Поширений тип хімічного експерименту, який називається титруванням, визначає концентрацію речовини, розчиненої в розчині. Кислотно-основні титрування, при яких кислота та основа нейтралізують один одного, є найбільш поширеним видом. Точка, в якій знешкоджена вся кислота або основа в аналіті (аналізований розчин), називається точкою еквівалентності; залежно від кислоти або основи в аналіті, деякі титрування також матимуть другу точку еквівалентності. Ви можете легко розрахувати рН розчину у другій точці еквівалентності.
Визначте, чи була кислота чи основа в аналіті, який вид кислоти чи основи був присутній та скільки їх було. Якщо ви працюєте над цим питанням для домашнього завдання, інформація буде вам передана. Якщо, з іншого боку, ви щойно зробили титрування в лабораторії, ви будете збирати інформацію під час проведення титрування.
Пам'ятайте, що дипротонові кислоти або основи (кислоти / основи, які можуть віддавати або приймати більше ніж один іон водню) - це ті види, які матимуть другі точки еквівалентності. Нагадаємо також, що Ka1 - це константа рівноваги (відношення продуктів до реагентів) для першого донору протонів, тоді як Ka2 - константа рівноваги для другого донору протонів. Шукайте Ka2 для кислоти або основи в довідковому тексті або в онлайн-таблиці (див. Ресурси).
Визначте кількість кон’югованої кислоти або основи у вашому аналіті. Це буде еквівалентно кількості спочатку присутньої кислоти або основи. Помножте вихідну концентрацію аналіту на його об’єм. Наприклад, припустимо, ви починаєте з 40 мл 1 молярної щавлевої кислоти. Перетворіть концентрацію в мілілітри, поділивши на 1000, а потім помножте цей об'єм на його концентрацію. Це дасть вам кількість молей щавлевої кислоти, яка спочатку була: (40/1000) x 1 = 0,04. Присутні 0,04 моль щавлевої кислоти.
Візьміть обсяг титранту (хімічної речовини, яку ви додали під час титрування), щоб нейтралізувати кислоту або основний аналіт, і додайте його до спочатку присутнього об'єму аналіту. Це дасть вам остаточний обсяг. Наприклад, припустимо, що для досягнення другої еквівалентності 80 мл 1 молярного NaOH додавали до 40 мл 1 молярної щавлевої кислоти. Розрахунок складатиме 80 мл титранту + 40 мл аналіту = 120 мл кінцевого об'єму.
Поділіть кількість молей кислоти або основи, спочатку присутніх у вашому аналіті, на кінцевий об’єм. Це дасть вам остаточну концентрацію кон’югованої кислоти або основи. Наприклад, 120 мл був кінцевим об’ємом, і спочатку було 0,04 молей. Перетворіть мл в літри і розділіть кількість молей на кількість літрів: 120/1000 = 0,12 літра; 0,04 моль / 0,12 літра = 0,333 моль на літр.
Визначте Kb сполученої основи (або Ka, якщо це сполучена кислота). Пам'ятайте, що кон'югована основа - це види, що утворюються, коли ви видаляєте всі протони з кислоти, тоді як кон'югована кислота - це види, що утворюються, коли ви віддаєте протони в основу. Отже, у 2-й точці еквівалентності дипротонова кислота (наприклад, щавлева кислота) буде повністю депротонована, і її Kb буде дорівнює 1 х 10 ^ -14 / другий Ка для щавлевої кислоти. Для основи Ka у другій точці еквівалентності буде дорівнює 1 x 10 ^ -14 / другий Kb для дипротичної основи. Наприклад, щавлева кислота була аналітом. Його Ka дорівнює 5,4 x 10 ^ -5. Поділіть 1 x 10 ^ -14 на 5,4 x 10 ^ -5: (1 x 10 ^ -14) / (5,4 x 10 ^ -5) = 1,852 x 10 ^ -10. Це Kb для повністю депротонованої форми щавлевої кислоти, оксалатного іона.
Встановіть рівняння константи рівноваги у такому вигляді: Kb = ([OH -] [кон'югована кислота]) / [кон'югована основа]. Квадратні фігурні дужки представляють концентрацію.
Підставте x ^ 2 для двох доданків зверху у рівнянні та вирішити для x як показано: Kb = x ^ 2 / [спряжена основа]. Наприклад, концентрація оксалату натрію становила 0,333 моль / л, а його Kb - 1,852 х 10 ^ -10. Коли ці значення підключено, це дає такий розрахунок: 1,852 х 10 ^ -10 = х ^ 2 / 0,333. Помножте обидві сторони рівняння на 0,333: 0,333 х (1,852 х 10 ^ -10) = х ^ 2; 6,167 х 10 ^ -11 = х ^ 2. Візьміть квадратний корінь з обох сторін, щоб вирішити для x: (6,167 x 10 ^ -11) ^ 1/2 = x. З цього виходить наступне: x = 7,85 x 10 ^ -6. Це концентрація гідроксид-іонів у розчині.
Перетворити з концентрації іона гідроксиду або іону водню на рН. Якщо у вас є концентрація іонів водню, ви просто берете від’ємний логарифм для перетворення в рН. Якщо у вас є концентрація гідроксид-іона, візьміть від’ємний логарифм, а потім відніміть свою відповідь від 14, щоб знайти рН. Наприклад, знайдена концентрація становила 7,85 х 10 ^ -6 молей на літр гідроксид-іонів: log 7,85 x 10 ^ -6 = -5,105, отже, -log 7,85 x 10 ^ -6 = 5,105.
Відніміть свою відповідь з 14. Наприклад, 14 - 5,105 = 8,90. Значення рН у другій точці еквівалентності становить 8,90.
Речі, які вам знадобляться
- Олівець
- Папір
- Калькулятор
Поради
Цей розрахунок не враховував автоіонізацію води, яка може стати фактором дуже розбавлених розчинів слабких основ або кислот. Тим не менше, це хороша оцінка для цих цілей і тип відповіді, який ви повинні будете дати для такого роду проблем.