Back to chapter

16.7:

חישובי טיטרציה: חומצה חלשה- בסיס חלש

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

Languages

Share

ה-pH בשלבים שונים של טטרציית חומצה או בסיס חלשים מחושב באמצעות שיטות שונות בנקודות שונות של הטטרציה. אם חומצה או בסיס חלשים הם הקובע הראשי של ה-pH, משתמשים ב-Ka או Kb ובטבלת ICE או במשוואת הנדרסון-האסלבאך. אם נמצאים חומצה או בסיס חזקים לאחר תגובת הניטרול, משתמשים בריכוז יוני ההידרוניום או ההידרוקסיד הנותרים, לחישוב ה-pH.ה-pH ההתחלתי של 50 מיליטרים תמיסת חומצה אצטית 0.10 מולר הוא 2.87 ומחושב באמצעות ה-Ka וטבלת ICE, כי חומצה אצטית היא המשפיעה העיקרית. אם תמיסה זו, המכילה 0.0050 מול אצטט, מטוטרת עם נתרן הידרוקסיד 0.10 מולר, יוני ההידרוקסיד מגיבים עם החומצה האצטית, מייצרים אצטט ונוצר בופר. על כן, כשמוסיפים 10 מיליטרים נתרן הידרוקסיד, המכיל 0.0010 מול של יוני הידרוקסיד, נוצרים 0.0010 מול של אצטט, ונותרים 0.0040 מול של חומצה אצטית.ה-pH של הבופר ניתן לחישוב באמצעות הצבת ערכים אלה במשוואת הנדרסון-האסלבאך ושווה ל-4.14. כשמוסיפים 25 מיליטרים של נתרן הידרוקסיד, מחצית ממולי ההתחלה של חומצה אצטית מומרים לאצטט. בנקודה זו, ה-pH שווה ל-pKa, כי כמויות החומצה האצטית ויוני האצטט שוות.המשך הוספת נתרן הידרוקסיד, עד 50 מיליטרים, ממירה את כל מולקולות החומצה האצטית לאצטט, ומגיעים לנקודה האקווילנטית. היות שיוני אצטט הם בסיסיים, נקודת שיווי המשקל נמצאת בטווח הבסיסי. ריכוז יוני האצטט מחושב על-ידי חלוקת מספר המולים בסך הנפח של התמיסה.את ה-pH מוצאים באמצעות ה-Kb של יוני אצטט וטבלת ICE, כי יוני אצטט הם המשפיע העיקרי על ה-pH בנקודה האקווילנטית. את ה-Kb של אצטט מחשבים באמצעות הנוסחה הקובעת כי Kw שווה ל-Ka כפול Kb ושווה ל-5.6 כפול 10 בחזקת מינוס 10. הצבת ריכוזי שיווי המשקל בביטוי עבור Kb תיתן לנו את ריכוז ההידרוקסיד, שהוא 5.3 כפול 10 בחזקת מינוס 6 מולר.ה-pOH וה-pH של התמיסה הם 5.28 ו-8.72, בהתאמה. המשך הוספת נתרן הידרוקסידי לתמיסה מוביל לתערובת של יוני אצטט ונתרן הידרוקסידי. עם זאת, הריכוז הסופי של נתרן הידרוקסידי הוא הקובע את ה-pH של התמיסה, היות שהוא בסיס חזק יותר מאשר האצטט.לכן, אם נוסיף 70 מיליטרים של נתרן הידרוקסיד לתמיסה, ניתן יהיה לחשב את הריכוז הסופי של יוני הידרוקסיד דרך חיסור סך מולי החומצה האצטית, שהם 0.0050 מול, מסך מולי יוני ההידרוקסיד שנוספו, שהם 0.0070 מול, וחלוקה בסך הנפח של התמיסה, 120 מיליטרים, או 0.12 ליטר. כיוון שריכוז יוני ההידרוקסיד הוא 0.017 מולר, ה-pOH וה-pH של התמיסה מחושבים כ-1.78 ו-12.22, בהתאמה.

16.7:

חישובי טיטרציה: חומצה חלשה- בסיס חלש

Calculating pH for Titration Solutions: Weak Acid/Strong Base

For the titration of 25.00 mL of 0.100 M CH3CO2H with 0.100 M NaOH, the reaction can be represented as:

Eq1

The pH of the titration solution after the addition of the different volumes of NaOH titrant can be calculated as follows:

(a) The initial pH is computed for the acetic acid solution in the usual ICE approach:

Eq2

(b) The acid and titrant are both monoprotic and the sample and titrant solutions are equally concentrated; thus, this volume of titrant represents the equivalence point. Unlike the strong-acid example, the reaction mixture in this case contains a weak conjugate base (acetate ion). The solution pH is computed considering the base ionization of acetate, which is present at a concentration of

Eq3

Base ionization of acetate is represented by the equation

Eq4

Assuming x << 0.0500, the pH may be calculated via the usual ICE approach:

Eq5

Note that the pH at the equivalence point of this titration is significantly greater than 7, as expected when titrating a weak acid with a strong base.

(c) Titrant volume = 12.50 mL. This volume represents one-half of the stoichiometric amount of titrant, and so one-half of the acetic acid has been neutralized to yield an equivalent amount of acetate ion. The concentrations of these conjugate acid-base partners, therefore, are equal. A convenient approach to computing the pH is use of the Henderson-Hasselbalch equation:

Eq6

(pH = pKa at the half-equivalence point in a titration of a weak acid)

(d) Titrant volume = 37.50 mL. This volume represents a stoichiometric excess of titrant, and a reaction solution containing both the titration product, acetate ion, and the excess strong titrant. In such solutions, the solution pH is determined primarily by the amount of excess strong base:

Eq7

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-base Titrations.