Расчеты в титриметрическом анализе
Титриметрический анализ – это метод количественного анализа, основанный на определении объема раствора реагента с точно известной концентрацией, затраченного на реакцию с определяемым компонентом. В основе титриметрического анализа лежит химическая реакция: bB + a A = продукты B – определяемое или титруемое вещество (компонент), концентрация его не известна; A - рабочий раствор или титрант, его концентрация известна; a и b – стехиометрические коэффициенты реакции. Любой раствор с точно известной концентрацией называется стандартным раствором. По способу приготовления стандартные растворы делятся на первичные и вторичные. Первичный стандартный раствор можно приготовить двумя способами: 1) Растворением точной навески вещества в определенном объеме растворителя. Вещества, по навеске которых можно приготовить стандартный раствор, называются первичными стандартами (установочные вещества, исходные вещества). Их состав должен строго соответствовать химической формуле, они должны быть химически чистыми и устойчивыми при хранении в твердом виде и в растворе. Каждый метод титриметрического анализа имеет свой первичный стандарт. 2) По фиксаналам или стандарт-титрам. Это промышленным способом приготовленные и запаянные в стеклянные ампулы точные навески веществ или объемы жидкостей, растворением которых в определенном объеме воды можно приготовить раствор с точно известной концентрацией. Вторичный стандартный раствор готовят по приблизительной навеске с приблизительной концентрацией, затем определяют его концентрацию, т.е. стандартизируют по подходящему первичному стандартному раствору. Основной операцией в титриметрическом анализе является титрование - это процесс постепенного прибавления титранта к раствору определяемого вещества до тех пор, пока их количества не станут эквивалентными. Этот момент называется точкой эквивалентности (ТЭ), которая фиксируется обычно по изменению окраски индикатора или другим способом. В зависимости от типа реакции в титриметрическом анализе различают: 1) метод кислотно-основного титрования (метод нейтрализации, протолитометрия); 2) метод окислительно-восстановительного титрования (редоксметрия); 3) метод комплексонометрического титрования (комплексонометрия); 4) метод осадительного титрования. В любом из этих методов можно использовать разные приемы (способы) титрования: 1) Прямое титрование – самое распространенное и удобное. Используется один рабочий раствор (титрант). Окончание титрования устанавливают по изменению окраски индикатора. По шкале бюретки определяют объем титранта, пошедший на реакцию (это аналитический сигнал), и по нему находят содержание определяемого вещества. Все расчеты ведут на основе закона эквивалентов: вещества взаимодействуют между собой и образуются в равных количествах эквивалентов. Для реакции b B + a A = d D + c C запись этого закона имеет вид: 𝛎(1/zB) = 𝛎(1/zA)= 𝛎(1/zD)= 𝛎(1/zC) (3.1); где 𝛎(1/zX)- число молей эквивалентов любого из участвующих в реакции веществ (Х); B – определяемое вещество; A - рабочий раствор. Из этого уравнения вытекают следующие расчетные формулы: = (3.2); c ( ) ∙ V(B) = c ( ∙ V(A) (3.3); Уравнение (3.3) называют основным уравнением титриметрического анализа. Комбинированием уравнений 3.2 и 3.3 получают формулы: c ( ∙ V(A) (3.4); c ( ∙ V(B) (3.5); m(B) = c ( ∙ V(A) ∙ M(1/z B) (3.6). При титровании методом пипетирования массу определяемого компонента рассчитывают по формуле: m(B) = ∙ (3.7). В приведенных выше уравнениях (3.2 - 3.7) использованы следующие обозначения: c (1/z X) – молярная концентрация эквивалента вещества (X) или нормальная концентрация, моль/л; m(X) – масса вещества, г; M(1/z X) – молярная масса эквивалента вещества, г/моль; 1/z – фактор эквивалентности; V(X) – объем раствора, в уравнениях (3.4-3.6) выражается в литрах; в уравнениях (3.3 и 3.7) объемы V(Х), V(колбы), V(аликвоты) выражаются в мл или см3. При проведении расчетов в аналитической химии удобно пользоваться понятиями титра и титра рабочего раствора по определяемому веществу. Титр раствора вещества – Т(X), г/см3 или г/мл - показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 1 см3 (мл) раствора. Т(X) = (3.8). Между нормальной концентрацией и титром существует взаимосвязь: c( x) = (3.9) ; Т(X) = (3.10). Титр рабочего раствора по определяемому веществу - Т раб/опр или Т А/В - показывает, сколько г определяемого вещества взаимодействует с 1 мл (см3) рабочего раствора. Траб/опр = (3.11). Эту величину можно рассчитать по формулам: Траб/опр = (3.12) ; Траб/опр = (3.13);
Траб/опр (3.14). Расчеты титра, нормальной концентрации и массы определяемого вещества при обработке экспериментальных данных проводят двумя способами: I способ (по основному уравнению титриметрического анализа): 1) c ( ) ∙ V(B) = c ( ∙ V(A); 2) Т(В) = ; 3) m(В) = Т(В) ∙ V(колбы) II способ (через титр рабочего раствора по определяемому веществу): 1) Траб/опр = ; 2) Т (В) = ; 3) c ( B) = ; 4) m(В) = Т(В) ∙ V(колбы). Здесь: В - определяемое вещество, А-рабочий раствор, V(колбы) - объем мерной колбы. Наряду с прямым титрованием (1), описанном выше, в титриметрическом анализе используются и другие способы (приёмы) титрования. 2) Обратное титрование - используют, когда прямое титрование невозможно или когда определяемое вещество неустойчиво. В данном способе титрования к определяемому веществу добавляют в избытке определенный объем (V1) рабочего раствора №1. Затем его избыток оттитровывают рабочим раствором №2 (V2). Расчет содержания определяемого вещества ведут с учетом двух химических реакций, используя V1 и V2. 3) Заместительное титрование – применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В данном способе титрования к определяемому веществу добавляют вспомогательный реагент. Получившийся в эквивалентном количестве продукт, оттитровывают подходящим титрантом. По объему титранта сразу рассчитывают содержание определяемого вещества, минуя все расчеты вспомогательных реагентов. 4) Реверсивное титрование – применяют, когда определяемое вещество неустойчиво в условиях эксперимента. В этом случае рабочий раствор титруют раствором определяемого вещества. Способ используют, например, для определения содержания нитритов методом перманганатометрии. Метод нейтрализации Применяется для определения содержания кислот, оснований, солей, подвергающихся гидролизу и других веществ, реагирующих с кислотами или основаниями. В основе этого метода лежит реакция: H+ + OH- = H2O или H3O+ + OH- = 2 H2O Кривые титрования в методе нейтрализации - это графическая зависимость pH раствора от объема добавленного титранта. Рассмотрим три случая кривых титрования. 1) Титрование сильной кислоты сильным основанием (рис.1.): HCl + NaOH = NaCl + H2O Расчет кривой проведен для титрования 100.0 мл 0.1000 н раствора HCl 0.1000 н раствором NaOH. На кривой титрования наблюдается скачок титрования - это резкое изменение pH раствора вблизи точки эквивалентности. В данном случае скачок титрования лежит в интервале от рН=4 до рН=10. Величина скачка составляет 6 единиц рН. Точка эквивалентности (ТЭ) совпадает с точкой нейтральности (ТН) – это точка, в которой рН раствора равен 7. Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности и точки нейтральности. 2) Титрование слабой кислоты сильным основанием (рис.2.): CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O Расчет кривой проведен для случая взаимодействия 100.0 мл 0.1000 н раствора CH3COOH с 0.1000 н раствором NaOH. В данном случае скачок титрования лежит в интервале от рН=7.76 до рН=10. Величина скачка составляет 2.24 единиц pH, что значительно меньше, чем в первом случае. Точка эквивалентности лежит в щелочной области (pH = 8.87) и не совпадает с точкой нейтральности в результате гидролиза соли CH3COONa по аниону. Кривая титрования несимметрична относительно ТЭ и ТН.
Рис. 1. Титрование сильной кислоты сильным основанием.
Рис.
3) Титрование слабого основания сильной кислотой (рис.3.):
NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O Расчет кривой проведен для взаимодействия 100.0 мл 0.1000 н раствора NH4OH с 0.1000 н раствором HCl . В данном случае скачок титрования находится в интервале от рН=4 до рН=6,24. Величина скачка составляет 2.24 единиц pH. Точка эквивалентности лежит в кислотной области (pH=5.11) и не совпадает с точкой нейтральности в результате гидролиза соли NH4Cl по катиону. Кривая титрования несимметрична относительно ТЭ и ТН.
Во всех трех случаях величина скачка увеличивается с увеличением концентрации реагирующих веществ и с уменьшением температуры. Чем больше величина скачка рН, тем точнее можно оттитровать определяемое вещество.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (626)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |