16.6
Titratieberekeningen: Sterk zuur - Sterke base
Berekening van de pH voor titratieoplossingen: sterk zuur/sterke base
Er wordt een titratie uitgevoerd voor 25,00 ml 0,100 M HCl (sterk zuur) met 0,10…
Wanneer een sterk zuur wordt getitreerd met een sterke base of vice versa, kan de pH gedurende de titratie worden berekend door de concentratie van de resterende hydronium-of hydroxide-ionen te bepalen. Bijvoorbeeld, 50 milliliter 0, 10 molair zoutzuur valt uiteen in 0, 10 molair hydronium-ionen en chloride-ionen met een aanvankelijke pH van één. Als 25 milliliter 0, 10 molair natriumhydroxide wordt toegevoegd, kan de nieuwe concentratie hydronium-ionen worden berekend door het totale aantal molen hydroxide-ionen af te trekken van het totale aantal molen hydronium-ionen en dit te delen door het totale volume 75 milliliter of 0, 075 liter.
50 milliliter 0, 10 molair zoutzuur bevat 0, 0050 mol hydronium, terwijl 25 milliliter 0, 10 molair natriumhydroxide 0, 0025 mol hydroxide-ionen bevat. Door deze waarden in de vergelijking te vervangen, is de hydronium-ionenconcentratie gelijk aan 0, 033 molair. Daarom is de pH van de oplossing gestegen tot 1, 48.
Als de toevoeging van natriumhydroxide wordt voortgezet tot 50 milliliter, worden alle hydronium-ionen uit zoutzuur geneutraliseerd en wordt het equivalentiepunt bereikt wanneer de pH stijgt tot zeven. Boven het equivalentiepunt wordt de pH van de oplossing bepaald door de hydroxide-ionen, aangezien het zoutzuur volledig geneutraliseerd is. Als 70 milliliter natriumhydroxide-oplossing met 0, 0070 mol hydroxide-ionen aan de oplossing wordt toegevoegd, kan de eindconcentratie van hydroxide-ionen worden bepaald door het aanvankelijke aantal mol hydronium-ionen af te trekken van het totale aantal mol hydroxide-ionen en dit te delen door het totale volume van de oplossing.
Aangezien de uiteindelijke hydroxide-ionenconcentratie 0, 017 molair is, zijn de pOH en pH van de oplossing respectievelijk 1, 78 en 12, 22.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do you calculate pH before any base is added to a strong acid?
For a strong acid like hydrochloric acid, complete ionization occurs, so the hydronium ion concentration equals the acid's molarity. For example, 0.10 M HCl produces 0.10 M hydronium ions, giving a pH of 1.0. Simply use pH = -log[H+] to find the initial pH of the solution.
Q2: What happens to pH when you add base before reaching the equivalence point?
Before the equivalence point, excess acid remains in solution. Calculate the moles of hydronium ions remaining by subtracting moles of added hydroxide from initial moles of hydronium, then divide by total volume. For instance, adding 25 mL of 0.10 M NaOH to 50 mL of 0.10 M HCl leaves 0.0025 moles of hydronium in 75 mL, yielding pH 1.48.
Q3: What is the pH at the equivalence point for a strong acid-strong base titration?
At the equivalence point, all hydronium ions from the acid are neutralized by hydroxide ions from the base, producing only water and salt. Neither the cation nor anion undergoes acid-base ionization, so only water autoprotolysis generates hydronium ions. The pH equals 7.0, making the solution neutral.
Q4: How do you determine pH after adding excess base past the equivalence point?
Beyond the equivalence point, all acid is consumed and pH is determined by excess hydroxide ions. Calculate the moles of hydroxide remaining by subtracting initial moles of hydronium from total moles of hydroxide, then divide by total volume. Use pOH = -log[OH-] and pH = 14 - pOH to find the final pH.
Q5: Why does pH change more dramatically near the equivalence point in strong acid-strong base titrations?
Near the equivalence point, small additions of base cause large changes in hydronium ion concentration because the buffer capacity is minimal. Before the equivalence point, excess acid resists pH change, but as the equivalence point approaches, nearly all acid is consumed, making the solution sensitive to small base additions.
Q6: What is the relationship between moles of acid and moles of base at the equivalence point?
At the equivalence point, the moles of hydronium ions from the acid equal the moles of hydroxide ions from the base. For monoprotic strong acid and strong base, this means the moles of acid and base are equal. Using the equation moles = molarity × volume, you can determine the volume of titrant needed to reach equivalence.
Q7: How does the volume of titrant added affect the total volume used in pH calculations?
The total volume in pH calculations includes both the initial acid solution and all added base titrant. For example, adding 25 mL of base to 50 mL of acid gives a total volume of 75 mL. This dilution effect is critical because it reduces the concentration of remaining hydronium or excess hydroxide ions, directly affecting the calculated pH.