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.

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:

А вот как изменяет окраску растворов индикатор фенолфталеин НФ:

Если после появления малиновой окраски в щелочной раствор фенолфталеина добавить избыток какой-нибудь кислоты, то ион натрия в NaФ заменится на атом водорода и раствор вновь станет бесцветным:

В §8.1 вы могли наблюдать индикаторный переход (изменение цвета раствора) при проведении реакции нейтрализации между щелочью NaOH и уксусной кислотой CH₃COOH. Посмотрите этот опыт еще раз. 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). Опыт, который вы только что посмотрели, можно было бы назвать титрованием, если бы в бюретку наливали раствор кислоты известной концентрации, а в колбу под бюреткой помещали точно отмеренный объем раствора щелочи, количество которой надо определить. Но эти условия не были выполнены, поэтому показанный опыт - это еще не титрование.

А как же правильно проводить титрование? Допустим, надо определить концентрацию неизвестного 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 вещества NaOH, попавего 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:

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

или

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.

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 ?