованої основи] / залишок концентрації слабкої кислоти). Кількість кон'югованої основи дорівнює кількості титранту, який ви до цього часу додали; розділіть його на загальний об'єм, щоб знайти концентрацію. Значення pKa для багатьох слабких кислот наведені в таблиці, до якої наведено розділ "Ресурси".
4) Якщо аналітова речовина є слабкою основою, а титрант - сильною кислотою, використовуйте іншу форму Рівняння Хендерсона-Хассельбалха, pOH = pKb + log ([концентрація кон'югованої кислоти] / залишок слабкої основи концентрація). Потім перетворіть з pOH на pH, віднявши від 14.
Знайдіть рН в еквівалентності, якщо проблема вимагає від вас цього. Для сильної кислоти в парі з сильною основою рН при еквівалентності становить 7. Для сильного титрату кислоти та аналіту слабкої основи візьміть кількість молей слабкої основи, яка спочатку була, і розділіть на новий загальний обсяг (вихідний об'єм аналіту + об'єм титранту, доданий для досягнення еквівалентності), щоб знайти концентрацію, а потім візьміть негативний логарифм цього концентрація. Процедура для сильного титранта основи з аналітом слабкої кислоти така ж, за винятком того, що після прийому від'ємний журнал ви отримаєте pOH, а не рН, тому вам потрібно перетворити його на рН, віднімаючи від 14.
Знайдіть вихідну концентрацію аналіту, якщо проблема вимагає від вас цього. Обсяг доданого титранту для досягнення еквівалентності, помножений на молярність або концентрацію титранту, дасть вам кількість доданих молей титранту. Кількість молей доданого титранту, помножена на співвідношення між реагентами, яке ви знайшли на етапі 4, дорівнює кількості молей аналіту, спочатку присутніх. Розділіть кількість молей аналіту на вихідний об'єм аналіту, щоб знайти концентрацію аналіту.
Поради
Ця процедура передбачає співвідношення 1: 1 до кількості кислоти та основи в реакції нейтралізації - що, як правило, є проблемою, яку ви побачите в загальній тестовій хімії.
Попередження
Виявляючи концентрації в еквіваленті або раніше, враховуйте обсяг доданого титранту.