Титрование: как найти концентрацию раствора с помощью бюретки?

Что такое титрование?

Титрование — это метод, в котором раствор известной концентрации по каплям добавляют к другому раствору, момент окончания реакции определяют с помощью индикатора и находят неизвестную концентрацию. Момент, когда индикатор меняет цвет, называют конечной точкой титрования.

Как рассчитать концентрацию?

В конечной точке число молей ионов H⁺ и OH⁻ одинаково. Для кислот и щелочей, которые дают один H⁺ или один OH⁻, как HCl и NaOH, используют формулу c₁V₁ = c₂V₂. Здесь c — концентрация, V — объём.

Пример: на нейтрализацию 25.0 мл соляной кислоты израсходовано 20.0 мл раствора NaOH с концентрацией 0.100 моль/л. Найди концентрацию кислоты.

1. Число молей NaOH: 0.100 × 0.0200 = 0.00200 моль.
2. HCl + NaOH → NaCl + H₂O, поэтому число молей HCl тоже равно 0.00200.
3. Концентрация: 0.00200 ÷ 0.0250 = 0.0800 моль/л.

Серная кислота даёт два H⁺, поэтому на один моль кислоты расходуется два моля щёлочи.

Как пользоваться симулятором?

1. В нижнем ряду открой категорию, например Кислоты или Основания, и выбери вещество. Вещество попадёт в бюретку.
2. На панели Кран выбери По каплям или Струёй. Чтобы остановить, нажми Закрытая. Можно также нажать на кран на рисунке.
3. Поле Одна капля меняет размер капли от 0.5 до 5 мл. Поле Температура меняет температуру в стакане.
4. В категории Индикаторы выбери индикатор. Он сразу попадает в стакан и цветом раствора показывает среду.
5. На вкладке СОДЕРЖИМОЕ смотри число молей каждого вещества и сколько его растворилось. В нижней строке написаны объём и среда.
6. На вкладке РЕАКЦИЯ смотри уравнение реакции с коэффициентами.
7. Кнопка 🧽 Промыть опустошает стакан. Когда в стакане становится 350 мл, кран закрывается сам.

В симуляторе концентрацию раствора не выбирают: 1 мл вещества считается равным 1 г и пересчитывается в моли. Поэтому вместо концентраций сравнивай число молей кислоты и щёлочи.

Задания для симулятора

• Конечная точка. Налей HCl в стакан в режиме Струёй и закрой кран. В категории Индикаторы выбери фенолфталеин. Загрузи в бюретку NaOH и наливай струёй, пока число молей не приблизится к числу молей кислоты, а затем переключись на По каплям. Ответ: когда число молей NaOH превысит число молей HCl больше чем на 0.05, среда станет щелочной, а раствор малиновым.
• Двухосновная кислота. Добавляй NaOH к H₂SO₄. Ответ: когда среда становится нейтральной, молей NaOH в 2 раза больше, чем молей кислоты, а уравнение такое: H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O.
• Другой индикатор. Замени фенолфталеин на метилоранж. Ответ: в кислой среде он красный, в нейтральной оранжевый, в щелочной жёлтый. Симулятор следует школьной таблице. На самом деле метилоранж желтеет выше pH 4.4, поэтому в строго нейтральном растворе он жёлтый. Симулятор показывает цвета по таблице из учебника. В действительности метилоранж становится жёлтым при pH выше 4.4, поэтому в чисто нейтральном растворе он выглядит жёлтым.

Как проводят титрование в школьной лаборатории?

1. Пипеткой перенеси анализируемый раствор в коническую колбу и добавь несколько капель индикатора.
2. Заполни бюретку раствором известной концентрации и запиши начальное значение.
3. Вращай колбу для перемешивания и добавляй раствор из бюретки. Когда цвет начнёт меняться, добавляй по одной капле.
4. В конечной точке остановись и вычти из конечного значения начальное: так ты найдёшь израсходованный объём.

Источники

• Royal Society of Chemistry: Titrating sodium hydroxide with hydrochloric acid
• Chemistry LibreTexts: Acid–Base Titration