Titratiecurven uitgelegd: equivalentiepunten, half-equivalentie en de keuze van een indicator
Kort antwoord: Een titratiecurve zet de pH uit tegen het toegevoegde volume titrant. Voor een zwak zuur met NaOH begint ze bij de pH van het zuur, stijgt ze langzaam door een buffergebied waarin pH = pKa bij half-equivalentie, en springt ze daarna steil bij het equivalentiepunt. De pH bij equivalentie is alleen 7,00 voor een sterk zuur met een sterke base. Kies een indicator waarvan de kleuromslag op het steile deel ligt. De gratis titratiecurve-simulator tekent de curve, markeert elk punt en beoordeelt de indicatoren.
Wat een titratiecurve laat zien
Bij een zuur-basetitratie wordt een oplossing met bekende concentratie (de titrant) uit een buret toegevoegd aan een afgemeten volume analyt. Het equivalentiepunt is waar het aantal mol titrant precies gelijk is aan het aantal mol analyt. Het eindpunt is waar de indicator van kleur verandert.
De curve heeft vier delen: de begin-pH, het buffergebied (bij een zwak zuur of een zwakke base), de steile sprong rond het equivalentiepunt en het vlakke gebied met overmaat titrant.
De formules voor elk gebied
Voor een zwak zuur HA getitreerd met NaOH:
- Begin: [H⁺] = √(Ka × C).
- Buffergebied: pH = pKa + log(mol A⁻ / mol HA).
- Half-equivalentie: mol A⁻ = mol HA, dus pH = pKa.
- Equivalentie: alleen A⁻ is over. [OH⁻] = √(Kb × C), waarbij Kb = Kw / Ka en C de zoutconcentratie in het totale volume is.
- Na equivalentie: [OH⁻] = mol overmaat NaOH / totaal volume.
De simulator wisselt niet tussen deze formules. Hij lost bij elk volume de volledige ladingsbalans op, [H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻]. Dat geeft correcte waarden voor meerwaardige zuren en heel verdunde oplossingen, waar de vuistregels tekortschieten.
Zo gebruik je de titratiecurve-simulator
- Open de titratiecurve-simulator.
- Kies de Analyt in de kolf. Zuren worden getitreerd met NaOH en basen met HCl. Kies Custom weak acid of Custom weak base om zelf een pKa of pKb in te typen.
- Voer de Concentratie analyt (mol/L), het Volume analyt (mL) en de concentratie van de titrant in de buret in.
- Lees het resultatenpaneel: begin-pH, elk equivalentiepunt en elk half-equivalentiepunt.
- Kies een indicator onder Kleurband van de indicator tonen om het omslaggebied in de grafiek te zien. De indicatortabel toont de eindpuntfout van methyloranje, methylrood, lakmoes, broomthymolblauw en fenolftaleïne.
- Typ volumes bij pH bij gekozen volumes om een tabel met pH-waarden te krijgen.
- Sla de grafiek op met PNG exporteren of de data met CSV exporteren.
Uitgewerkte voorbeelden
1. 25,00 mL 0,100 M HCl met 0,100 M NaOH
Begin: pH = −log 0,100 = 1,00. Na 10,00 mL: 2,50 − 1,00 = 1,50 mmol H⁺ in 35,00 mL, dus [H⁺] = 0,0429 M en pH = 1,37.
Bij 25,00 mL is de pH 7,00. Bij 30,00 mL is er 0,500 mmol overmaat OH⁻ in 55,00 mL, dus pOH = 2,04 en pH = 11,96. De pH springt van 3,7 naar 10,3 tussen 24,90 en 25,10 mL.
2. 25,00 mL 0,100 M azijnzuur met 0,100 M NaOH
Begin: [H⁺] = √(1,74 × 10⁻⁵ × 0,100) = 1,32 × 10⁻³ M, pH = 2,88. Bij 12,50 mL is pH = pKa = 4,76. Bij 20,00 mL is pH = 4,76 + log(2,00/0,50) = 5,36.
Bij 25,00 mL bevat de kolf 0,0500 M acetaat. Kb = 5,75 × 10⁻¹⁰, [OH⁻] = 5,36 × 10⁻⁶ M, pH = 8,73. Fenolftaleïne is de juiste indicator.
3. 25,00 mL 0,100 M NH₃ met 0,100 M HCl
Begin: pH = 11,12. Bij half-equivalentie is pH = pKa van NH₄⁺ = 9,25. Bij equivalentie bevat de kolf 0,0500 M NH₄⁺, dus pH = 5,28. Gebruik methylrood.
4. 25,00 mL 0,100 M H₃PO₄ met 0,100 M NaOH
De pKa-waarden zijn 2,15, 7,20 en 12,38. Het eerste equivalentiepunt ligt bij 25,00 mL, pH 4,70. Het tweede bij 50,00 mL, pH 9,67. Bij 37,50 mL is pH = pKa₂ = 7,20.
Het derde equivalentiepunt bij 75,00 mL toont geen sprong, omdat HPO₄²⁻ een te zwak zuur is om in water te titreren.
5. 25,00 mL 0,0500 M Na₂CO₃ met 0,100 M HCl
Carbonaat neemt twee protonen op. Het eerste equivalentiepunt (CO₃²⁻ → HCO₃⁻) ligt bij 12,50 mL, pH 8,34. Het tweede (HCO₃⁻ → H₂CO₃) bij 25,00 mL, pH 3,98. Methyloranje markeert het tweede, scherpere eindpunt.
Overzichtstabel
| Titratie | Begin-pH | pH bij half-equivalentie | pH bij equivalentie | Indicator |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 M HCl + NaOH | 1.00 | geen | 7.00 | Fenolftaleïne, methylrood, broomthymolblauw, methyloranje |
| 0.1 M CH₃COOH + NaOH | 2.88 | 4.76 | 8.73 | Fenolftaleïne |
| 0.1 M NH₃ + HCl | 11.12 | 9.25 | 5.28 | Methylrood, methyloranje |
| 0.1 M H₃PO₄ + NaOH | 1.63 | 2,29 en 7,20 | 4,70 en 9,67 | Geen ideale; gebruik een pH-meter of een indicator die dichterbij ligt |
| 0.05 M Na₂CO₃ + HCl | 11.50 | 10,32 en 6,35 | 8,34 en 3,98 | Methyloranje voor het tweede |
Omslaggebieden van indicatoren: methyloranje 3,1 tot 4,4 (rood naar geel), methylrood 4,4 tot 6,2 (rood naar geel), lakmoes 4,5 tot 8,3 (rood naar blauw), broomthymolblauw 6,0 tot 7,6 (geel naar blauw), fenolftaleïne 8,2 tot 10,0 (kleurloos naar roze).
Veelgemaakte fouten
- Aannemen dat elk equivalentiepunt bij pH 7 ligt.
- Vergeten het titrantvolume bij het analytvolume op te tellen voordat je concentraties berekent.
- Henderson-Hasselbalch gebruiken bij 0 mL of bij het equivalentiepunt, waar maar één vorm aanwezig is.
- Een indicator kiezen omdat het omslaggebied 7 bevat, en niet omdat het op het steile deel valt.
- Een zichtbare sprong verwachten voor elk proton van een meerwaardig zuur.
- Het eindpunt en het equivalentiepunt als hetzelfde beschouwen.
Examentips
- AP Chemistry: vaak wordt gevraagd de curve te schetsen en het half-equivalentiepunt te benoemen. Zeg "pH = pKa omdat [HA] = [A⁻]".
- A-level: leer de vier curvevormen en de twee indicatoren. Fenolftaleïne voor een zwak zuur met een sterke base; methyloranje voor een sterk zuur met een zwakke base.
- JEE en NEET: bij het equivalentiepunt van een zwak zuur met een sterke base is pH = 7 + ½(pKa + log C). Voor 0,05 M acetaat: 7 + ½(4,76 − 1,30) = 8,73.
- Het titrantvolume bij equivalentie hangt alleen af van het aantal mol, niet van de zuursterkte. De pH op dat punt hangt wel af van de sterkte.
Vragen en antwoorden
Wat is de pH bij het equivalentiepunt van een titratie van een zwak zuur met een sterke base?
Die ligt boven 7, omdat de geconjugeerde base hydrolyseert. Voor 25,00 mL 0,100 M azijnzuur getitreerd met 0,100 M NaOH ligt het equivalentiepunt bij 25,00 mL en pH 8,73.
Waarom is de pH gelijk aan de pKa bij het half-equivalentiepunt?
De helft van het zwakke zuur is omgezet in de geconjugeerde base, dus [HA] = [A−]. In pH = pKa + log([A−]/[HA]) is de logterm log 1 = 0, dus pH = pKa.
Hoe kies ik een indicator voor een titratie?
Bepaal de pH bij het equivalentiepunt en kies een indicator waarvan de kleuromslag op het steile deel van de curve daaromheen ligt. Fenolftaleïne past bij zwakke zuren met sterke basen, methylrood en methyloranje bij zwakke basen met sterke zuren, en de meeste indicatoren werken voor een sterk zuur met een sterke base.
Waarom toont fosforzuur maar twee equivalentiepunten?
De derde pKa is 12,38. HPO4 2− is zo'n zwak zuur dat de derde stap opgaat in de pH van de overmaat NaOH, dus er is geen duidelijke sprong bij het derde equivalentiepunt.
Wat is het buffergebied van een titratiecurve?
Het is het vlakke deel waar zowel het zwakke zuur als de geconjugeerde base in bruikbare hoeveelheden aanwezig zijn, ruwweg van 10% tot 90% van de weg naar het equivalentiepunt. De pH blijft daar binnen ongeveer één eenheid van de pKa.
Waarom wordt lakmoes niet als titratie-indicator gebruikt?
De kleur verandert geleidelijk over een breed gebied, van pH 4,5 tot 8,3, dus een scherp eindpunt is moeilijk te zien.
Wat is het verschil tussen het eindpunt en het equivalentiepunt?
Het equivalentiepunt is waar het aantal mol titrant gelijk is aan het aantal mol analyt. Het eindpunt is waar de indicator van kleur verandert. Een goede indicator laat ze overeenkomen tot op een fractie van een procent van het titrantvolume.