Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим пример нейтрализации слабой кислоты CH3COOH сильным основанием NaOH, которая протекает согласно уравнению реакции
CH3COOH(P)+ OH-(P)
CH3COO-(P)+ Н20(ж).
В отличие от сильной кислоты слабая кислота не диссоциирует полностью в водном растворе и pH определяется степенью прохождения реакции
CH3COOH(P) + Н20(Ж) H3O+(P)+ CH3COO-(P).
Выражение концентрационной константы равновесия, или константы кислотности _ [H3O+J-CCH3COO-]
[CH3COOH]
позволяет вычислить величину [H3O+] в растворе слабой кислоты:
122
В.В. Вольхин. Общая химия
ГН O+I = К ? [CH3COOH ] к' [CH3COO"]
Далее приходим к уравнению Гендерсена - Хассельбаха:
[CH3COO"]
pH = рКк + log
[CH3COOH]
Количество молей образующихся ионов CH3COO"" равно количеству молей добавленного к раствору основания (согласно уравнению реакции нейтрализации). Кислота CH3COOH при этом расходуется на взаимодействие с NaOH (1 моль кислоты на 1 моль щелочи). Объем раствора изменяется как сумма объемов кислоты (исходный объем VK) и основания (V0). Отсюда можно записать выражение:
[CH1COO-] = УН'С°°" (иоииз)3^к+До^
В правой части этого уравнения в числителе суммируется количество молей ионов CH3COO", образующихся в результате ионизации кислоты, [СИ3СОО~(ИО!,ИЗ)]-Кк, и за счет взаимодействия кислоты с основанием, C0-V0. До проведения реакции нейтрализации F0 = O и [CH3COO"] = [СН3СОО"~(И01Ш)], т.е. концентрация ионов CH3COO определяется только уравнением реакции ионизации кислоты. Но при добавлении щелочи [CH3COO-(HOIiHi)]-<<: C0-V0 и можно принять
{[СН3СОО-(но111П)]^к + C0-V0}= C0-V0.
Отсюда
с -V
[CH3COO-] = zf—fr-
Уравнение для вычисления концентрации CH3COOH в растворе на разных стадиях титрования можно представить в виде
[CH3COOH] = Ck'V*~c° V° ?
1 J J v л-V
r К 1 О
Подставим полученные выражения в уравнение Гендерсена-Хассельбаха и получим
pH = рКк + log °v^\V' О-8)
где ск, C0 - концентрации растворов кислоты и основания; VK, V0 — объемы растворов кислоты и основания.
Полученное уравнение (3.8) применимо для вычислений вплоть до эквивалентной точки. Значение pH раствора в эквивалентной точке при титровании слабой кислоты требует специального обсуждения. В результате титрования образуются ионы CH3COO", которые проявляют основные свойства согласно уравнению реакции
Ионные равновесия в растворах
123
CH3COO-(P) +Н20(ж) CH3COOH(P)+ ОН-(р).
Константа равновесия для этой реакции согласно соотношению (3.1) выражается зависимостью
_ [CH3COOH]-[OH-] = кг 0 [CH3COO-] кк'
Отсюда можно вычислить величину [ОН-] и, следовательно, pH раствора, который будет выше 7.
После точки эквивалентности в растворе начинают накапливаться ионы ОН", вводимые в избытке в раствор в виде NaOH. Основные свойства ионов ОН" значительно выше, чем ионов CH3COO-. Ионы ОН"будут определять pH раствора, и кривая титрования слабой кислоты сильным основанием далее повторит кривую титрования сильной кислоты (рис.3.1,6).
Используем полученные уравнения для конкретных расчетов.
Пример 3.14. Определим изменение pH раствора 0,100 M CH3COOH по мере добавления к нему порциями раствора 0,100 M NaOH. Для расчета примем: объем исходного раствора 0,100 M HCl - 25,0 мл\ суммарные по объему порции добавленного раствора 0,100 MNaOH - 12,5; 24,0; 24,9;
25,1 и 26,0 л/л. ?:K(CH3COOH) = 1,8-IQ"5.
Решение. Вычислим pH исходного раствора CH3COOH, используя выражение
[H3OT[CH3COO-] =_^ = [CH3COOH] 0,100-JC
Примем (0,100-х) = 0,100 и вычислим величину х.
х = (1,8-10"5 • 0,100)1/2 = 1,3-10"3 М.
Отсюда
pH=-log (1,3•1O-3) = 2,9.
Далее проведем вычисление значений pH раствора по мере добавления к нему заданных порций 0,100 MNaOH вплоть до эквивалентной точки. Расчеты проведем по уравнению (3.9). Результаты расчетов обобщим в табл. 3.2.
Рассчитаем значение pH в эквивалентной точке, когда к 25 мл 0,100 M CH3COOH добавлено 25 ли 0,100 Л/NaOH.
к _ [CH3COOH]-[OH-] = Kn = мир-" ^56 |0
[CH3COO-] Кк 1,8-10-5
Если допустить, что в точке эквивалентности произошла полная нейтрализация CH3COOH раствором сильного основания, то для обратной реакции можно рассмотреть равновесие:
CH3COO-(P) + Н20(Ж) CH3COOH(P)+ OH-(P).
Концентрации (M):
исходные 0,100 О О
изменение -х +х +х
25 мл
равновесные 0,100 ?--х х х
50 мл
124
В.В. Вольхин. Общая химия
Объем раствора возрос до 50 л/л, т.е. увеличился в 2 раза, что потребовало ввести фактор пересчета: 25 мл/50 мл.
Зная величину K0, определим значение х:
K0=.
0,050-х 0,050
5,6-10 ,
х = 5,3•10"6M, [ОН ] = 5,3•10"6M, pH = -log[H+] = -log
1,0-IQ-5,3-10"
= 8,72.
Внесем значение pH для эквивалентной точки в табл. 3.2.
Далее вычисления проведены точно так же как в примере титрования раствора сильной кислоты сильным основанием (с учетом разбавления раствора). Результаты этих расчетов также включены в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Титрование 25,0 мл раствора 0,100 M CH3COOH раствором 0,100 M NaOH
V0, МЛ pH V0, мл pH 0 2,9 25,0 8,72 12,5 4,74 25,1 11,30 24,0 6,12 26,0 12,31 24,9 7,14 Вывод. При титровании слабой кислоты сильным основанием скачок значений pH вблизи точки эквивалентности оказался меньшим, чем при титровании сильной кислоты сильным основанием. Но он достаточен для идентификации окончания титрования.
