16.6
Расчеты титрования: сильная кислота - сильное основание
Расчет pH для титрационной растворов: Сильная кислота/сильная основание
Титрование выполняется для 25.00 мл 0.100 M HCl (сильная кислота) с 0.100 M си…
Когда сильная кислота титруется сильным основанием или наоборот, pH во время титрования может быть рассчитан путем определения концентрации оставшихся ионов гидроксония или гидроксида. Например, 50 миллилитров 0.10 М раствора соляной кислоты диссоциируют на 0, 10 моль ионов гидроксония и хлорида с начальным pH, равным единице. Если добавить 25 миллилитров 0, 10 М раствора гидроксида натрия, новую концентрацию ионов гидроксония можно рассчитать путем вычитания общего количества молей гидроксид-ионов из общего количества молей ионов гидроксония и деления его на общий объем 75 миллилитров или 0, 075 литра.
50 миллилитров 0, 10 М раствора соляной кислоты содержат 0, 0050 моль гидроксония, а 25 миллилитров 0, 10 М раствора гидроксида натрия содержат 0, 0025 моль гидроксид-ионов. Подставляя эти значения в уравнение, концентрация иона гидроксония равна 0, 033 моль. Следовательно, pH раствора повысился до 1, 48.
Если продолжить добавление гидроксида натрия до 50 миллилитров, все ионы гидроксония из соляной кислоты нейтрализуются, и точка эквивалентности достигается, когда pH повышается до семи. Выше точки эквивалентности pH раствора определяется гидроксид-ионами, поскольку соляная кислота полностью нейтрализована. Если к раствору добавить 70 миллилитров раствора гидроксида натрия, содержащего 0, 0070 моль гидроксид-ионов, конечную концентрацию гидроксид-ионов можно определить путем вычитания начальных молей ионов гидроксония из общего количества молей гидроксид-ионов и деления его на общий объем раствора.
Поскольку конечная концентрация гидроксид-иона составляет 0, 017 моль, pOH и pH раствора равны 1, 78 и 12, 22, соответственно.
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.