Номер 3, страница 63, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какие индикаторы используются при титровании?

Титрование — это метод количественного химического анализа, который позволяет определить концентрацию одного вещества (аналита) путем его реакции с раствором другого вещества (титранта) с известной концентрацией. Индикаторы — это химические вещества, которые добавляют в анализируемый раствор в малых количествах для визуального определения точки эквивалентности (или конечной точки титрования). В этой точке происходит резкое, хорошо заметное изменение какого-либо свойства раствора, чаще всего — цвета.

Выбор индикатора зависит от типа химической реакции, лежащей в основе титрования. Существуют несколько основных групп индикаторов.

Кислотно-основные индикаторы

Используются в методах кислотно-основного титрования (нейтрализации). Это слабые органические кислоты или основания, цвет которых зависит от pH среды. Их действие основано на смещении химического равновесия:

$HIn + H_2o \rightleftharpoons H_3O^+ + In^-$

где $HIn$ — кислотная форма индикатора, а $In^-$ — его сопряженная основная форма. Эти две формы имеют разную окраску. Интервал pH, в котором происходит заметное изменение цвета, называется интервалом перехода окраски индикатора. Правильный выбор индикатора заключается в том, чтобы его интервал перехода совпадал со скачком pH в точке эквивалентности.

Примеры:

- Фенолфталеин: интервал перехода pH 8,2–10,0. В кислой и нейтральной среде бесцветен, в щелочной — малиновый. Используется при титровании слабых кислот сильными основаниями.

- Метиловый оранжевый (метилоранж): интервал перехода pH 3,1–4,4. В кислой среде красный, в щелочной — желтый. Используется при титровании слабых оснований сильными кислотами.

- Лакмус: интервал перехода pH 5,0–8,0. В кислой среде красный, в щелочной — синий.

Окислительно-восстановительные (редокс) индикаторы

Применяются в редокс-титриметрии. Они меняют свой цвет в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала системы. Их окисленная ($Ind_{ox}$) и восстановленная ($Ind_{red}$) формы имеют разный цвет.

$Ind_{ox} + ne^- \rightleftharpoons Ind_{red}$

Типы редокс-индикаторов:

- Специфические индикаторы: реагируют только с одним из участников реакции. Классический пример — крахмал, который образует комплекс синего цвета с иодом ($I_2$) в иодометрии.

- Общие (истинные) редокс-индикаторы: сами являются обратимыми редокс-системами. Например, дифениламин, ферроин.

- Безындикаторное титрование: роль индикатора выполняет сам титрант или анализируемое вещество, если оно интенсивно окрашено и его цвет изменяется в ходе реакции. Например, раствор перманганата калия ($KMnO_4$) имеет интенсивную фиолетовую окраску, которая исчезает при реакции. Появление устойчивой розовой окраски от одной избыточной капли титранта свидетельствует об окончании титрования.

Комплексонометрические индикаторы (металлоиндикаторы)

Используются при комплексонометрическом титровании для определения концентрации ионов металлов. Это органические реагенты, образующие с ионами металлов окрашенные, но менее прочные комплексные соединения, чем титрант (обычно ЭДТА — этилендиаминтетрауксусная кислота).

В точке эквивалентности, когда все свободные ионы металла связаны титрантом, титрант начинает вытеснять индикатор из его комплекса с металлом. Это приводит к изменению цвета раствора, так как свободный индикатор и его комплекс с металлом окрашены по-разному.

$M-Ind + ЭДТА \rightarrow M-ЭДТА + Ind$

Примеры:

- Эриохром черный Т: используется для определения ионов $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $Zn^{2+}$ в щелочной среде (pH 9-10). Переход окраски от винно-красного к синему.

- Мурексид: используется для определения ионов $Ca^{2+}$, $Ni^{2+}$, $Cu^{2+}$.

Осадительные и адсорбционные индикаторы

Применяются в методах осадительного титрования. Механизм их действия может быть разным.

- Индикаторы, образующие окрашенный осадок (метод Мора): При титровании хлоридов нитратом серебра используют хромат калия ($K_2CrO_4$). После полного осаждения ионов хлора в виде $AgCl$ (белый осадок) первая избыточная капля титранта ($AgNO_3$) реагирует с индикатором, образуя красно-коричневый осадок хромата серебра ($Ag_2CrO_4$).

- Индикаторы, образующие окрашенное растворимое соединение (метод Фольгарда): При обратном титровании избытка $Ag^+$ роданидом ($SCN^-$) используют ионы $Fe^{3+}$. В конечной точке титрования они образуют с избытком титранта интенсивно окрашенный в красный цвет комплекс $[Fe(SCN)(H_2O)_5]^{2+}$.

- Адсорбционные индикаторы (метод Фаянса): Это органические красители, способные адсорбироваться на поверхности образующегося осадка вблизи точки эквивалентности, изменяя при этом свой цвет. Например, флуоресцеин при титровании хлоридов нитратом серебра.

Помимо химических индикаторов, для определения конечной точки титрования широко применяются и инструментальные методы: потенциометрия (измерение потенциала), кондуктометрия (измерение электропроводности), амперометрия (измерение силы тока) и другие, где изменение соответствующего физического параметра регистрируется прибором.

Ответ: При титровании используются различные типы индикаторов, выбор которых зависит от вида химической реакции. Основные группы индикаторов:

- Кислотно-основные: меняют цвет в зависимости от pH среды (фенолфталеин, метилоранж).

- Окислительно-восстановительные (редокс-индикаторы): реагируют на изменение редокс-потенциала (крахмал, дифениламин) или сами реагенты являются индикаторами (перманганат калия).

- Комплексонометрические (металлоиндикаторы): образуют окрашенные комплексы с ионами металлов (эриохром черный Т, мурексид).

- Осадительные и адсорбционные: сигнализируют об окончании процесса осаждения (хромат калия, флуоресцеин).