Раствор, в котором может находиться одно из веществ: NaOH, Na2CO3, NaHCO3 или одна из

Раствор, в котором может находиться одно из веществ: NaOH, Na2CO3, NaHCO3 или одна из смесей: NaOH + Na2CO3, Na2CO3 + NaHCO3 титруется раствором соляной кислоты с индикатором фенолфталеином. Объём раствора кислоты, израсходованный на титрование с этим индикатором, равен V1. Затем к обесцвеченному раствору добавляют индикатор метиловый оранжевый; объём раствора кислоты, израсходованный на титрование только с этим индикатором, равен V2. Какое вещество или какая смесь титруются? Какой объём кислоты расходуется на реакцию с определяемым веществом или с каждым компонентом смеси? Найдите массу каждого компонента в смеси или массу отдельного вещества в каждом случае, если эквивалентная концентрация кислоты равна 0,1000 н. V1 = 5,00 мл; V2 = 17,00 мл.

Так как титрование проводится в две ступени (даны два разных объёма титранта), то варианты присутствия в растворе таких индивидуальных веществ как NaOH или NaHCO3 не рассматриваются. Эти вещества, присутствующие в растворе по отдельности, титруются в одну ступень (второй точки эквивалентности нет).
При титровании смеси NaOH + Na2CO3 титрование проходит в три ступени. Угольная кислота слабая, двухосновная.
Константа диссоциации по первой ступени
Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3- К1 = 4,5∙10-7, рК1 = - lg(4,5∙10-7) = 6,35.
Константа диссоциации по второй ступени
НСО3- ↔ Н+ + СО32- К2 = 4,8∙10-11, рК2 = - lg(4,8∙10-11) = 10,32.
При титровании Na2CO3 до NaHCO3
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl
рН в точке эквивалентности равен
рН = (рКw + рК2 + lgСсоли) : 2,
где рКw = 14 – показатель автопротолиза воды;
рК2 = 10,32 – показатель константы диссоциации кислоты по второй ступени;
Ссоли – концентрация соли, моль/л.
Если предположить, что Ссоли = 0,1 моль/л, то
рН = (14 + 10,32 - 1) : 2 = 11,66.
При титровании NaHCO3 до Н2О и СО2
NaHCO3 + HCl = NaCl + Н2О + СО2.
рН в точке эквивалентности определяется по формуле
рН = (рК1 + рК2) : 2,
где рК1 = 6,35 – показатель константы диссоциации кислоты по 1 ступени;
рК2 = 10,32 – показатель константы диссоциации кислоты по второй ступени.
рН = (6,35 + 10,32) : 2 = 8,33.
При титровании NaOH по уравнению
NaOH + HCl = NaCl + Н2О.
рН в точке эквивалентности равен
рН = рКw/2 = 14 : 2 = 7.
Таким образом, при титровании смеси NaOH + Na2CO3 должны быть три скачка титрования.
Остаётся рассмотреть два варианта:
Вариант 1:
Na2CO3, титрование которого проходит в 2 ступени:
1 ступень: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl;
2 ступень: NaHCO3 + HCl = NaCl + Н2О + СО2.
Вариант 2:
Na2CO3 + NaHCO3, в этом случае сначала оттитровывается Na2CO3 до NaHCO3:
1 ступень: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl.
Затем оттитровывают суммарное содержание NaHCO3: того, который образовался на первой ступени титрования и того, который был в исходном растворе.
2 ступень: NaHCO3 + HCl = NaCl + Н2О + СО2.
Чтобы выбрать один вариант из двух возможных, найдем количество молей эквивалентов соляной кислоты, затраченной на титрование на каждой ступени.
пHCl = CHCl∙VHCl∙10-3 (моль).
При титровании с фенолфталеином затрачено
пHCl,1 = 0,1000∙5,00∙10-3 = 5,00∙10-4 (моль).
При титровании с метиловым оранжевым затрачено
пHCl,2 = 0,1000∙17,00∙10-3 = 17,0∙10-4 (моль).
Так как количество молей эквивалентов кислоты, затраченное на титрование с метиловым оранжевым, больше, чем с фенолфталеином, следовательно, в растворе находится смесь Na2CO3 + NaHCO3.
По закону эквивалентов, количество молей эквивалентов кислоты равно количеству молей эквивалентов оттитрованного основания