ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Лабораторная работа №

Определение содержания щелочи в растворе методом кислотно-основного тит-рования.

1. Цель работы: Познакомиться на практике с методом кислотно-основного титрова-

ния.

 

Задачи.

2.1.Приготовить стандартный раствор тетрабората натрия.

2.2.Установить молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты по тетрабора- ту натрия.

2.3.Определить количество гидроксида натрия в растворе.

 

Оборудование и реактивы.

3.1.Аналитические весы, разновесы, бюретки, штативы, мерная посуда. 3.2.Дистиллированная вода, тетраборат натрия, концентрированная соляная кислота,

раствор щелочи, метилоранж, фенолфталеин.

 

Основные сведения.

Титриметрический анализ является частью количественного анализа. Его цель – оп- ределение количественного содержания элементов (или соединений) в исследуемом веще- стве. Он основан на точном измерении объемов растворов реагирующих веществ. В титри- метрическом анализе измеряют объемы двух взаимодействующих растворов и по извест- ной концентрации одного из них определяют неизвестную концентрацию другого.

Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах (n₁=n₂). Так как

n = c ×V ,

где c – молярная концентрация эквивалента, а V – объем, в котором растворено веще- ство, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение:

c1V1 = c2V2 .

Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (напри- мер, c₂), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества.

Зная молекулярную массу эквивалента M, находят массу вещества:

m2 = c2 M 2 .

Чтобы зафиксировать конец реакции, который называют точкой стехиометричности, или точкой эквивалентности (ТЭ), раствор с известной концентрацией вещества (его на- зывают титрантом), постепенно, небольшими порциями, добавляют к раствору опреде- ляемого вещества. Этот процесс называют титрованием.

Экспериментально конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора. Эта точка называется конечной точкой титрования (КТТ) и в общем случае не совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности.

Реакция, применяемая при титровании, должна отвечать следующим требованиям:

1) быть строго стехиометричной;

2) протекать быстро;

3) протекать количественно (т.е. до конца, константа равновесия должна быть высо- кой);

 

4) должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности;

5) другие вещества, присутствующие в растворе, не должны мешать основной реак- ции.

В зависимости от типа реакций, лежащих в основе титрования, титриметрические ме- тоды делится на:

1) метод кислотно-основного титрования, в основе которого лежит реакция нейтра- лизации;

2) метод окислительно-восстановительного титрования, в основе которого лежат окислительно-восстановительные реакции;

3) метод осадительного титрования, основанный на реакциях образования трудно- растворимых осадков;

4) метод комплексометрического титрования, основанный на реакциях образования комплексных соединений.

По способу выполнения различают прямое, обратное титрование и титрование замес- тителя.

При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к титруемому вещест- ву. Такой способ применим только при выполнении всех требований, перечисленных вы- ше.

Если скорость реакции мала, или не удается подобрать индикатор или наблюдаются побочные эффекты, например, потери определяемого вещества вследствие летучести, мож- но использовать прием обратного титрования, который основан на применении двух тит- рантов. Сначала к раствору определяемого вещества приливают точно отмеренный объем титранта Т₁, взятого в избытке, а затем после окончания реакции находят количество не- прореагировавшего титранта Т₁ титрованием его другим реагентом Т₂ с концентрацией с₂. Например, прямое титрование диоксида марганца сульфатом железа невозможно из-за ма- лой скорости реакции

2                                                                                                                   2

MnO + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 2H O .

Поэтому навеску MnO₂ обрабатывают раствором FeSO₄, взятым в заведомом избытке, и нагревают до полного завершения реакции. Непрореагировавший Fe²⁺ оттитровывают стандартным раствором K₂Cr₂O₇.

Если реакция нестехиометрична или протекает медленно, можно использовать тит- рование заместителя. Для этого проводят стехиометрическую реакцию определяемого ве- щества с вспомогательным реагентом, а получающийся в эквивалентном количестве про- дукт оттитровывают подходящим титрантом. Так, например, для определения количества бихромата калия в растворе к нему приливают иодид калия и серную кислоту. Бихромат калия выделяет эквивалентное количество йода

Cr O2- + 6I- +14H+ = 2Cr3+ + 3I + 7H O .

2  7                                                                                   2              2

Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия

I + 2S O2- = 2I- + S O2- .

2            2  3                               4  6

Обычно при титриметрическом определении проводят несколько параллельных тит- рований. При этом возможны два варианта: метод пипетирования и метод отдельных наве- сок.

Метод пипетирования заключается в титровании равных порций раствора (аликвот V_x), отбираемых пипеткой из мерной колбы определенного объема, в котором растворена навеска анализируемого вещества.

Метод отдельных навесок заключается в том, что n навесок вещества (m₁, m₂ и т.д.), взятых на аналитических весах, растворяют в небольших объемах растворителя и проводят титрование в каждом растворе.

Метод пипетирования более экспрессен и менее трудоемок, но и менее точен, чем ме- тод отдельных навесок.

 

Для титриметрического определения необходимо знать концентрацию титранта. Тит- рант с известной концентрацией называют стандартным (рабочим) раствором. По спосо- бу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы.

Первичный стандартный раствор готовят растворением точного количества чистого химического вещества известного стехиометрического состава в определенном объеме рас- творителя. Вторичный стандартный раствор получают следующим образом: готовят рас- твор с приблизительной концентрацией, близкой к желаемой, и определяют его концентра- цию (стандартизируют) по подходящему первичному стандартному раствору.

Первичные стандартные вещества должны отвечать ряду требований:

1) состав соединения должен строго соответствовать химической формуле. Содер- жание примесей не должно превышать 0,05%;

2) вещество должно быть устойчивым при комнатной температуре и по возможности быть безводным и нелетучим;

3) вещество должно обладать по возможности большой молекулярной массой, чтобы уменьшить влияние ошибки взвешивания.

3

Обычно концентрацию стандартных растворов выражают в молях эквивалентов ве- щества в 1 л раствора (молярная концентрация эквивалента). Иногда используют также титр по исходному веществу: это количество граммов стандартного вещества в 1 мл рас- твора. При проведении однотипных титриметрических определений удобен титр по опре- деляемому веществу – масса определяемого вещества, с которой реагирует 1 мл стандарт-

ного раствора. Например,

0,008 г CaCO₃.

ÒHcl/CaCO

= 0,008

г означает, что 1 мл раствора HCl реагирует с

К методу кислотно-основного титрования (нейтрализация) относятся все определе- ния, в основе которых лежит реакция

2

H+ + OH- = H O.

Этот метод применяется для количественного определения кислот и щелочей, а также солей, гидролизующихся в растворе с образованием кислой или щелочной среды, опреде- ления жесткости воды, солей аммония, азота в органических соединениях и т.д.

Основными рабочими растворами в этом методе являются растворы кислот (обычно HCl или H₂SO₄) и раствор щелочи (обычно NaOH или KOH).

Эти вещества не отвечают требованиям, которые предъявляются к первичным стан- дартным веществам, и поэтому концентрацию таких растворов устанавливают титровани- ем.

В качестве стандартных веществ при установке титров кислот чаще всего применяют тетраборат натрия (буру) Na₂B₄O₇×10H₂O или безводный карбонат натрия (соду) Na₂CO₃. Растворы этих веществ имеют сильнощелочную реакцию и могут титроваться кислотами.

Для установки титра щелочей чаще всего пользуются щавелевой кислотой

H₂C₂O₄×2H₂O или янтарной кислотой H₂C₂H₄O₄.