edubun
Русский

Нейтрализация и титрование

Приливай 0.100 M раствор гидроксида натрия к 25.00 мл 0.100 M соляной кислоты: между 24.9 мл и 25.1 мл pH скачком вырастет с 3.70 до 10.30.

Загрузка

Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.

Титрование 25.00 мл 0.100 M кислоты раствором 0.100 M NaOH, рассчитанное по методике таблицы 14.2 OpenStax. Переключись на уксусную кислоту и другие индикаторы.

При взаимодействии кислоты с основанием ионы гидроксония из кислоты соединяются с гидроксид-ионами из основания, образуя воду: H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O. Остальные ионы образуют соль. Соляная кислота и гидроксид натрия дают хлорид натрия и воду: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Серная кислота может отдать два протона, поэтому ей нужны две формульные единицы гидроксида натрия: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O. Реакции такого типа называют нейтрализацией.

Антациды в желудке

В желудке находится раствор соляной кислоты с концентрацией примерно 0.03 M, который помогает переваривать пищу; сама по себе такая концентрация даёт pH около 1.5. Изжога возникает, когда часть кислоты попадает в пищевод, слизистая которого от неё не защищена. Антациды представляют собой основания, нейтрализующие избыток кислоты. Магнезиальное молоко является суспензией гидроксида магния: Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O. Каждая формульная единица Mg(OH)₂ нейтрализует две молекулы HCl. OpenStax отмечает, что магниевые антациды могут оказывать слабительное действие, а гидроксид алюминия склонен вызывать запор, поэтому некоторые препараты сочетают оба вещества. Это общая информация, а не медицинская рекомендация.

Титрование: определяем неизвестную кислоту

Нейтрализация позволяет химикам измерять концентрацию. При титровании раствор известной концентрации, титрант, понемногу добавляют из бюретки к отмеренному объёму неизвестного раствора, пока вещества не прореагируют в точном соотношении по уравнению. Этот момент называют точкой эквивалентности. Если 25.00 мл 0.100 M HCl содержат 0.100 × 0.02500 = 0.00250 моль кислоты, для нейтрализации нужно ровно 0.00250 моль NaOH, то есть 25.00 мл 0.100 M NaOH.

Следи за pH в лаборатории при добавлении основания. Сначала он растёт медленно: после 20.0 мл равен всего 1.95. Затем вблизи точки эквивалентности резко повышается. Между 24.9 мл и 25.1 мл, то есть при добавлении всего нескольких капель, pH подскакивает с 3.70 до 10.30. Для сильной кислоты и сильного основания точка эквивалентности находится при pH 7.00, поскольку хлорид натрия не реагирует с водой. Затем pH определяется избытком гидроксид-ионов и постепенно выходит на пологий участок, достигая 12.52 при 50.0 мл.

Слабые кислоты и выбор индикатора

Переключи лабораторию на уксусную кислоту. Кривая начинается выше, при pH 2.87, и поднимается плавнее. На полпути к точке эквивалентности, при 12.50 мл, половина кислоты превратилась в ацетат, а pH равен pKa, примерно 4.74. В точке эквивалентности в колбе находится ацетат натрия. Ацетат является слабым основанием, поэтому pH равен 8.72, а не 7. Это важно при выборе индикатора. Интервал перехода фенолфталеина от 8.3 до 10 охватывает крутой участок обеих кривых. Метилоранж изменил бы цвет при титровании уксусной кислоты слишком рано, в первые несколько миллилитров, и дал бы неверный результат.

В таблице повторены значения из таблицы 14.2 OpenStax, рассчитанные с обычными приближениями для слабой кислоты. Строки 12.5 мл в той таблице нет; она рассчитана тем же способом. Для уксусной кислоты это точка полунейтрализации, где pH = pKa. Лаборатория решает полное уравнение равновесия, поэтому для уксусной кислоты значения могут отличаться на 0.01, например 2.88 вместо 2.87 в начале.
Добавлено NaOH (мл)pH, 0.100 M HClpH, 0.100 M уксусная кислота
0.01.002.87
12.51.484.74
24.93.707.14
25.07.008.72
25.110.3010.30
50.012.5212.52
  1. HCl + NaOH → ? + H₂O. Какая соль образуется?
    • NaCl
    • NaH
    • ClOH
    • Na₂O
  2. Сколько молей HCl содержится в 25.00 мл 0.100 M HCl?
  3. Какой объём 0.200 M NaOH нейтрализует 25.00 мл 0.100 M HCl, в мл?
  4. Для 20.00 мл HCl требуется 16.00 мл 0.100 M NaOH. Какова концентрация HCl в M?
  5. Каков pH в точке эквивалентности при титровании HCl раствором NaOH?
  6. Почему точка эквивалентности уксусной кислоты с NaOH находится выше 7?
    • Ацетат-ионы являются слабым основанием
    • Уксусная кислота сильная
    • NaOH является слабым основанием
    • Вода кипит
  7. Какой индикатор подходит для титрования уксусной кислоты?
    • Фенолфталеин
    • Метилоранж
    • Ни один не подходит
    • Любой индикатор
  8. Сколько молей HCl нейтрализует 0.010 моль Mg(OH)₂?
  9. В точке полунейтрализации при титровании слабой кислоты pH равен…
    • pKa кислоты
    • 7
    • 14
    • pKw
  10. Желудочная кислота содержит примерно 0.03 M HCl. Каков её pH до одного знака после точки?
Главное
  • Нейтрализация: кислота + основание → соль + вода; сокращённое ионное уравнение: H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O.
  • Титрование позволяет найти неизвестную концентрацию по объёму титранта в точке эквивалентности.
  • Сильная кислота и сильное основание: эквивалентность при pH 7.00. Слабая кислота и сильное основание: выше 7 (8.72 для уксусной кислоты), поэтому выбирай фенолфталеин.
Источники курса (10)
  • OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
  • 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
  • 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
  • 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
  • 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
  • 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
  • LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
  • PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
  • NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
  • IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.

Проверено: 2026-10-17