MolDraw › Химические инструменты › Симулятор кривой титрования
Симулятор кривой титрования
Кратко: этот симулятор строит график pH от объёма титранта для сильных кислот, слабых кислот, слабых оснований и многоосновных кислот, например H₃PO₄. Он отмечает начальный pH, каждую точку эквивалентности, точки полуэквивалентности, где pH = pKa, и буферные области, а затем предлагает индикатор. Он бесплатный и работает в браузере.
Выберите определяемое вещество в колбе, введите его концентрацию и объём, а также концентрацию титранта. Кривая обновляется по мере ввода. В панели результатов перечислены точки эквивалентности и полуэквивалентности, а таблица индикаторов оценивает каждый распространённый индикатор по ошибке конечной точки. Сохраните график кнопкой Экспорт PNG или данные кнопкой Экспорт CSV.
pH при выбранных объёмах
Как рассчитывается кривая титрования
Симулятор не переключается между отдельными формулами для каждой области. Он решает одно уравнение баланса зарядов при каждом объёме, поэтому кривая верна в начале, в буферной области, в каждой точке эквивалентности и после неё:
[H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻] Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴
Приведённые ниже упрощённые формулы из учебника дают почти те же числа и используются на экзамене.
| Область | Слабая кислота HA + NaOH | Пример: 25,00 mL 0,100 M CH₃COOH |
|---|---|---|
| Начало (0 mL) | [H⁺] = √(Ka × C) | pH 2.88 |
| Буферная область | pH = pKa + log(n A⁻ / n HA) | 20,00 mL: pH 5,36 |
| Полуэквивалентность | pH = pKa | 12,50 mL: pH 4,76 |
| Эквивалентность | [OH⁻] = √(Kb × C соли), Kb = Kw / Ka | 25,00 mL: pH 8,73 |
| После эквивалентности | [OH⁻] = избыток NaOH ÷ общий объём | 30,00 mL: pH 11,96 |
pH в точке эквивалентности по типу титрования
| Титрование | pH эквивалентности | Подходящий индикатор |
|---|---|---|
| Сильная кислота + сильное основание | 7.00 | Фенолфталеин, метиловый красный, бромтимоловый синий, метиловый оранжевый |
| Слабая кислота + сильное основание | Выше 7 (8,73 для 0,1 M уксусной кислоты) | Фенолфталеин |
| Слабое основание + сильная кислота | Ниже 7 (5,28 для 0,1 M аммиака) | Метиловый красный, метиловый оранжевый |
| Слабая кислота + слабое основание | Около 7, без резкого скачка | Нет; используйте pH-метр |
Интервалы перехода окраски индикаторов
| Индикатор | Интервал pH | Окраска в кислой среде | Окраска в щелочной среде |
|---|---|---|---|
| Метиловый оранжевый | 3,1–4,4 | Красный | Жёлтый |
| Метиловый красный | 4,4–6,2 | Красный | Жёлтый |
| Лакмус | 4,5–8,3 | Красный | Синий |
| Бромтимоловый синий | 6,0–7,6 | Жёлтый | Синий |
| Фенолфталеин | 8,2–10,0 | Бесцветный | Малиновый |
Оценка каждого индикатора основана на ошибке конечной точки: объём в середине интервала перехода окраски сравнивается с истинным объёмом эквивалентности. В пределах 0,1 % — отлично, в пределах 0,5 % — хорошо. Лакмус меняет окраску слишком постепенно для титрования.
Разобранные примеры
HCl с NaOH
25,00 mL 0,100 M HCl, 0,100 M NaOH. После 10,00 mL: 2,50 − 1,00 = 1,50 mmol H⁺ в 35,00 mL.
[H⁺] = 0,0429 M, pH 1,37. При 25,00 mL pH 7,00. При 30,00 mL: 0,500 mmol OH⁻ в 55,00 mL.
pH 1,37; 7,00 и 11,96
Уксусная кислота с NaOH
25,00 mL 0,100 M CH₃COOH (pKa 4,76), 0,100 M NaOH.
Начальный pH 2,88. Полуэквивалентность 12,50 mL, pH 4,76. Эквивалентность 25,00 mL: 0,0500 M ацетат.
pH эквивалентности 8,73: используйте фенолфталеин
Аммиак с HCl
25,00 mL 0,100 M NH₃ (pKb 4,75), 0,100 M HCl.
Начальный pH 11,12. Полуэквивалентность: pH 9,25 (pKa NH₄⁺). Эквивалентность: 0,0500 M NH₄⁺.
pH эквивалентности 5,28: используйте метиловый красный
Фосфорная кислота с NaOH
25,00 mL 0,100 M H₃PO₄, 0,100 M NaOH. Ступени при 25,00 и 50,00 mL.
pH при 37,50 mL = pKa₂ = 7,20. Третья ступень (pKa₃ 12,38) скачка не даёт.
pH эквивалентности 4,70 и 9,67
Карбонат натрия с HCl
25,00 mL 0,0500 M Na₂CO₃, 0,100 M HCl.
CO₃²⁻ → HCO₃⁻ при 12,50 mL, затем HCO₃⁻ → H₂CO₃ при 25,00 mL.
pH 8,34, затем 3,98: для второй ступени — метиловый оранжевый
Щавелевая кислота с NaOH
25,00 mL 0,100 M H₂C₂O₄ (pKa 1,25 и 4,27), 0,100 M NaOH.
Значения pKa слишком близки и слишком малы для первого скачка. Оба протона оттитровываются вместе.
Одна чёткая конечная точка при 50,00 mL, pH 8,40
Типичные ошибки
- Считать, что в каждой точке эквивалентности pH 7. Только сильная кислота с сильным основанием даёт pH 7,00.
- Забывать про общий объём. Концентрации после смешивания считаются на объём определяемого вещества плюс объём титранта.
- Применять уравнение Гендерсона — Хассельбаха при 0 mL или в точке эквивалентности. Оно работает, только когда и HA, и A⁻ присутствуют в заметных количествах.
- Выбирать индикатор по «pH 7». Выбирайте индикатор, интервал перехода которого попадает на крутой участок вашей кривой.
- Считать каждый протон видимой ступенью. Протон с pKa выше примерно 11 или два значения pKa, различающиеся меньше чем примерно на 3 единицы, не дают отдельного чёткого скачка.
- Путать mL и L. Моли = mol/L × объём в L. Если подставлять mL напрямую, получатся миллимоли — это нормально, если быть последовательным.
Нужно нарисовать кислоты, основания и сопряжённые им формы? Рисуйте структуры и схемы реакций для лабораторного отчёта в MolDraw — бесплатном онлайн-редакторе химических структур.
Открыть редактор MolDrawЧасто задаваемые вопросы
Почему pH в точке эквивалентности не всегда равен 7?
В точке эквивалентности в колбе находится соль кислоты и основания. Для сильной кислоты и сильного основания соль нейтральна, поэтому pH = 7,00. Слабая кислота даёт сопряжённое основание с основными свойствами (0,050 M ацетат даёт pH 8,73). Слабое основание даёт сопряжённую кислоту с кислыми свойствами (0,050 M NH4+ даёт pH 5,28).
Каков pH в точке полуэквивалентности?
Половина слабой кислоты превратилась в сопряжённое основание, поэтому [HA] = [A−] и pH = pKa. Для уксусной кислоты это pH 4,76. Точное значение немного отличается, если кислота довольно сильная или сильно разбавлена, — симулятор это показывает.
Какой индикатор выбрать для титрования слабой кислоты сильным основанием?
Фенолфталеин. Его переход окраски (pH от 8,2 до 10,0) приходится на крутой участок кривой рядом с pH эквивалентности около 8,7. Метиловый оранжевый меняет окраску слишком рано и даёт большую ошибку.
Сколько точек эквивалентности у фосфорной кислоты?
Две чётких. При 0,100 M H3PO4 и 0,100 M NaOH они появляются около pH 4,7 и pH 9,7. У третьего протона pKa 12,38, поэтому третья точка эквивалентности в воде не даёт заметного скачка.
Чем точка эквивалентности отличается от конечной точки титрования?
Точка эквивалентности — это момент, когда количество титранта в молях точно соответствует определяемому веществу. Конечная точка — это момент, когда индикатор меняет окраску. Хороший индикатор даёт конечную точку в пределах долей процента от точки эквивалентности.
Как рассчитать pH слабой кислоты до точки эквивалентности?
Найдите количество оставшейся HA и образовавшегося A− в молях, затем используйте pH = pKa + log(моль A− / моль HA). Для 25,00 mL 0,100 M уксусной кислоты после 20,00 mL 0,100 M NaOH: pH = 4,76 + log(2,00 / 0,50) = 5,36.
Другие химические инструменты
Хотите полный метод с дополнительными примерами? Читайте руководство по кривым титрования. Нужно нарисовать молекулы для отчёта? Рисуйте химические структуры онлайн в MolDraw.
Последнее обновление: