II. Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием

При расчете кривой титрования слабой кислоты щелочью следует учитывать тот факт, что до точки эквивалентности в растворе присутствует буферная смесь, состоящая из неоттитрованной слабой кислоты и ее соли, образованной за счет взаимодействия слабой кислоты со щелочью. В точке эквивалентности в растворе присутствует соль, образованная слабой кислотой и сильным основанием, она подвергается гидролизу и среда становится щелочной, в отличие от точки эквивалентности в случае титрования сильной кислоты щелочью.

За точкой эквивалентности в растворе, как и в случае титрования сильной кислоты, будет находиться в избытке щелочь, и ее содержание в растворе будет определять рН.

Пример.

Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1 М CH₃COOH раствором 0,1 М NaOH. Расчетные данные приведены в табл.4.

Решение:
В первоначальный момент (без добавления NaOH) в растворе присутствует слабая кислота, расчет рН ведется по формуле

(13)

Во всех последующих точках на кривой титрования до точки эквивалентности (в том числе в начале скачка на кривой титрования) расчет рН ведут для буферной системы (смесь CH₃COOH и ее соли CH₃COONa) по формуле

(14)

Концентрация оставшейся уксусной кислоты в растворе вычисляется по формуле

(15)

а концентрация ацетата натрия – по формуле

(16)

Например, при добавлении 9,0 мл 0,1 М NaOH

Значение рН в начале скачка на кривой титрования (добавлено 9,99 мл 0,1 М NaOH) рассчитывается по формуле

Таблица 4.

Расчет кривой титрования 10,0 мл 0,1 М СH₃COOH раствором 0,1 М NaOH

№	V(NaOH),мл				[OH-], моль/л	pH
1.	0,00	0,10	-	-	-	2,88
2.	2,50	0,06	0,020	3,000	-	4,28
3.	5,00	0,03	0,030	1,000	-	4,76
4.	9,00	5 · 10-3	0,047	0,100	-	5,76
5.	9,90	5 · 10-4	0,050	0,010	-	6,76
6.	9,99	5 · 10-5	0,050	0,001	-	7,76
7.	10,00	-	0,050	-	-	8,76
8.	10,01	-	0,050	-	5 ·10- 5	9,7
9.	10,10	-	0,050	-	5 ·10- 4	10,7
10.	11,00	-	0,047	-	5 ·10- 3	11,7
11.	15,00	-	0,040	-	0,02	12,3

В общем случае рН в начале скачка на кривой титрования слабой одноосновной кислоты можно вычислить по формуле

pH = pK + 3 (17)

Эта формула получается с учетом того факта, что логарифм отношения количества неоттитрованной кислоты (0,1 %) к количеству полученной соли (99,9 %) в данном случае

В точке эквивалентности (по закону эквивалентов должно быть добавлено 10,0 мл 0,1 М NaOH) рН рассчитывается для гидролизующейся соли CH₃COONa по формуле

(18)

За точкой эквивалентности расчет рН ведется аналогичным образом, как и в случае титрования сильной кислоты щелочью. Внешний вид кривой титрования приведен на рис.2.

Анализ кривой титрования

Характерной особенностью кривых титрования слабых одноосновных кислот является несовпадение точки эквивалентности с точкой нейтральности и расположение точки эквивалентности в щелочной области. Величина скачка на кривой титрования значительно меньше, чем в случае титрования сильной кислоты щелочью. Так, в данном случае рН = рН _{конца скачка} - рН _{начала скачка} = 9,7 - 7,76 = 1,94 вместо 5,4 единиц при титровании 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH. В данном случае в качестве индикатора можно использовать только фенолфталеин, интервал перехода окраски которого лежит в щелочной среде и попадает в область скачка на кривой титрования. Метиловый оранжевый применять нельзя, так как он изменит свою окраску раньше достижения точки эквивалентности.

Величина скачка уменьшается с уменьшением концентрации кислоты, с возрастанием температуры, с уменьшением константы диссоциации слабой кислоты. При K_кисл < 10^{- 6} скачок исчезает вообще.

Рис.2. Кривая титрования 10 мл 0,1 М CH₃COOH раствором 0,1 М NaOH