** §8.5

** §8.5 Индикаторы в реакциях нейтрализации. Титрование.

Цвета различных индикаторов в растворах кислот и щелочей приведены в таблице 8-6. С их помощью определяют кислотность или щелочность раствора. Для проявления окраски достаточно добавить в исследуемый раствор всего лишь 1-2 капли 0,1% раствора индикатора.

Таблица 8-6. Окраска индикаторов в растворах щелочей и кислот.

Цвет индикатора в растворах:
Название индикатора:	в кислых	в нейтральных	в щелочных
Лакмус Фенолфталеин Метилоранж	красный бесцветный красный	фиолетовый бледно-розовый оранжевый	синий малиновый желтый

Индикаторы можно условно считать слабыми кислотами, соли которых в растворе имеют иную окраску. Эта окраска не зависит от атома металла, входящего в состав соли. Например, запишем формулу лакмуса в виде "кислоты" НЛ (здесь Н – атом водорода, а Л – часть молекулы лакмуса, имеющей сложное строение). В растворах изменение окраски лакмуса происходит в результате реакции нейтрализации:

HЛ	+	NaOH	=	NaЛ	+	H₂O
эти молекулы окрашивают раствор в красный цвет				эти молекулы окрашивают раствор в синий цвет

А вот как изменяет окраску растворов индикатор фенолфталеин НФ:

HФ	+	NaOH	=	NaФ	+	H₂O
эти молекулы бесцветны				эти молекулы окрашивают раствор в малиновый цвет

Если после появления малиновой окраски в щелочной раствор фенолфталеина добавить избыток какой-нибудь кислоты, то произойдет обратная реакция и раствор вновь станет бесцветным:

NaФ	+	HCl	=	HФ	+	NaCl
малиновый				бесцветный

В опыте из "Единой коллекции образовательных ресурсов" показывается, как такой индикаторный переход (изменение цвета раствора) происходит при нейтрализации раствора NaOH уксусной кислотой CH₃COOH.

Изменение окраски происходит резко – как только в растворе не останется NaOH. На этом явлении основано определение неизвестной концентрации раствора какого-нибудь основания или кислоты с помощью добавления раствора кислоты или основания известной концентрации. Такой способ называется титрованием.

Титрование проводится с помощью бюретки – стеклянной трубки с краником, на которую нанесены деления с точностью до 0,1 мл. В бюретку наливают раствор кислоты или щелочи точно известной концентрации (рис.8-1).

Допустим, надо определить концентрацию раствора NaOH. Точно отмеренный объем этого раствора наливают в колбу для титрования, добавляют индикатор (рис. 8-1а) и по каплям приливают из бюретки раствор кислоты, концентрация которого известна. С помощью бюретки точно измеряется объем кислоты, необходимый для полной нейтрализации раствора - в этот момент окраска раствора исчезает (рис. 8-1б). Поскольку точно известна концентрация кислоты, взятой для титрования, не составляет труда рассчитать и концентрацию щелочи.

Рис. 8-1. Титрование. Перед титрованием в колбу добавляется индикатор – фенолфталеин.

Рассмотрим конкретный пример. Пусть имеется раствор NaOH неизвестной концентрации. С помощью мерной пипетки 10,0 мл этого раствора поместим в колбу для титрования. После этого в колбу добавим немного дистиллированной воды - количество молей NaOH, попавших в колбу, от этого не изменится. Далее добавим 1-2 капли раствора фенолфталеина - раствор щелочи окрасился в малиновый цвет.

Допустим, малиновый раствор титровали из бюретки с помощью 0,1 М раствора соляной кислоты HCl. Окраска раствора исчезла, когда из бюретки вылилось 16,4 мл кислоты. Какова молярная концентрация раствора NaOH?

Напишем уравнение реакции нейтрализации:

NaOH

HCl

NaCl

H₂O

М моль/л

10,0 мл

0,1 моль/л

16,4 мл

Поскольку реакция идет "моль к молю", мы можем число молей, необходимых для завершения реакции, записать следующим образом (здесь М – молярная концентрация растворов):

(M_NaOH) умножить на (мл_NaOH) = (M_HCl) умножить на (мл_HCl)

или

M_NaOH× 10,0 мл = 0,1 моль/л × 16,4 мл.

Отсюда: M_NaOH= 0,1× 16,4/10,0 = 0,164 моль/л.

Итак, концентрация исследуемого раствора NaOH составляет 0,164 моль/л.

Разумеется, точно так же можно титровать и раствор кислоты неизвестной концентрации специально приготовленным раствором щелочи, концентрация которого нам известна.

Раствор для титрования, концентрация которого известна заранее, иногда называют стандартным раствором. Его объем обозначают v_ст. Взятый для титрования объем раствора неизвестной концентрации можно обозначить v_x. В общем случае для титрования одноосновных кислот и оснований справедлива формула:

M_ст× v_ст= M_x× v_x

где M_ст и M_x – молярные концентрации стандартного и исследуемого растворов.

Титрование – распространенная процедура в химической лаборатории.

Задачи.

8.14. Какой объем раствора NaOH концентрации 0,1 моль/л потребуется для нейтрализации 20,0 мл раствора HСl концентрации 0,5 моль/л ?

8.15. Для титрования приготовили раствор, в литре которого растворено 40 г NaOH. На титрование 10,0 мл раствора HBr неизвестной концентрации потребовалось 1,6 мл приготовленного раствора щелочи. Какова молярная концентрация раствора HBr?

8.16. Для определения концентрации раствора HCl взяли 2,0 мл этого раствора и титровали его стандартным 0,5М раствором KOH. На титрование израсходовалось 11,2 мл стандартного раствора. Какова концентрация раствора HCl ?

8.17. Предельно допустимая концентрация (ПДК) газообразного HСl в воздухе для человека составляет 5 мг/м³. В цехе завода по производству хлороводорода пропустили 100 м³ воздуха через 10 л воды. Из полученного раствора отобрали 10 мл и титровали стандартным 0,01 М раствором KOH. На титрование израсходовалось точно 1,15 мл стандартного раствора KOH. Сколько мг газообразного HCl приходится на 1 м³ воздуха в цехе?

К следующему параграфу

_________________