16.7 : Расчеты титрования: слабая кислота - слабое основание

Значение pH на разных стадиях титрования слабой кислотой или основанием рассчитывается с использованием разных методов во время различных точек титрования. Если слабая кислота или основание является основным фактором, определяющим pH, используются Ka или Kb и таблица концентраций или уравнение Хендерсона-Хассельбаха. Если после реакции нейтрализации присутствует сильная кислота или основание, для расчета pH используется концентрация оставшихся ионов гидроксония или гидроксида.

Начальный pH 50 миллилитров 0, 10 М раствора уксусной кислоты составляет 2, 87 и рассчитывается с использованием Ka и таблицы концентраций, поскольку уксусная кислота является основным фактором. Если этот раствор, содержащий 0, 0050 моль ацетата, титровать 0, 10 М раствором гидроксида натрия, гидроксид-ионы реагируют с уксусной кислотой с образованием ацетата, в результате чего образуется буфер. Следовательно, при добавлении 10 миллилитров гидроксида натрия, содержащего 0, 0010 моль гидроксид-ионов, образуется 0, 0010 моль ацетата и остается 0, 0040 моль уксусной кислоты.

pH буфера можно рассчитать, подставив эти значения в уравнение Хендерсона-Хассельбаха, и он равен 4, 14. При добавлении 25 миллилитров гидроксида натрия, половина исходных молей уксусной кислоты превращается в ацетат. В этот момент pH равен pKa, так как количество уксусной кислоты и ацетат-иона равны.

Дальнейшее добавление гидроксида натрия до 50 миллилитров превращает все молекулы уксусной кислоты в ацетат, и достигается точка эквивалентности. Поскольку ионы ацетата являются основными, точка эквивалентности находится в основной области. Концентрация ацетат-иона рассчитывается путем деления количества молей на общий объем раствора.

pH определяется с помощью Kb для ацетат-ионов и таблицы концентраций, поскольку ацетат-ион является основным фактором, влияющим на pH в точке эквивалентности. Kb для ацетата рассчитывается по формуле Kw равно Ka, умноженному на Kb, и составляет 5, 6 10⁻¹⁰. Подстановка равновесных концентраций в выражение для Kb дает концентрацию гидроксида 5, 3 10⁻⁶ моль на литр.

pOH и pH раствора равны 5, 28 и 8, 72 соответственно. Дальнейшее добавление гидроксида натрия в раствор приводит к образованию смеси ацетат-ионов и гидроксида натрия. Однако конечная концентрация гидроксида натрия определяет pH раствора, так как это более сильное основание, чем ацетат.

Следовательно, если в раствор добавить 70 миллилитров гидроксида натрия, конечную концентрацию гидроксид-ионов можно рассчитать, вычитая общее количество молей уксусной кислоты, 0, 0050 моль, из общего количества добавленных молей гидроксид-ионов, 0, 0070 моль, и разделив это общий объем раствора, 120 миллилитров или 0, 12 литра. Поскольку концентрация гидроксид-иона составляет 0, 017 моль, pOH и pH раствора рассчитаны равными 1, 78 и 12, 22 соответственно.