Как правильно рассчитать рН растворов при титровании

 

рН раствора, полученного при титровании раствора сильной кислоты сильным основанием


Задача 134.
Рассчитать рН раствора, полученного при титровании, когда к 20 мл 0,2 М раствора НС1 прилит 0,2 М раствор NaOH в таких объемах: а) 17 мл;
б) 20 мл; в) 21 мл.
Решение:
V(HCl) = 20 мл;
Cн(HCl) = 0,2 м = 0,2 н;
Vа(NaOH) = 17 мл;
Vб(NaOH) = 20 мл;
Vв(NaOH) = 21 мл.
Уравнение реакции имеет вид:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль HCl реагирует с 1 моль NaOH, т.е. n(HCl) = n(NaOH).

а) Рассчитаем рН при добавлении 17 мл NaOH, получим:

[H+] = [Сн(HCl) . V(HCl) - Cн(NaOH) . V(NaOH)]/[ V(HCl) + V(NaOH)] = [(0,2 . 20) - (0,2 . 17)]/(20 + 17) = 0,0162 моль/л;
рН = -lg[Н+] = -lg0,0162 = 2 - 0,21 = 1,79.
pH = 1,79.

Ответ: pH = 1,79.

б) Рассчитаем рН при добавлении 20 мл NaOH, получим:

При добавлении к 20 мл 0,2 М раствора НС1 20 мл 0,2 М раствора NaOH образуется нейтральный раствор, наблюдается полная нейтрализация HCl. В точке эквивалентности раствора сильной кислоты раствором сильного основания реакция среды нейтральная. Тогда рН нейтрального раствора равен 7.

Ответ: pH = 7.

в) Рассчитаем рН при добавлении 21 мл NaOH, получим:

При добавлении 21 мл 0,2 М NaOH к 20 мл 0,2 М раствора НС1 в смеси будет наблюдаться избыток NaOH, поэтому необходимо рассчитать концентрацию гидроксид-ионов, получим;

[OH-]изб = [Cн(NaOH) . V(NaOH) - Сн(HCl) . V(HCl)]/[ V(HCl) + V(NaOH)] = [(0,2 . 21) - (0,2 . 20)]/(20 + 21) = 0,00488 моль/л.

Тогда

pH = 14 + lg[OH-]изб = 14 + lg(4,88· 10-3) = 14 + (-3 + 0,69) = 11,69.

Ответ: pH = 11,69.
 


рН раствора, полученного при титровании раствора слабой кислоты сильным основанием


Задача 135.
Титруют 25 мл 0,1 М раствора СН3СООН раствором NaOH той же концентрации. Рассчитать рН раствора при прибавлении 20 мл щелочи.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

СН3СООН + NaOH = СН3СООNa + Н2О

При добавлении к 25 мл 0,1 М раствора СН3СООН  20 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия в результате реакции появится эквивалентное количество ацетат-иона, который в смеси с уксусной кислотой образует ацетатный буферный раствор. Поэтому до точки эквивалентности рН раствора можно рассчитать по формуле, использующейся для расчета pH буферных растворов, образованных слабой кислотой и ее хорошо растворимой солью:

рН = рКкисл -lgСкисл/Cсоли.

Концентрация оставшейся уксусной кислоты в растворе вычисляется по формуле:

С(кисл) = [Сн(кисл) V(кисл) - Cн(осн) . V(осн)]/[V(кисл) + V(осн)].

Тогда

С(СН3СООН) = [Сн(СН3СООН) . V(СН3СООН) - Cн(NaOH) . V(NaOH)]/[V(СН3СООН) + V(NaOH)] = 
= [(0,1 .25) - (0,1 . 20)]/(25 + 20) = (2,5 - 0,2)/45 = 0,011 моль/л.

Концентрация ацетата натрия – по формуле:

С(соли) = [Cн(осн) . V(осн)]/[V(кисл) + V(осн)].

Тогда

С(СН3СООNa) = [Cн(NaOH) . V(NaOH)]/[V(СН3СООН) + V(NaOH)]
= (0,1 . 20)/(25 + 20) = 2/45 = 0,044 моль/л.

Отсюда

рН = рК(СН3СООН) -lgС(СН3СООН)/С(СН3СООNa) = 4,76 - lg0,011/0,044 = 5,36.

Ответ: 5,36.
 


рН в растворах солей и той же концентрации


Задача 136.
Какие из солей будут иметь одинаковые значения рН в растворах одной и той же концентрации: NH4Cl, NaCl, NH4NO3, (NH4)2CO3. Ответ обоснуйте.
Решение:
1. NH4Cl - соль слабого основания NH4OH и сильной кислоты HCl гидролизуется по катиону:

NH4+ + H2О = NH3· H2O + H+

В результате от воды «остаются» ионы водорода H+, среда раствора становится кислой (рН < 7).

2. NaCl - соль сильного основания  NaОН и сильной кислоты гидролизу не подвергается (NaCl = Na+  +  Cl) реакция среды нейтральная (рН = 7).

3. NH4NO3 -  соль слабого основания NH4OH и сильной кислоты HNO3 гидролизуется по катиону:

NH4+ + H2О = NH3· H2O + H+

В результате от воды «остаются» ионы водорода H+, среда раствора становится кислой (рН < 7).

4. (NH4)2CO3 - соль слабого основания NH4OH и слабой кислоты Н2СО3, подвергается гидролизу и по катиону, и по аниону:

NH4+ + НOH  =  NH4OH + Н+;
CO32– + НОН = НСО3 + ОН.

Реакция среды слабо кислотная, так как КD(NH4OH) > КD12СО3),  1,8 . 10-5 > 4,2 . 10-5, поэтому гидролиз по катиону  NH4+ будет больше протекать, чем по аниону CO32–, значит, в растворе будет чуть больше находиться ионов Н+, чем гидроксид-ионов ОН.

Ответ:
соли NH4Cl и  NH4NO3 будут иметь одинаковое значение рН (рН < 7), так как гидролиз обеих солей протекает по одному и тому же катиону NH4+.