16.6: Obliczenia miareczkowania: Mocny kwas - mocna zasada

Obliczanie pH roztworów miareczkowych: mocny kwas/mocna zasada

Miareczkowanie przeprowadza się dla 25,00 ml 0,100 M HCl (mocnego kwasu) za pomocą 0,100 M mocnej zasady NaOH. Wartość pH przy różnych objętościach dodanego roztworu zasady można obliczyć w następujący sposób:

(a) Objętość titranta = 0 ml. pH roztworu wynika z jonizacji kwasowej HCl. Ponieważ jest to mocny kwas, jonizacja jest zakończona, a molarność jonu hydroniowego wynosi 0,100 M. pH roztworu wynosi wtedy:

(b) Objętość titranta = 12,50 ml. Ponieważ zarówno próbka kwasu, jak i titrant zasadowy są monoprotyczne i mają jednakowe stężenie, dodanie titranta wymaga mniej niż stechiometrycznej ilości zasady, a zatem jest ona całkowicie zużywana w reakcji z nadmiarem kwasu w próbce. Stężenie pozostałego kwasu oblicza się odejmując zużytą ilość od ilości początkowej, a następnie dzieląc przez objętość roztworu:

(c) Objętość titranta = 25,00 ml. To dodanie titranta obejmuje stechiometryczną ilość zasady (punkt równoważności), dlatego w roztworze znajdują się tylko produkty reakcji zobojętniania (woda i NaCl). Ani kation, ani anion tej soli nie ulegają jonizacji kwasowo-zasadowej; jedynym procesem generującym jony hydroniowe jest autoprotoliza wody. Roztwór jest obojętny i ma pH = 7,00.

(d) Objętość titranta = 37,50 ml. Wiąże się to z dodaniem titranta w ilości przekraczającej punkt równoważnikowy. Następnie oblicza się pH roztworu na podstawie stężenia jonu wodorotlenkowego:

Gdy mocny kwas jest miareczkowany mocną zasadą lub odwrotnie, pH podczas miareczkowania można obliczyć, określając stężenie pozostałych jonów hydroniowych lub wodorotlenkowych.

Na przykład 50 ml 0,10 M kwasu solnego dysocjuje na 0,10 M jony hydroniowe i chlorkowe o początkowym pH jeden.

Jeśli doda się 25 ml 0,10 M wodorotlenku sodu, nowe stężenie jonów hydroniowych można obliczyć, odejmując całkowite mole jonów wodorotlenkowych od całkowitych moli jonów hydroniowych i dzieląc je przez całkowitą objętość - 75 ml lub 0,075 l.

50 ml 0,10 M kwasu solnego zawiera 0,0050 moli hydronimu, podczas gdy 25 ml 0,10 M wodorotlenku sodu ma 0,0025 moli jonów wodorotlenkowych. Podstawiając te wartości do równania, stężenie jonów hydroniowych wynosi 0,033 M. Dlatego pH roztworu wzrosło do 1,48.

Jeśli dodawanie wodorotlenku sodu jest kontynuowane do 50 ml, wszystkie jony hydroniowe z kwasu solnego zostają zneutralizowane, a punkt równoważnikowy zostaje osiągnięty, gdy pH wzrośnie do siedmiu.

Powyżej punktu równoważnikowego pH roztworu jest określane przez jony wodorotlenkowe, ponieważ kwas solny został całkowicie zobojętniony.

Jeśli do roztworu doda się 70 ml roztworu wodorotlenku sodu zawierającego 0,0070 moli jonów wodorotlenkowych, końcowe stężenie jonów wodorotlenkowych można oznaczyć, odejmując początkowe mole jonów hydroniowych od całkowitych moli jonów wodorotlenkowych i dzieląc je przez całkowitą objętość roztworu.

Ponieważ końcowe stężenie jonów wodorotlenkowych wynosi 0,017 M, pOH i pH roztworu wynoszą odpowiednio 1,78 i 12,22.