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 0,10…
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.
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.