Цель работы: приобретение навыков в применении одного из методов количественного анализа – титриметрического, и обучение элементарным приемам статистической обработки результатов измерений.
Теоретическая часть
Титриметрический анализ - это метод количественного химического анализа, основанный на измерении объема раствора реактива с точно известной концентрацией, расходуемого для реакции с определяемым веществом.
Титриметрическое определение вещества проводится титрованием - добавлением одного из растворов к другому небольшими порциями и отдельными каплями при постоянном фиксировании (контроле) результата.
Один их двух растворов содержит вещество в неизвестной концентрации и представляет собой анализируемый раствор.
Второй раствор содержит реагент с точно известной концентрацией и называется рабочим раствором, стандартным раствором или титрантом.
Требования к реакциям, применяемым при титриметрическом анализе:
1. Возможность фиксировать точку эквивалентности, наиболее широко используют наблюдение за его окраской, которая может меняться при следующих условиях:
Одно из реагирующих веществ окрашено, и окрашенный реагент в процессе реакции изменяет свой цвет;
Применяемые вещества – индикаторы - изменяют окраску в зависимости от свойств раствора (например, в зависимости от реакции среды).
2. Количественное течение реакции, вплоть до равновесия, характеризуемого соответствующей величиной константы равновесия
3. Достаточная скорость химической реакции, т.к. фиксировать точку эквивалентности при медленно текущих реакциях крайне трудно.
4. Отсутствие побочных реакций, при которых точные вычисления невозможны.
Методы титриметрического анализа можно классифицировать по характеру химической реакции, лежащей в основе определения веществ: кислотно-основного титрования (нейтрализации), осаждения, комплексообразования, окисления-восстановления.
Работа с растворами .
Мерные колбы предназначены для измерения точного объема жидкости. Они представляют собой круглые плоскодонные сосуды с узким длинным горлом, на котором имеется метка, до которой следует наполнять колбу (рис. 1).
Рис.1 Мерные колбы
Техника приготовления растворов в мерных колбах из фиксаналов.
Для приготовления раствора из фиксанала ампулу разбивают над воронкой, вставленной в мерную колбу, содержимое ампулы смывают дистиллированной водой; затем растворяют его в мерной колбе. Раствор, находящийся в мерной колбе, доводят до метки. После доведения уровня жидкости до метки раствор в колбе хорошо перемешивают.
Бюретки представляют собой тонкие стеклянные трубки, градуированные в миллилитрах (рис. 2). К нижнему, слегка суженному концу бюретки припаян стеклянный кран или присоединен резиновый шланг с шариковым затвором и стеклянным носиком. Для работы выбирают бюретку в зависимости от объема раствора, применяемого в анализе.
Рис.2. Бюретки
Порядок работы с бюреткой
1. Бюретку промывают дистиллированной водой.
2. Подготовленную к работе бюретку закрепляют вертикально в штативе, с помощью воронки наливают в бюретку раствор так, чтобы его уровень был выше нулевой отметки.
3. Из нижнего оттянутого конца бюретки удаляют пузырьки воздуха. Для этого отгибают его кверху и выпускают жидкость до тех пор, пока весь воздух не будет удален. Затем опускают капилляр вниз.
4. Уровень жидкости в бюретке устанавливают на нулевое деление.
5. При проведении титрования нажимают на резиновую трубку сбоку от шарика и сливают жидкость из бюретки в колбу, вращая последнюю. Сначала титрант, находящийся в бюретке, сливают тонкой струйкой. Когда же окраска индикатора в месте падения капель титранта начнет изменяться, раствор приливают осторожно, по каплям. Титрование прекращают, когда наступает резкое изменение окраски индикатора от приливания одной капли титранта, и записывают объем израсходованного раствора.
6. По окончании работы титрант из бюретки сливают, бюретку промывают дистиллированной водой.
Метод кислотно-основного титрования (нейтрализации)
Метод кислотно-основного титрования основан на реакции взаимодействия кислот и оснований, т.е. на реакции нейтрализации:
H + + OH¯ = H 2 O
При выполнении данного задания используется метод кислотно-основного титрования, основанный на применении реакции нейтрализации:
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Метод заключается в том, что к раствору определяемого вещества - гидроксида натрия – постепенно прибавляют раствор серной кислоты известной концентрации. Добавление раствора кислоты продолжают до тех пор, пока его количество не станет эквивалентным количеству реагируемого с ним гидроксида натрия, т.е. до нейтрализации щёлочи. Момент нейтрализации устанавливают по изменению окраски индикатора, прибавляемого в титруемый раствор. По закону эквивалентов в соответствии с уравнением:
С н(к-ты) · V (к-ты) = C н (щелочи) · V (щелочи)
С н(к-ты) и C н (щелочи) – молярные концентрации эквивалентов реагирующих растворов, моль/л;
V (к-ты) и V (щелочи) – объёмы реагирующих растворов, л (мл).
С (NaOH) и 
- молярные концентрации эквивалента NaOH и H 2 SO 4 в реагирующих растворах, моль/л;
V (NaOH) и 
) - объёмы реагирующих растворов щёлочи и кислоты, мл.
Примеры решения задач.
1. На нейтрализацию 0,05 л раствора кислоты израсходовано 20 см 3 0,5н раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
2. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 60см 3 0,4н раствора серной кислоты прибавить 120см 3 0,3н раствора гидроксида калия?
Решение задач по определению рН раствора, концентраций различного типа представлено в методическом пособии .
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Получите у лаборанта колбу с раствором щёлочи неизвестной концентрации. Пробы анализируемого раствора отмерьте мерным цилиндром по 10 мл в три конические колбы для титрований. В каждую из них добавьте 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. Раствор приобретёт жёлтую окраску (метилоранж жёлтый в щелочной среде и оранжево-красный в кислой).
Приготовьте к работе установку для титрований (рис.3) Бюретку ополосните дистиллированной водой, а затем заполните раствором серной кислоты точно известной концентрации (молярная концентрация эквивалента H 2 SO 4 указана на склянке) выше нулевого деления. Каучуковую трубку со стеклянным наконечником отогните вверх и, оттягивая резину от стеклянной оливы, закрывающей выход из бюретки, медленно выпускайте жидкость так, чтобы после заполнения наконечника в нём не осталось пузырьков воздуха. Избыток раствора кислоты выпустите из бюретки в подставленный стакан, при этом нижний мениск жидкости в бюретке должен установиться на нулевом делении.
Одну из колб раствора щёлочи подставьте под наконечник бюретки на лист белой бумаги и приступайте непосредственно к титрованию: одной рукой медленно подавайте кислоту из бюретки, а другой непрерывно перемешивайте раствор круговым движением колбы в горизонтальной плоскости. В конце титрования раствор кислоты из бюретки следует подавать по каплям до тех пор, пока от одной капли раствор примет неисчезающую оранжевую окраску.
Определите объём кислоты, израсходованный на титрование, с точностью до 0,01мл. Отсчёт делений бюретки производите по нижнему мениску, при этом глаз должен находиться на уровне мениска.
Повторите титрование ещё 2 раза, начиная каждый раз с нулевого деления бюретки. Результаты титрований запишите в таблицу 1.
Концентрацию раствора щёлочи вычислите по формуле:
Таблица 1
Результаты титрования раствора гидроксида натрия
Проведите статистическую обработку результатов титрований по методике, описанной в приложении. Результаты статистической обработки экспериментальных данных сведите в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты статистической обработки экспериментальных данных титрования раствора гидроксида натрия. Доверительная вероятность α = 0,95.
| n | S x |  |
||
Запишите результат определения молярной концентрации эквивалента NaOH в анализируемом растворе в виде доверительного интервала.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Раствор гидроксида калия имеет рН =12. Концентрация основания в растворе при 100% диссоциации равна … моль/л.
1) 0,005; 2) 0,01; 3) 0,001; 4) 1·10 -12 ; 5) 0,05.
2. На нейтрализацию 0,05 л раствора кислоты израсходовано 20 см 3 0,5 н раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
1) 0,2 н; 2) 0,5 н; 3) 1,0 н; 4) 0,02 н; 5) 1,25 н.
3. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см 3 0,3 н раствора серной кислоты прибавить 125 см 3 0,2 н раствора гидроксида калия?
1) 0,0025 г щелочи; 2) 0,0025 г кислоты; 3) 0,28 г щелочи; 4) 0,14 г щелочи; 5) 0,28 г кислоты.
4. Метод анализа, основанный на определении повышения температуры кипения, называется…
1) спектрофотометрический; 2) потенциометрический; 3) эбулиоскопический; 4) радиометрический; 5) кондуктометрический.
5. Определить процентную концентрацию, молярность и нормальность раствора серной кислоты, полученного при растворении 36 г кислоты в 114 г воды, если плотность раствора 1,031 г/см 3 .
1) 31,6 ; 3,77; 7,54 ; 2) 31,6; 0,00377; 0,00377 ;
3) 24,0 ; 2,87; 2,87 ; 4) 24,0 ; 0,00287; 0,00287;
5) 24,0; 2,87; 5,74.
Титриметрический, или объемный, анализ - метод количественного анализа, основанный на измерении объема (или массы) реагента Т, затраченного на реакцию с определяемым веществом Х. Другими словами, титриметрический анализ - анализ, основанный на титровании.
Цель лабораторных занятий по титриметрическим методам анализа - выработка практических навыков по технике выполнения титриметрического анализа и овладение методами статистической обработки результатов анализа на примере конкретных количественных определений, а также закрепление теоретических знаний путем решения типовых расчетных задач по каждой теме.
Знание теории и практики методов титриметрического анализа необходимо для последующего изучения инструментальных методов анализа, других химических и специальных фармацевтических дисциплин (фармацевтической, токсикологической химии, фармакогнозии, фармацевтической технологии). Изучаемые методы титриметрического анализа являются фармакопейными и широко применяются в практической деятельности провизора для контроля качества лекарственных препаратов.
Условные обозначения
А, Х, Т - любое вещество, определяемое вещество и титрант соответственно;
m(A), m(Х), т(Т) - масса любого вещества, определяемого вещества и титранта соответственно, г;
М(А), М(Х), М(Т) - молярная масса любого вещества, определяемого вещества и титранта соответственно, г/моль;
n(А), n(Х), n(Т) - количество любого вещества, определяемого вещества и титранта соответственно, моль;
Количество вещества эквивалента любого вещества, определяемого вещества и титранта соответственно, моль;
- объем раствора любого вещества, определяемого вещества и титранта соответственно, л;
- объем аликвотной доли определяемого вещества, равный вместимости пипетки, л;
- объем анализируемого раствора определяемого вещества, равный вместимости колбы, л.
1. Основные понятия титриметрического
анализа
1.1. Титрование - процесс определения вещества Х постепенным прибавлением небольших количеств вещества Т, при котором какимнибудь способом обеспечивают обнаружение точки (момента), когда все вещество Х прореагировало. Титрование позволяет найти количество вещества Х по известному количеству вещества Т, прибавленного до этой точки (момента), с учетом того, что соотношение, в котором реагируют Х и Т, известно из стехиометрии или как-то иначе.
1.2. Титрант - раствор, содержащий активный реагент Т, с помощью которого проводят титрование. Обычно титрование проводят, прибавляя титрант из калиброванной бюретки в колбу для титрования с анализируемым раствором. В эту колбу перед титрованием вносят аликвотную долю анализируемого раствора.
1.3. Аликвотная доля (аликвота) - точно известная часть анализируемого раствора, взятая для анализа. Часто она отбирается калиброванной пипеткой, и ее объем обычно обозначается символом V ss .
1.4. Точка эквивалентности (ТЭ) - такая точка (момент) титрования, в которой количество прибавленного титранта Т эквивалентно количеству титруемого вещества Х. Синонимы ТЭ: стехиометрическая точка, теоретическая конечная точка.
1.5. Конечная точка титрования (КТТ ) - точка (момент) титрования, в которой некоторое свойство раствора (например, его окраска) показывает заметное (резкое) изменение. КТТ соответствует более или менее ТЭ, но чаще всего не совпадает с ней.
1.6. Индикатор - вещество, которое проявляет видимое изменение в ТЭ или вблизи нее. В идеальном случае индикатор присутствует в достаточно малой концентрации, чтобы в интервале его перехода не затра-
чивалось существенное количество титранта Т. Резкое видимое изменение индикатора (например, его окраски) соответствует КТТ.
1.7. Интервал перехода индикатора
- область концентрации ионов водорода, металла или других ионов, в пределах которой глаз способен обнаружить изменение в оттенке, интенсивности окраски, флуоресценции или другого свойства визуального индикатора, вызванное изменением соотношения двух соответствующих форм индикатора. Эту область обычно выражают в виде отрицательного логарифма концентрации, например:
Для окислительно-восстановительного индикатора интервал перехода представляет собой соответствующую область окислительно-восстановительного потенциала.
1.8. Степень оттитрованности- отношение объема V (Т) добавленного титранта к объему V (ТЭ) титранта, соответствующему ТЭ. Другими словами, степень оттитрованности раствора - отношение количества оттитрованного вещества к его исходному количеству в анализируемом растворе:
1.9. Уровень титрования
- порядок
концентрации используемого раствора титранта, например, 10 -1 , 10 -2 , 10 -3 и т.д.
1.10. Кривая титрования -
графическое изображение зависимости изменения концентрации с
(Х) определяемого вещества Х или некоторого связанного с ним свойства системы (раствора) от объема V (Т)
прибавленного титранта Т. Величина с
(Х) в ходе титрования изменяется на несколько порядков, поэтому кривая титрования часто строится в координатах:
По оси абсцисс откладывают объем прибавленного титранта V (Т)
или степень оттитрованности /
. Если по оси ординат откладывать равновесную концентрацию с
(Х) или интенсивность пропорционального ей свойства, то получают линейную кривую титрования.
Если по оси ординат откладывать
или логарифм интенсивности свойства, пропорционального с
(Х), то получают логарифмическую (или монологарифмическую) кривую титрования.
Для более четкого выявления особенностей процесса титрования и в прикладных целях иногда строят дифференциальные кривые титрования,
откладывая по оси абсцисс объем прибавленного титранта V (Т),
а по оси ординат - первую производную от логарифма концентрации (или интенсивности пропорционального ей свойства) по объему прибавляемого титранта:
Такие кривые титрования обычно используют в физико-химических методах анализа, например, при потенциометрическом титровании.
1.11. Стандартный раствор - раствор, имеющий известную концентрацию активного вещества.
1.12. Стандартизация - процесс нахождения концентрации активного реагента в растворе (чаще всего путем титрования его стандартным раствором соответствующего вещества).
1.13. Скачок титрования - интервал резкого изменения какоголибо физического или физико-химического свойства раствора вблизи точки эквивалентности, обычно наблюдается тогда, когда добавлено 99,9-100,1% титранта по сравнению с его стехиометрическим количеством.
1.14. Холостое титрование - титрование раствора, идентичного анализируемому раствору по объему, кислотности, количеству индикатора и т.д., но не содержащего определяемого вещества.
2. Основные операции титриметрического анализа
2.1. Очистка, мытье, хранение мерной посуды.
2.2. Проверка вместимости мерной посуды.
2.3. Взятие навески с точно известной массой по разности результатов двух взвешиваний (обычно - на аналитических весах).
2.4. Количественное перенесение навески вещества в мерную колбу и растворение вещества.
2.5. Заполнение мерной посуды (колб, бюреток, пипеток) раствором.
2.6. Опорожнение пипеток, бюреток.
2.7. Отбор аликвотной доли анализируемого раствора.
2.8. Титрование и расчеты по результатам титрования.
3. Калибровка мерной посуды
При титриметрическом анализе точные объемы раствора отмеривают с помощью измерительной посуды, в качестве которой используют мерные колбы вместимостью 1000, 500, 250, 100, 50 и 25 мл, пипетки и градуированные пипетки вместимостью 10, 5, 3, 2 и 1 мл. Вместимость колбы и пипетки при 20 °C выгравирована на шейке колбы или на боковой поверхности пипетки (номинальный объем). При массовом изготовлении мерной посуды действительная (истинная) вместимость мерных колб, бюреток, пипеток может отличаться от номинальных значений, указанных на посуде. Для достижения необходимой точности получаемых результатов титриметрического анализа
Калибровка мерной посуды основана на определении точной массы вливаемой или выливаемой дистиллированной воды, которая определяется по результатам взвешивания посуды до и после вливания или выливания воды. Объем воды в калибруемой посуде (ее вместимость) и масса воды связаны соотношением:
где
- плотность воды при температуре опыта, г/мл.
Плотность воды зависит от температуры, поэтому при проведении расчетов следует использовать данные табл. 2-1.
Таблица 2-1. Значения плотности воды при соответствующей температуре
Мерные колбы калибруются на вливание, а бюретки и пипетки - на выливание, так как небольшие количества жидкости при выливании всегда остаются на стенках посуды.
3.1. Проверка вместимости мерных колб
Колбу тщательно моют, высушивают и взвешивают на аналитических весах с точностью до ±0,002 г. Затем заполняют ее водой (здесь и далее - дистиллированной) по нижнему мениску, удаляют фильтровальной бумагой капли воды в верхней части горлышка колбы и снова взвешивают. Каждое взвешивание пустой колбы и колбы с водой проводят не менее двух раз, при этом расхождение между двумя взвешиваниями не должно превышать ±0,005 г. Разность между массой колбы с водой и массой пустой колбы равна массе воды, вмещаемой колбой при данной температуре. Истинную вместимость колбы рассчитывают делением среднего значения массы воды на ее плотность при температуре опыта (см. табл. 2-1).
Например, пусть при калибровке мерной колбы с номинальным объемом 100 мл среднее значение массы воды при 18 °C равно 99,0350 г. Тогда истинная вместимость мерной колбы равна:
3.2. Проверка вместимости бюреток
Бюретка представляет собой стеклянный цилиндр, внутренний диаметр которого может несколько изменяться по длине бюретки. Равным делениям на бюретке в различных ее частях соответствуют неравные объемы раствора. Именно поэтому при калибровке бюретки рассчитывают истинные объемы для каждого выбранного участка бюретки.
Чистую и высушенную бюретку заполняют водой до нулевой отметки по нижнему мениску и удаляют с помощью фильтровальной бумаги капли воды с внутренней поверхности верхней части бюретки. Затем под бюретку подставляют бюкс, предварительно взвешенный с крышкой на аналитических весах. В бюкс медленно сливают из бюретки определенный объем воды (например, 5 мл). После этого бюкс закрывают крышкой и снова взвешивают. Разность массы бюкса с водой и пустого бюкса равна массе воды, вмещаемой в бюретке между делениями 0 и 5 мл при температуре опыта. Затем бюретку снова заполняют водой до нулевой отметки по нижнему мениску, медленно сливают 10 мл воды в пустой бюкс и аналогичным методом определяют массу воды, вмещаемую в бюретке между делениями 0 и 10 мл. При калибровке бюретки, например, на 25 мл такую операцию проводят 5 раз и рассчитывают массу воды, соответствующую указанным на бюретке номинальным объемам 5, 10, 15, 20 и 25 мл. Каждое взвешивание пустого бюкса и бюкса с водой повторяют не менее двух раз, при этом расхождение между двумя взвешиваниями не должно превышать ±0,005 г.
Затем по табл. 2-1 определяют плотность воды при температуре опыта и рассчитывают истинную вместимость бюретки для каждого указанного на ней значения номинального объема.
На основе полученных данных рассчитывают величину поправки равную разности между рассчитанным значением истинной вместимости и соответствующим значением номинального объема бюретки:
и затем вычерчивают кривую ошибок вместимости бюретки в координатах
(рис. 2-1).
Например, пусть при калибровке бюретки вместимостью 25 мл при температуре 20 °C получены следующие экспериментальные данные, которые вместе с результатами соответствующих расчетов представлены в табл. 2-2.
На основе полученных табличных данных вычерчивают кривую поправок вместимости для данной бюретки, с использованием которой можно уточнить результаты отсчета по бюретке.
Таблица 2-2. Результаты калибровки бюретки вместимостью 25 мл
Рис. 2-1. Кривая поправок вместимости бюретки
Например, пусть на титрование аликвотной доли определяемого вещества по результатам отсчета по бюретке израсходовано 7,50 мл титранта. В соответствии с графиком (см. рис. 2-1) величина поправки, соответствующая этому номинальному объему, равна 0,025 мл, истинный объем израсходованного титранта равен: 7,50 - 0,025 = 7,475 мл.
3.3. Проверка вместимости пипеток
Чистую и взвешенную на аналитических весах пипетку заполняют водой до нулевой отметки по нижнему мениску и затем воду медленно
сливают по стенке в предварительно взвешенный бюкс. Бюкс закрывают крышкой и взвешивают вместе с водой. Каждое взвешивание пустого бюкса и бюкса с водой повторяют не менее двух раз, при этом расхождение между двумя взвешиваниями не должно превышать ±0,005 г. Разность массы бюкса с водой и пустого бюкса равна массе воды, вмещаемой пипеткой. Истинную вместимость пипетки рассчитывают делением средней массы воды на плотность воды при температуре опыта (см. табл. 2-1).
4. Типовые расчеты в титриметрическом анализе
4.1. Способы выражения концентраций, применяемые для расчетов в титриметрическом анализе
4.1.1. Молярная концентрация вещества с (А), моль/л - количество вещества А в моль, содержащееся в 1 л раствора:
(2.1)
где
- количество вещества А в моль, растворенное в V (А) л
раствора.
4.1.2. Молярная концентрация эквивалента вещества 
, моль/л - количество вещества эквивалента А в моль, содержащееся в 1 л раствора (прежнее название - «нормальность» раствора):
(2.2)
где
- количество вещества эквивалента А в моль,
растворенное в V (А) л раствора; 
- молярная масса эквивалента ве-
щества А, г/моль;- фактор эквивалентности вещества.
4.1.3. Титр вещества T (А), г/мл - масса растворенного вещества А в граммах, содержащаяся в 1 мл раствора:
4.1.4. Титриметрический фактор пересчета
I,
г/мл - масса определяемого вещества в граммах, взаимодействующая с 1 мл титранта:
(2.4)
4.1.5. Поправочный коэффициент F - величина, показывающая, во сколько раз практические концентрации титранта отличаются от соответствующих теоретических значений, заданных в методике:
(2.5)
4.2. Вычисление молярной массы эквивалента веществ в реакциях, применяемых в титриметрическом анализе
Эквивалентом называется реальная или условная частица, которая может присоединять или отдавать один ион водорода Н+ (или быть другим образом эквивалентной ему в кислотно-основных реакциях) либо присоединять или отдавать один электрон в окислительновосстановительных реакциях.
Фактор эквивалентности
- число, обозначающее, какую
долю эквивалент составляет от реальной частицы вещества А. Фактор эквивалентности рассчитывается на основании стехиометрии данной реакции:
где Z - число протонов, отдаваемых или присоединяемых одной реагирующей частицей (молекулой или ионом) в кислотно-основной реакции, или число электронов, отдаваемых или принимаемых одной реагирующей частицей (молекулой или ионом) в полуреакции окисления или восстановления.
Молярная масса эквивалента вещества - масса одного моль эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества, г/моль. Она может быть рассчитана по формуле:
(2.6)
4.3. Приготовление раствора методом разбавления более концентрированного раствора с известной концентрацией
При проведении титриметрического анализа в ряде случаев требуется приготовить раствор вещества А объемом
с примерно известной концентрацией путем разбавления более концентрированного раствора.
При разбавлении раствора водой количество вещества А или количество вещества эквивалента А не меняется, поэтому в соответствии с выражениями (2.1) и (2.2) можно записать:
(2.7) 
(2.8)
где индексы 1 и 2 относятся к растворам до и после разбавления соответственно.
Из полученных соотношений рассчитывают объем более концентрированного раствора
, который необходимо отмерить для приготовления заданного раствора.
4.4. Приготовление заданного объема раствора по навеске с точно известной массой
4.4.1. Расчет массы навески
Теоретическая масса навески стандартного вещества А, необходимая для приготовления заданного объема раствора с известной концентрацией, рассчитывается из выражений (2.1) и (2.2). Она равна:
(2.9)
если используется молярная концентрация вещества в растворе, и:
(2.10)
если используется молярная концентрация эквивалента вещества в растворе.
4.4.2. Расчет точной концентрации приготовленного раствора
Концентрацию раствора вещества А, приготовленного по точной навеске массой m (А), рассчитывают из соотношений (2.1-2.3), где т(А) - практическая масса вещества А, взятая по разности двух взвешиваний на аналитических весах.
4.5. Расчет концентрации титранта при его стандартизации
Известный объем стандартного раствора объемом
с концентрацией 
титруют раствором титранта объемом V (Т)
(или наоборот). В этом случае для реакции, протекающей в растворе в процессе титрования
, закон эквивалентов имеет вид:
и
Отсюда получают выражение для расчета молярной концентрации эквивалента титранта по результатам титрования:
(2.12)
4.6. Расчет массы определяемого вещества в анализируемом растворе 4.6.1. Прямое титрование
Определяемое вещество в анализируемом растворе титруется непосредственно титрантом.
4.6.1.1. Расчет с использованием молярной концентрации эквивалента титранта
Аликвотную долю раствора определяемого вещества
титруют
раствором титранта объемом V(T). В этом случае для реакции, протекающей в растворе в процессе титрования:
закон эквивалентов имеет вид: 
и
(2.13)
Отсюда молярная концентрация эквивалента определяемого вещества, рассчитанная по результатам титрования, равна:
(2.14)
Полученное выражение подставляют в уравнение (2.2) и получают формулу для расчета массы определяемого вещества в колбе объемом 
по результатам прямого титрования:
(2.15)
Если при титровании часть титранта расходуется на реакцию с индикатором, проводят «холостой опыт» и определяют объем титранта V" (Т),
израсходованный на титрование индикатора. При расчетах этот объем вычитают из объема титранта, который пошел на титрование раствора определяемого вещества. Такая поправка вносится при проведении «холостого опыта» во все расчетные формулы, применяемые в титриметрическом анализе. Например, формула (2.15) для расчета массы определяемого вещества с учетом «холостого опыта» будет иметь вид:
(2.16)
4.6.1.2. Расчет с использованием титриметрического фактора пересчета
Имеем анализируемый раствор объемом
На титрование алик-
вотной доли
раствора определяемого вещества израсходован объем титранта V (Т)
с теоретическим титриметрическим фактором пересчета 
и поправочным коэффициентом F.
Тогда масса определяемого вещества в аликвотной доле равна:
(2.17)
а во всем анализируемом объеме
(2.18)
4.6.2. Заместительное титрование
добавляют заведомый избыток реагента А и выделяется заместитель В в количестве, эквивалентном определяемому веществу:
Заместитель В титруется подходящим титрантом:
Закон эквивалентов для заместительного титрования:
с использованием соотношения (2.8) можно записать в виде:
Отсюда получают формулу для расчета молярной концентрации эквивалента определяемого вещества в растворе по результатам заместительного титрования:
которая имеет такой же вид, как и при прямом титровании (2.14). Именно поэтому все расчеты массы определяемого вещества в анализируемой задаче при заместительном титровании производят по формулам (2.15- 2.18) для прямого титрования. 4.6.3. Обратное титрование
К аликвотной доле определяемого вещества
добавляют известный
избыток первого титранта
:
Затем избыток непрореагировавшего первого титранта оттитровывают вторым титрантомпри этом расходуется объем
:
Закон эквивалентов в данном случае можно записать в виде:
Отсюда рассчитывают молярную концентрацию эквивалента вещества Х в растворе:
(2.19)
Подставляют полученное выражение в уравнение (2.2) и получают формулу для расчета массы определяемого вещества в анализируемом растворе, равном объему колбы, по результатам обратного титрования:
5. Выполнение и обеспечение практических работ по титриметрическому анализу
5.1. Общие положения
При изучении раздела «Титриметрический анализ» предусмотрено проведение работ по следующим темам.
Тема I. Методы кислотно-основного титрования.
Тема II. Методы окислительно-восстановительного титрования.
Тема III. Методы осадительного титрования.
Тема IV. Методы комплексонометрического титрования.
Занятие 1. Приготовление раствора хлороводородной кислоты и его стандартизация.
Занятие 2. Определение массы щелочи в растворе. Определение массы карбонатов в растворе. Определение массы щелочи и карбоната в растворе при совместном присутствии.
Занятие 3. Определение массы аммиака в растворах аммониевых солей.
а) Тест-контроль 1.
б) Определение массы аммиака в растворах аммониевых солей. Занятие 4. Перманганатометрическое титрование.
а) Письменная контрольная работа 1.
б) Определение массы водорода пероксида в растворе.
в) Определение массы железа(II) в растворе соли. Определение массовой доли железа(II) в образце соли.
Занятие 5. Йодометрическое титрование.
а) Определение массы водорода пероксида в растворе.
б) Определение массы меди(II) в растворе. Занятие 6. Йодиметрическое титрование.
Занятие 7. Броматометрическое титрование. Определение массы мышьяка(III) в растворе.
Занятие 8. Бромометрическое титрование. Определение массовой доли натрия салицилата в препарате.
Занятие 9. Нитритометрическое титрование.
а) Тест-контроль 2.
б) Определение массовой доли новокаина в препарате. Занятие 10. Аргентометрическое титрованиеи гексацианоферратоме-
трическое титрование.
а) Письменная контрольная работа 2.
б) Определение массы калия бромида и калия йодида в растворе методами аргентометрического титрования.
в) Определение массы цинка в растворе методом гексацианоферратометрического титрования.
Занятие 11. Комплексонометрическое определение массы цинка и свинца в растворе.
а) Тест-контроль 3.
б) Определение массы цинка и свинца в растворе.
Занятие 12. Комплексонометрическое определение железа(III) и кальция в растворе.
а) Письменная контрольная работа 3.
б) Определение массы железа(III) и кальция в растворе.
В зависимости от конкретной ситуации допускается проведение некоторых работ в течение не одного, а двух занятий. Возможно также смещение сроков проведения тест-контролей и письменных контрольных работ.
В конце каждой темы приводятся примеры тестовых пунктов для промежуточного контроля знаний студентов, содержание итоговой письменной контрольной работы, пример билета письменной контрольной работы.
В конце каждого занятия студент оформляет протокол, который включает дату и название выполненной работы, сущность методики, порядок выполнения работы, полученные экспериментальные данные, расчеты, таблицы, выводы. Все расчеты результатов анализа (концентрация раствора, масса определяемого вещества) студенты выполняют с точностью до четвертой значащей цифры, за исключением случаев, особо оговоренных по тексту.
Промежуточный контроль практических навыков и теоретических знаний осуществляется с помощью тестового контроля и письменных контрольных работ.
5.2. Материальное обеспечение занятий по титриметрическому анализу
Лабораторная посуда: бюретки вместимостью 5 мл, мерные пипетки вместимостью 2 и 5 мл, мерные колбы вместимостью 25, 50, 100 и 250 мл, конические колбы вместимостью 10-25 мл, стеклянные бюксы, стеклянные воронки диаметром 20-30 мм, склянки из обычного или темного стекла вместимостью 100, 200 и 500 мл, мерные цилиндры вместимостью 10, 100 мл.
Реактивы: в работе применяются реактивы квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.», индикаторная бумага.
Приборы: весы аналитические с разновесами, весы технические с разновесами, сушильный шкаф, лабораторный термометр со шкалой 20-100 °C, штативы с лапками для закрепления бюреток и кольцами для асбестовых сеток, газовые горелки, водяные бани.
Вспомогательные материалы и принадлежности: моющие средства (сода, моющие порошки, хромовая смесь), ерши для мытья посуды, резиновые груши, асбестовые сетки, канцелярский клей, карандаши по стеклу, фильтровальная бумага.
Список литературы
1.Лекции для студентов по разделу «Титриметрический анализ».
2.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): В 2 т.- изд. 5-е - М.: Высшая школа, 2010 (далее именуется «Учебник»).
3.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии.- М.: Химия, 1989 (далее именуется «Справочник»).
4.Джабаров Д.Н. Сборник упражнений и задач по аналитической химии.- М.: Русский врач, 2007.
Введение
Лабораторный практикум выполняется после изучения теоретического курса «Аналитическая химия и ФХМА» и служит для закрепления и углубления полученных знаний.
Задачей количественного анализа является определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте . В этом курсе рассматриваются основные методы титриметрического (объемного) анализа, способы титрования и их практическое применение.
Прежде чем приступить к выполнению лабораторного практикума, студенты проходят инструктаж по технике безопасности. Перед выполнением каждой работы студент должен сдать коллоквиум по разделам, указанным преподавателем, а также по методике проведения анализа. Для этого необходимо:
1) повторить соответствующий раздел курса;
2) подробно ознакомиться с методикой проведения работы;
3) составить уравнения химических реакций, лежащих в основе проводимого химического анализа;
4) изучить особенности проведения анализа с точки зрения техники безопасности.
По результатам работы студенты составляют отчёт, в котором должны быть указаны:
· название работы;
· цель работы;
· теоретические основы метода: сущность метода, основное уравнение, расчеты и построение кривых титрования, выбор индикатора;
· реактивы и оборудование, используемые в ходе проведения работы;
· методика анализа:
Приготовление первичных стандартов;
Приготовление и стандартизация рабочего раствора;
Определение содержания исследуемого вещества в растворе;
· экспериментальные данные;
· статистическая обработка результатов анализа;
· выводы.
ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Титриметрический метод анализа основан на измерении объема реагента точно известной концентрации (титранта), затраченного на химическую реакцию с определяемым веществом.
Процедура определения (титрование) состоит в том, что к точно известному объему раствора определяемого вещества с неизвестной концентрацией из бюретки по каплям добавляют титрант, до наступления точки эквивалентности.
где X – определяемое вещество; R – титрант, P – продукт реакции.
Точка эквивалентности (т.э.) – это теоретическое состояние раствора, наступающее в момент добавления эквивалентного количества титранта R к определяемому веществу X . На практике титрант добавляют к определяемому веществу до достижения конечной точкой титрования (к.т.т.), под которой понимают при визуальной индикации точки эквивалентности момент изменения окраски индикатора, добавленного в раствор. Кроме визуальной индикации точка эквивалентности может быть зарегистрирована инструментальными способами. В этом случае под конечной точкой титрования (к.т.т.) понимают момент резкого изменения физической величины, измеряемой в процессе титрования (сила тока, потенциал, электропроводность и т. д.).
В титриметрическом методе анализа используются следующие типы химических реакций: реакции нейтрализации, реакции окисления-восстановления, реакции осаждения и реакции комплексообразования.
В зависимости от типа применяемой химической реакции различают следующие методы титриметрического анализа:
– кислотно-основное титрование;
– осадительное титрование;
– комплексонометрическое титрование или комплексонометрия;
– окислительно-восстановительное титрование или редоксиметрия.
К реакциям, применяемым в титриметрическом методе анализа, предъявляют следующие требования:
· реакция должна протекать в стехиометрических соотношениях, без побочных реакций;
· реакция должна протекать практически необратимо (≥ 99,9 %), константа равновесия реакции К р >10 6 , образующиеся осадки должны иметь растворимость S < 10 -5 моль/дм 3 , а образующиеся комплексы – К уст > 10 -6 ;
· реакция должна протекать с достаточно большой скоростью;
· реакция должна протекать при комнатной температуре;
· точка эквивалентности должна фиксироваться четко и надежно каким-либо способом.
Способы титрования
В любом методе титриметрического анализа существует несколько способов титрования. Различают прямое титрование, обратное титрование и титрование по замещению .
Прямое титрование – к раствору определяемого вещества добавляют по каплям титрант до достижения точки эквивалентности.
Схема титрования: X + R = P .
Закон эквивалентов для прямого титрования:
C (1/ z) Х V Х = C (1/ z) R V R . (2)
Количество (массу) определяемого вещества, содержащееся в исследуемом растворе, вычисляют, используя закон эквивалентов (для прямого титрования)
m Х = C (1/z)R V R M (1/z) Х ٠10 -3 , (3)
где C (1/ z) R – молярная концентрация эквивалента титранта, моль/дм 3 ;
V R – объем титранта, см 3 ;
M (1/ z ) Х – молярная масса эквивалента определяемого вещества;
C (1/ z) Х – молярная концентрация эквивалента определяемого вещества, моль/дм 3 ;
V Х – объем определяемого вещества, см 3 .
Обратное титрование
– используют два титранта. Сначала
к анализируемому раствору добавляют точный объем первого титранта (R 1
), взятый в избытке. Остаток непрореагировавшего титранта R 1 оттитровывают вторым титрантом (R 2
). Количество титранта R 1
, израсходованного
на взаимодействие с анализируемым веществом (Х
) определяют по разности между добавленным объемом титранта R 1
(V 1
) и объемом титранта R 2
(V 2
) затраченного на титрование остатка титранта R 1
.
Схема титрования: X + R 1 фиксированный избыток = P 1 (R 1 остаток).
R 1 остаток + R 2 = P 2 .
При использовании обратного титрования закон эквивалентов записывается следующим образом:
Массу определяемого вещества в случае обратного титрования вычисляют по формуле
Способ обратного титрования применяется в тех случаях, когда для прямой реакции невозможно подобрать подходящий индикатор или она протекает с кинетическими затруднениями (низкая скорость химической реакции).
Титрование по замещению (косвенное титрование) – применяют в тех случаях, когда прямое или обратное титрование определяемого вещества невозможно или вызывает затруднения либо отсутствует подходящий индикатор.
К определяемому веществу Х добавляют какой-либо реагент А в избытке, при взаимодействии с которым выделяется эквивалентное количество вещества Р . Затем продукт реакции Р оттитровывают подходящим титрантом R .
Схема титрования: X + А избыток = P 1.
P 1 + R = P 2.
Закон эквивалентов для титрования по замещению записывают следующим образом:
Так как число эквивалентов определяемого вещества Х и продукта реакции Р одинаковы, расчет массы определяемого вещества в случае косвенного титрования вычисляют по формуле
m Х = C (1/z) R V R M (1/z) Х ٠10 -3 . (7)
Реактивы
1. Янтарная кислота Н 2 С 4 Н 4 О 4 (х.ч.) – первичный стандарт.
2. Раствор гидроксида натрия NaOH с молярной концентрацией
~2,5 моль/дм 3
3. Н 2 О дистиллированная.
Оборудование студенты описывают самостоятельно.
Ход выполнения работы:
1. Приготовление первичного стандарта янтарной кислоты HOOCCH 2 CH 2 COOH.
Янтарную кислоту готовят объемом 200,00 см 3 с молярной концентрацией эквивалента 
моль/дм 3 .
г/моль.
Уравнение реакции:
Взятие навески (взвешивание):
Масса навески
Навеску количественно
переносят в мерную колбу (
см 3), добавляют 50 – 70 см 3 дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения янтарной кислоты, доводят до метки дистиллированной водой
и тщательно перемешивают.
рассчитывают
по формуле
Реактивы
1. Карбонат натрия Na 2 CO 3 (х.ч.) – первичный стандарт.
2. Н 2 О дистиллированная.
3. Хлороводородная кислота НСl концентрации 1:1 (r=1,095 г/см 3).
4. Кислотно-основной индикатор (выбирают по кривой титрования).
5. Смешанный индикатор – метиловый оранжевый и метиленовый синий.
Ход выполнения работы:
1. Приготовление первичного стандарта карбоната натрия (Na 2 CO 3).
Раствор карбоната натрия готовят объёмом 200,00 см 3 с молярной концентрацией эквивалента 
моль/дм 3 .
Расчет массы навески, г: (масса берется с точностью до четвертого знака после запятой).
Уравнения реакции:
1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl
2) NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2
_____________________________________
Na 2 CO 3 +2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2
H 2 CO 3 – слабая кислота (K a1 = 10 -6,35 , K a2 = 10 -10,32).
Взятие навески (взвешивание):
Масса часового стекла (стакана)
Масса часового стекла (стакана) с навеской
Масса навески
Навеску количественно
переносят в мерную колбу ( см 3), добавляют 50 – 70 см 3 дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения карбоната натрия, доводят до метки дистиллированной водой
и тщательно перемешивают.
Фактическую концентрацию первичного стандарта
рассчитывают
по формуле
2. Приготовление и стандартизация титранта (раствора HCl)
Раствор хлороводородной кислоты готовят объемом примерно 500 см 3
с молярной концентрацией эквивалента примерно 0,05÷0,06 моль/дм 3)
Титрант – раствор хлороводородной кислоты приблизительной концентрацией 0,05 моль/дм 3 готовят из хлороводородной кислоты, разбавленной 1:1 (r=1,095 г/см 3).
Стандартизацию раствора HCl проводят по первичному стандарту Na 2 CO 3 прямым титрованием, способом пипетирования.
Индикатор выбирают по кривой титрования карбоната натрия хлороводородной кислотой (рис. 4).
Рис. 4. Кривая титрования 100,00 см 3 раствора Na 2 CO 3 с С = 0,1000 моль/дм 3 раствором HCl с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3
При титровании до второй точки эквивалентности используют индикатор метиловый оранжевый, 0,1%-ный водный раствор (рТ = 4,0). Изменение окраски от желтой до оранжевой (цвет «чайной розы»). Интервал перехода
(рН = 3,1 – 4,4) .
Схема 3. Стандартизация раствора HCl
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту 25,00 см 3 стандартного раствора Na 2 CO 3 (пипеткой), добавляют 2 – 3 капли метилового оранжевого, разбавляют водой до 50 – 75 см 3 и титруют раствором хлороводородной кислоты до перехода окраски из желтой в цвет «чайной розы» от одной капли титранта. Титрование проводят в присутствии «свидетеля» (исходный раствор Na 2 CO 3 с индикатором). Результаты титрования заносят в табл. 4. Концентрацию хлороводородной кислоты определяют по закону эквивалентов: .
Таблица 4
Результаты стандартизации раствора соляной кислоты
Задачи
1. Сформулируйте понятие эквивалента в кислотно-основных реакциях . Вычислите величину эквивалентов соды и фосфорной кислоты в следующих реакциях:
Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 +NaCl
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O
H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O
H 3 PO 4 + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + H 2 O
H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O
2. Напишите уравнения реакций между соляной кислотой, серной кислотой, гидроксидом натрия, гидроксидом алюминия, карбонатом натрия, гидрокарбонатом калия и рассчитайте эквивалентную массу этих веществ.
3. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 гидроксидом натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 . Выберите возможные индикаторы
4. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 акриловой кислоты (CH 2 =CHCOOH, pK a
= 4,26) с молярной концентрацией эквивалента
0,1 моль/дм 3 гидроксидом натрия с молярной концентрацией эквивалента
0,1 моль/дм 3 . Как изменяется состав раствора в процессе титрования? Выберите возможные индикаторы и рассчитайте индикаторную погрешность титрования.
5. Постройте кривую титрования гидразина (N 2 H 4 +H 2 O, pK b
= 6,03)
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 соляной кислотой
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 . В чем сходство
и различие расчетов рН и кривой титрования в сравнении с кривой титрования слабой кислоты щелочью? Выберите возможные индикаторы
и рассчитайте индикаторную погрешность титрования.
6. Вычислите коэффициенты активности и активные концентрации ионов
в 0,001 М растворе сульфата алюминия, 0,05 М карбоната натрия, 0,1 М хлорида калия.
7. Вычислите рН 0,20 М раствора метиламина, если его ионизация в водном растворе описывается уравнением
В + Н 2 О = ВН + + ОН - , К b = 4,6 ×10 - 3 , где В – основание.
8. Вычислить константу диссоциации хлорноватистой кислоты HOCl, если 1,99 × 10 - 2 М раствор имеет рН = 4,5.
9. Вычислите рН раствора, содержащего 6,1 г/моль гликолевой кислоты (СH 2 (OH)COOH, К а = 1,5 × 10 - 4).
10. Вычислите рН раствора, полученного смешением 40 мл 0,015 М раствора хлороводородной кислоты с:
а) 40 мл воды;
б) 20 мл 0,02 М раствора гидроксида натрия;
в) 20 мл 0,02 М раствора гидроксида бария;
г) 40 мл 0,01 М раствора хлорноватистой кислоты, К а =5,0 × 10 - 8 .
11. Вычислите концентрацию ацетат-иона в растворе уксусной кислоты
c массовой долей 0,1 %.
12. Вычислите концентрацию иона аммония в растворе аммиака c массовой долей 0,1 %.
13. Рассчитайте массу навески карбоната натрия, необходимую для приготовления 250,00 мл 0,5000 М раствора .
14. Рассчитайте объем раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 11 моль/л и объем воды, которые необходимо взять для приготовления 500 мл 0,5 М раствора соляной кислоты.
15. В 300 мл 0,3 %-ного раствора хлороводородной кислоты растворили 0,15 г металлического магния. Вычислите молярную концентрацию ионов водорода, магния и хлора в полученном растворе.
16. При смешении 25,00 мл раствора серной кислоты с раствором хлорида бария получено 0,2917 г сернокислого бария. Определите титр раствора серной кислоты.
17. Вычислить массу карбоната кальция, вступившего в реакцию
с 80,5 ммоль хлороводородной кислоты.
18. Сколько граммов однозамещенного фосфата натрия надо добавить
к 25,0 мл 0,15 М раствора гидроксида натрия, чтобы получить раствор с рН=7? Для фосфорной кислоты pK а1
= 2,15; pK а2
= 7,21; pK а3 =
12,36.
19. На титрование 1,0000 г дымящейся серной кислоты, тщательно разбавленной водой, расходуется 43,70 мл 0,4982 М раствора гидроксида натрия. Известно, что дымящаяся серная кислота содержит серный ангидрид, растворенный в безводной серной кислоте. Вычислить массовую долю серного ангидрида в дымящей серной кислоте.
20. Абсолютная погрешность измерения объема с помощью бюретки составляет 0,05 мл. Рассчитать относительную погрешность измерения объемов в 1; 10 и 20 мл.
21. В мерной колбе вместимостью 500,00 мл приготовлен раствор
из навески 2,5000 г карбоната натрия. Вычислить:
а) молярную концентрацию раствора;
б) молярную концентрацию эквивалента (½ Na 2 CO 3);
в) титр раствора;
г) титр по соляной кислоте.
22. Какой объем 10 %-ного раствора карбоната натрия плотностью
1,105 г/см 3 нужно взять для приготовления:
а) 1 л раствора с титром ТNa 2 CO 3 = 0,005000 г/см 3 ;
б) 1 л раствора с ТNa 2 CO 3 /HCl = 0,003000 г/см 3 ?
23. Какой объем соляной кислоты с массовой долей 38,32 % и плотностью 1,19 г/см 3 следует взять для приготовления 1500 мл 0,2 М раствора?
24. Какой объем воды нужно добавить к 1,2 л 0,25 М HCl, чтобы приготовить 0,2 М раствор?
25. Из 100 г технического гидроксида натрия, содержащего 3 % карбоната натрия и 7 % индифферентных примесей, приготовили 1л раствора. Вычислить молярную концентрацию и титр по соляной кислоте полученного щелочного раствора, считая, что карбонат натрия титруется до угольной кислоты.
26. Имеется образец, в котором может содержаться NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 или смесь названных соединений массой 0,2800 г. Пробу растворили в воде.
На титрование полученного раствора в присутствии фенолфталеина расходуется 5,15 мл, а в присутствии метилового оранжевого – 21,45 мл соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1520 моль/л. Определить состав образца и массовые доли компонентов в образце.
27. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 0,1000 М раствора аммиака 0,1000 М раствором соляной кислоты, обоснуйте выбор индикатора.
28. Вычислите рН точки эквивалентности, начала и конца титрования 100,00 см 3 0,1000 М раствора малоновой кислоты (HOOCCH 2 COOH) 0,1000 М раствором гидроксида натрия (рК а 1 =1,38; рК а 2 =5,68).
29. На титрование 25,00 см 3 раствора карбоната натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,05123 моль/дм 3 пошло 32,10 см 3 соляной кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.
30. Сколько мл 0,1 М раствора хлорида аммония необходимо добавить
к 50,00 мл 0,1 М раствора аммиака, чтобы получился буферный раствор
с рН=9,3.
31. Смесь серной и фосфорной кислот перенесли в мерную колбу объемом 250,00 см 3 . Для титрования взяли две пробы по 20,00 см 3 , одну оттитровали раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента
0,09940 моль/дм 3 с индикатором метилоранжем, а вторую с фенолфталеином. Расход гидроксида натрия в первом случае составил 20,50 см 3 , а во втором 36,85 см 3 . Определите массы серной и фосфорной кислот в смеси.
В комплексонометрии
До точки эквивалентности =(C M V M – C ЭДТА V ЭДТА)/(V М +V ЭДТА). (21)
В точке эквивалентности = 
. (22)
После точки эквивалентности = 
. (23)
На рис. 9 показаны кривые титрования иона кальция в буферных растворах с различными значениями рН. Видно, что титрование Са 2+ возможно только при рН ³ 8.
Реактивы
2. Н 2 О дистиллированная.
3. Стандартный раствор Mg (II) с молярной концентрацией
0,0250 моль/дм 3 .
4. Аммиачный буфер с рН = 9,5.
5. Раствор гидроксида калия КОН с массовой долей 5%.
6. Эриохром черный Т, индикаторная смесь.
7. Калькон, индикаторная смесь.
Теоретические основы метода:
Метод основан на взаимодействии ионов Са 2+ и Мg 2+ с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na 2 H 2 Y 2 или Na-ЭДТА) с образованием прочных комплексов в молярном отношении M:L=1:1 в определённом интервале рН.
Для фиксирования точки эквивалентности при определении Са 2+ и Мg 2+ используют калькон и эриохром черный Т.
Определение Са 2+ проводят при рН ≈ 12, при этом Mg 2+ находится
в растворе в виде осадка гидроксида магния и не титруется ЭДТА.
Mg 2+ + 2OH - = Mg(OH) 2 ↓
Са 2+ + Y 4- « CaY 2-
При рН ≈ 10 (аммиачный буферный раствор) Мg 2+ и Са 2+ находятся
в растворе в виде ионов и при добавлении ЭДТА титруются совместно.
Ca 2+ + HY 3- « CaY 2- + H +
Mg 2+ + HY 3- « MgY 2- +H +
Для определения объема ЭДТА, затраченного на титрование Mg 2+ ,
из суммарного объёма, пошедшего на титрование смеси при рН ≈ 10, вычитают объём, пошедший на титрование Са 2+ при рН ≈ 12.
Для создания рН ≈ 12 применяют 5% – ный раствор KOH, для создания
рН ≈ 10 используют аммиачный буферный раствор (NH 3 ×H 2 O + NH 4 Cl).
Ход выполнения работы:
1. Стандартизация титранта – раствора ЭДТА (Na 2 H 2 Y)
Раствор ЭДТА готовят приблизительной концентрации 0,025 М
из ≈ 0,05 М раствора, разбавляя его дистиллированной водой в 2 раза. Для стандартизации ЭДТА применяют стандартный раствор MgSO 4
c концентрацией 0,02500 моль/дм 3 .
Схема 5. Стандартизация титранта – раствора ЭДТА
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают 20,00 cм 3 стандартного раствора MgSO 4 c концентрацией 0,02500 моль/дм 3 , добавляют ~ 70 см 3 дистиллированной воды, ~ 10 см 3 аммиачного буферного раствора с рН ~ 9,5 – 10 и вносят индикатор эриохром чёрный Т около 0,05 г
(на кончике шпателя). При этом раствор окрашивается в винно-красный цвет. Раствор в колбе медленно титрируют раствором ЭДТА до перехода окраски из винно-красной в зелёную. Результаты титрования заносят в табл. 6. Концентрацию ЭДТА определяют по закону эквивалентов: 
.
Таблица 6
Результаты стандартизации раствора ЭДТА
2. Определение содержания Са 2+
Кривые титрования Са 2+ раствором ЭДТА при рН=10 и рН=12 строят самостоятельно.
Раствор задачи в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.
Схема 6. Определение содержания Са 2+ в растворе
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту исследуемого раствора 25,00 см 3 , содержащую кальций и магний, добавляют ~ 60 см 3 воды, ~ 10 см 3 5% – ного раствора КОН. После выпадения аморфного осадка Mg(OH) 2 ↓ в раствор вносят индикатор калькон около 0,05 г (на кончике шпателя) и медленно титруют раствором ЭДТА до перехода окраски из розовой в бледно-голубую. Результаты титрования (V
1) заносят в табл.7.
Таблица 7
| № опыта | Объем ЭДТА, см 3 | Содержание Са 2+ в растворе, г | |
| 25,00 |  |
||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 |
3. Определение содержания Mg 2+
Кривую титрования Mg 2+ раствором ЭДТА при рН=10 строят самостоятельно.
Схема 7. Определение содержания Mg 2+ в растворе
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту 25,00 см 3 исследуемого раствора, содержащую кальций и магний, добавляют ~ 60 см 3 дистиллированной воды, ~ 10 см 3 аммиачного буферного раствора с рН ~ 9,5–10 и вносят индикатор эриохром чёрный Т около 0,05 г
(на кончике шпателя). При этом раствор окрашивается в винно-красный цвет. Раствор в колбе медленно титрируют раствором ЭДТА до перехода окраски из винно-красной в зелёную. Результаты титрования (V
2) заносят в табл. 8.
Таблица 8
Результаты титрования раствора, содержащего кальций и магний
| № опыта | Объем исследуемого раствора, см 3 | Объем ЭДТА, V ∑ , см 3 | Содержание Mg 2+ в растворе, г |
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 |
Реактивы
1. Раствор ЭДТА с молярной концентрацией ~ 0,05 моль/дм 3 .
2. Стандартный раствор Cu(II) с титром 2,00×10 -3 г/дм 3 .
3. Н 2 О дистиллированная.
4. Аммиачный буфер с рН~ 8 – 8,5.
5. Мурексид, индикаторная смесь.
Задачи
1. Вычислите α 4 для ЭДТА при pH=5, если константы ионизации ЭДТА следующие: K 1 =1,0·10 -2 , K 2 =2,1·10 -3 , K 3 =6,9·10 -7 , K 4 =5,5·10 -11 .
2. Постройте кривую титрования 25,00 мл 0,020 М раствора никеля 0,010 М раствором ЭДТА при pH=10, если константа устойчивости
К NiY = 10 18,62 . Вычислите p после добавления 0,00; 10,00; 25,00; 40,00; 50,00 и 55,00 мл титранта.
3. На титрование 50,00 мл раствора, содержащего ионы кальция
и магния, потребовалось 13,70 мл 0,12 М раствора ЭДТА при pH=12 и 29,60 мл при pH=10. Выразите концентрации кальция и магния в растворе в мг/мл.
4. При анализе в 1 л воды найдено 0,2173 г оксида кальция и 0,0927 г оксида магния. Вычислите, какой объём ЭДТА концентрации 0,0500 моль/л был затрачен на титрование.
5. На титрование 25,00 мл стандартного раствора, содержащего 0,3840 г сульфата магния, израсходовано 21,40 мл раствора трилона Б. Вычислите титр этого раствора по карбонату кальция и его молярную концентрацию.
6. На основании констант образования (устойчивости) комплексонатов металлов, приведенных ниже, оцените возможность комплексонометрического титрования ионов металлов при pH = 2; 5; 10; 12.
7. При титровании 0,01 М раствора Ca 2+ 0,01 М раствором ЭДТА при pH=10 константа устойчивости K CaY = 10 10,6 . Вычислите, какой должна быть условная константа устойчивости комплекса металла с индикатором при pH=10, если в конечной точке титрования =.
8. Константа кислотной ионизации индикатора, используемого при комплексонометрическом титровании, равна 4,8·10 -6 . Вычислите содержание кислотной и щелочной форм индикатора при pH = 4,9, если его общая концентрация в растворе составляет 8,0·10 -5 моль/л. Определите возможность использования данного индикатора при титровании раствора
с pH=4,9, если цвет его кислотной формы совпадает с цветом комплекса.
9. Для определения содержания алюминия в образце навеску образца 550 мг растворили и добавили 50,00 мл 0,05100 М раствора комплексона III. Избыток последнего оттитровали 14,40 мл 0,04800 М раствором цинка (II). Рассчитайте массовую долю алюминия в образце.
10. При разрушении комплекса, содержащего висмут и йодид-ионы, последние титруют раствором Ag(I), а висмут – комплексоном III.
Для титрования раствора, содержащего 550 мг образца, требуется 14,50 мл 0,05000 М раствора комплексона III, а на титрование йодид-иона, содержащегося в 440 мг образца, затрачивается 23,25 мл 0,1000 М раствора Ag(I). Рассчитайте координационное число висмута в комплексе, если йодид-ионы являются лигандом.
11.
Образец массой 0,3280 г, содержащий Pb, Zn, Cu, растворили
и перевели в мерную колбу на 500,00 см 3 . Определение вели в три этапа:
а) на титрование первой порции раствора объемом 10,00 см 3 , содержащего Pb, Zn, Cu, затрачено 37,50 см 3 0,0025 М раствора ЭДТА; б) во второй порции объемом 25,00 см 3 замаскировали Cu, а на титрование Pb и Zn израсходовано 27,60 см 3 ЭДТА; в) в третьей порции объемом 100,00 см 3 замаскировали Zn
и Cu, на титрование Pb затрачено 10,80 см 3 ЭДТА. Определите массовую долю Pb, Zn, Cu в образце.
Кривые титрования
В редоксметрии кривые титрования строят в координатах Е = f
(C R
),
они иллюстрируют графическое изменение потенциала системы в процессе титрования. До точки эквивалентности потенциал системы рассчитывается по отношению концентраций окисленной и восстановленной форм определяемого вещества (потому что до точки эквивалентности одна из форм титранта практически отсутствует), после точки эквивалентности – по отношению концентраций окисленной и восстановленной форм титранта (потому что после точки эквивалентности определяемое вещество оттитровано практически полностью).
Потенциал в точке эквивалентности определяется по формуле
, (26)
где – число электронов, участвующих в полуреакциях;
– стандартные электродные потенциалы полуреакций.
На рис. 10 представлена кривая титрования раствора щавелевой кислоты H 2 C 2 O 4 раствором перманганата калия KMnO 4 в кислой среде
( = 1 моль/дм 3).
Рис. 10. Кривая титрования 100,00 см 3 раствора щавелевой
кислоты H 2 C 2 O 4 с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3 раствором перманганата
калия KMnO 4 с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3 при =1 моль/дм 3
Потенциал полуреакции MnO 4 - + 5e + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O зависит от рН среды, так как в полуреакции участвуют ионы водорода.
Перманганатометрия
Титрантом является раствор перманганата калия KMnO 4 , являющийся сильным окислителем. Основное уравнение:
MnO 4 - +8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O, 
=+1,51 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 
г/моль.
В слабокислых, нейтральных и слабощелочных средах вследствие меньшего окислительно-восстановительного потенциала перманганат-ион восстанавливается до Mn +4 .
MnO 4 - +2H 2 O + 3e = MnО 2 ¯ + 4OH - , 
= +0,60 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 158,03/3= 52,68 г/моль.
В щелочной среде раствор перманганата калия восстанавливается
до Mn +6 .
MnO 4 - + 1e = MnO 4 2- , 
= +0,558 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 158,03 г/моль.
Для исключения побочных реакций титрование перманганатом калия проводят в кислой среде, которую создают серной кислотой. Соляную кислоту для создания среды применять не рекомендуется, так как перманганат калия способен окислять хлорид-ион.
2Cl - – 2e = Cl 2 , = +1,359 В.
Наиболее часто перманганат калия применяют в виде раствора
с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,05 – 0,1 моль/дм 3 . Он не является первичным стандартом в силу того, что водные растворы перманганата калия способны окислять воду и органические примеси в ней:
4MnO 4- + 2H 2 O = 4MnО 2 ¯+ 3O 2 + 4OH -
Разложение растворов перманганата калия ускоряется в присутствии диоксида марганца. Поскольку диоксид марганца является продуктом разложения перманганата, этот осадок оказывает автокаталитический эффект на процесс разложения.
Твердый перманганат калия, применяемый для приготовления растворов, загрязнен диоксидом марганца, поэтому приготовить раствор из точной навески нельзя. Для того чтобы получить достаточно устойчивый раствор перманганата калия, его после растворения навески KMnO 4 в воде оставляют в темной бутыли на несколько дней (или кипятят), а затем отделяют MnO 2 ¯ фильтрованием через стеклянный фильтр (применять бумажный фильтр нельзя, так как он реагирует с перманганатом калия, образуя диоксид марганца).
Окраска раствора перманганата калия настолько интенсивна,
что индикатор в этом методе не требуется. Для того чтобы придать заметную розовую окраску 100 см 3 воды, достаточно 0,02 – 0,05 см 3 раствора KMnO 4
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 (0,02 М). Окраска перманганата калия в конечной точке титрования неустойчивая и постепенно обесцвечивается в результате взаимодействия избытка перманганата
с ионами марганца (II), присутствующими в конечной точке в относительно большом количестве:
2MnO 4 - + 3Mn 2+ + 2H 2 O « 5MnО 2 ¯ + 4H +
Стандартизацию рабочего раствора KMnO 4 проводят по оксалату натрия или щавелевой кислоте (свежеперекристаллизованной и высушенной при 105°С).
Используют растворы первичных стандартов с молярной концентрацией эквивалента С (½ Na 2 C 2 O 4) = 0,1000 или 0,05000 моль/л.
C 2 O 4 2- – 2e ® 2CO 2 , = -0,49 В
Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Еще недавно этот вид анализа обычно называли объемным в связи с тем, что наиболее распространенным в практике способом измерения количества реактива являлось измерение объема раствора, израсходованного на реакцию. Сейчас под объемным анализом понимают совокупность методов, основанных на измерении объема жидкой, газовой или твердой фаз.
Название титриметрический связаго со словом титр, обозначающим концентрацию раствора. Титр показывает число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора.
Титрованный, или стандартный, раствор - раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование - прибавление титрованного раствора к анализируемому для определения точно эквивалентного количества. Титрующий раствор часто называют рабочим раствором или титрантом. Например, если кислота титруется щелочью, раствор щелочи называется титрантом. Момент титрования, когда количество добавленного титранта химически эквивалентно количеству титруемого вещества, называется точкой эквивалентности.
Реакции, применяемые в титриметрии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) реакция должна протекать количественно, т.е. константа равновесия реакции должна быть достаточно велика;
2) реакция должна протекать с большой скоростью;
3) реакция не должна осложняться протеканием побочных реакций;
4) должен существовать способ определения окончания реакции.
Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.
В титриметрии различают прямое, обратное и косвенное титрование.
В методах прямого титрования определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Для проведения анализа этим методом достаточно одного рабочего раствора.
В методах обратного титрования (или, как их еще называют, методах титрования по остатку) используются два титрованных рабочих раствора: основной и вспомогательный. Широко известно, например, обратное титрование хлорид-иона в кислых растворах. К анализируемому раствору хлорида сначала добавляют заведомый избыток титрованного раствора нитрата серебра (основного рабочего раствора). При этом происходит реакция образования малорастворимого хлорида серебра.
Не вступившее в реакцию избыточное количество вещества AgNO 3 оттитровывают раствором тиоцианата аммония (вспомогательного рабочего раствора).
Третьим основным видом титриметрических определений является титрование заместителя, или титрование по замещению (косвенное титрование). В этом методе к определяемому веществу добавляют специальный реагент, вступающий с ним в реакцию. Один из продуктов взаимодействия затем оттитровывают рабочим раствором. Например, при иодометрическом определении меди к анализируемому раствору добавляют заведомый избыток KI. Происходит реакция 2Cu 2+ +4I - =2CuI+ I 2 . Выделившийся иод оттитровывают тиосульфатом натрия.
Существует еще так называемое реверсивное титрование, при котором стандартный раствор реагента титруют анализируемым раствором.
Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, в соответствии с которым вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.
Во избежание каких-либо противоречий рекомендуется все реакции кислотно-основного взаимодействия привести к единой общей основе, которой может быть ион водорода. В окислительно-восстановительных реакциях количество реагирующего вещества удобно связать с числом электронов, принимаемых или отдаваемых веществом в данной полуреакции. Это позволяет дать следующее определение.
Эквивалентом называется некая реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образцом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
При использовании термина «эквивалент» всегда необходимо указывать, к какой конкретной реакции он относится. Эквивалент данного вещества являются не постоянными величинами, а зависят от стехиометрии реакции, в которой они принимают участие.
В титриметрическом анализе используют реакции различного типа: - кислотно-основного взаимодействия, комплексообразования и т.д., удовлетворяющие тем требованиям, которые предъявляются к титриметрическим реакциям. Тип реакции, протекающей при титровании положен в основу классификации титриметрических методов анализа. Обычно выделяют следующие методы титриметрического анализа.
1. Методы кислотно-основного взаимодействия связаны с процессом передачи протона:
2. Методы комплексообразования используют реакции образования координационных соединений:
3. Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений:
4. Методы окисления - восстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций:
Отдельные титриметрические методы получили название по типу основной реакции, протекающей при титровании или по названию титранта (например, в аргентометрических методах титрантом является раствор AgNO 3 , в перманганатометрических - раствор КМп0 4 и т.д.).
Методы титрования характеризуются высокой точностью: погрешность определений составляет 0,1 - 0,3%. Рабочие растворы устойчивы. Для индикации точки эквивалентности имеется набор разнообразных индикаторов. Среди титриметрических методов, основанных на реакциях комплексообразования, наибольшее значение имеют реакции с применением комплексонов. Устойчивые координационные соединения с комплексонами образуют почти все катионы, поэтому методы комплексонометрии универсальны и применимы к анализу широкого круга разнообразных объектов.
Метод кислотно-основного титрования основан на реакциях взаимодействия между кислотами и основаниями, то есть на реакции нейтрализации:
Н + + ОН - ↔ Н 2 О
Рабочими растворами метода являются растворы сильных кислот (HCl, H 2 S, НNОз и др.) или сильных оснований (NaOH, КОН, Ва(ОН) 2 и др.). В зависимости от титранта метод кислотно-основного титрования подразделяют на ацидиметрию , если титрантом является раствор кислоты, и алкалиметрию , если титрантом является раствор основания.
Рабочие растворы в основном готовят как вторичные стандартные растворы, поскольку исходные для их приготовления вещества не являются стандaртными, а затем их стандартизуют по стандартным веществам или стандартным растворам. Например: растворы кислот можно стандартизовать по стандартным веществам - натрия тетраборату Na 2 B 4 О 7 ∙10Н 2 О, натрия карбонату Nа 2 СО 3 ∙10Н 2 О или по стандартным растворам NaOH, КОН; а растворы оснований - по щавелевой кислоте Н 2 С 2 О 4 ∙Н 2 О, янтарной кислоте Н 2 С 4 Н 4 О 4 или по стандартным растворам HCl, H 2 SO 4 , НNО 3 .
Точка эквивалентности и конечная точка титрования . Согласно правилу эквивалентности титрование необходимо продолжать до тех пор, пока количество прибавленного реагента не станет эквивалентным содержанию определяемого вещества. Наступающий в процессе титрования момент, когда количecтвo стандартного раствора реагента (титранта) становится теоретически строго эквивалентным количеству определяемого вещества согласно определенному уравнению химической реакции, называют точкой эквивалентности .
Точку эквивалентности устанавливают различными способами, например по изменению окраски индикатора, прибавляемого в титруемый раствор. Момент, при котором происходит наблюдаемое изменение цвета индикатора, называют конечной точкой титрования . Очень часто конечная точка титрования не совсем совпадает с точкой эквивалентности. Как правило, они отличаются друг от друга не более чем на 0,02-0,04 мл (1-2 капли) титранта. Это то количество титранта, которое необходимо для взаимодейcтвия с индикатором.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Титрование - это постепенное прибавление титрованного раствора реагента (титранта) к анализируемому раствору для определения точки эквивалентности. Титриметрический метод анализа основан на измерении объема реагента точно известной концентрации, затраченного на реакцию взаимодействия с определяемым веществом. Точка эквивалентности - момент титрования, когда достигнуто эквивалентное соотношение реагирующих веществ.
К реакциям, применяемым в количественном объемном анализе, предъявляют следующие требования:
1. Реакция должна протекать в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции и должна быть практически необратима. Результат реакции должен отражать количество анализируемого вещества. Константа равновесия реакции должна быть достаточно велика.
2. Реакция должна протекать без побочных реакций, иначе нельзя применять закон эквивалентов.
3. Реакция должна протекать с достаточно большой скоростью, т.е. за 1-3 секунды. Это главное достоинство титриметрического анализа.
4. Должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности. Окончание реакции должно определяться достаточно легко и просто.
Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.
1. системы
Отличительным признаком окислительно-восстановительных реакций является перенос электронов между реагирующими частицами - ионами, атомами, молекулами и комплексами, в результате чего изменяется степень окисления этих частиц, например
Поскольку электроны не могут накапливаться в растворе, одновременно должны проходить два процесса - потери и приобретения, т. е. процесс окисления одних и восстановления других частиц. Таким образом, любая окислительно-восстановительная реакция всегда может быть представлена в виде двух полуреакций:
аOx1 + bRed2 = аRed1 + bOx2
Исходная частица и продукт каждой полуреакции составляют окислительно-восстановительную пару или систему. В вышеприведенных полуреакциях Red1 является сопряженым с Ox1, а Ox2 сопряжен с Red1.
Потенциал любой окислительно-восстановительной системы, измеренный в стандартных условиях относительно водородного электрода, называют стандартным потенциалом (Е0) этой системы. Стандартный потенциал принято считать положительным, если система выступает в качестве окислителя и на водородном электроде протекает полуреакция окисления:
или отрицательным, если система играет роль восстановителя, а на водородном электроде происходит полуреакция восстановления:
Абсолютное значение стандартного потенциала характеризует «силу» окислителя или восстановителя.
Стандартный потенциал - термодинамическая стандартизированная величина - является очень важным физико-химическим и аналитическим параметром, позволяющим оценивать направление соответствующей реакции и рассчитывать активности реагирующих частиц в условиях равновесия.
Для характеристики окислительно-восстановительной системы в конкретных условиях пользуются понятием реального (формального) потенциала Е0", который соответствует потенциалу, установившемуся на электроде в данном конкретном растворе при равенстве 1 моль/л исходных концентраций окисленной и восстановленной форм потенциалопределяющих ионов и зафиксированной концентрации всех прочих компонентов раствора.
Реальные потенциалы с аналитической точки зрения более ценны, чем стандартные потенциалы, так как истинное поведение системы определяется не стандартным, а реальным потенциалом и именно последний позволяет предвидеть протекание окислительно-восстановительной реакции в конкретных условиях. Реальный потенциал системы зависит от кислотности, присутствия посторонних ионов в растворе и может изменяться в широком диапазоне.
2. Кривые титрования
В титриметрических методах расчет и построение кривой титрования дают возможность оценить, насколько успешным будет титрование, и позволяют выбрать индикатор. При построении кривой окислительно-восстановительного титрования по оси ординат откладывают потенциал системы, а по оси абсцисс - объем титранта или процент оттитровывания.
2.1 Влияние условий титрования на ход кривых
Кривая титрования построена, исходя из значений окислительно-восстановительных потенциалов, поэтому все факторы, влияющие на потенциал, будут оказывать влияние на форму кривой титрования и скачок на ней. К таким факторам относят значения стандартного потенциала систем определяемого вещества и титранта, число электронов, участвующих в полуреакциях, рН раствора, присутствие комплексообразующих реагентов или осадителей, природу кислоты. Чем большее число электронов принимает участие в окислительно-восстановительной реакции, тем более пологая кривая характеризует данное титрование. Скачок титрования тем больше, чем больше разница окислительно-восстановительных потенциалов окислителя и восстановителя. При очень малой разнице их окислительно-восстановительных потенциалов титрование невозможно. Так титрование ионов Cl- (Е = 1,36В) перманганатом (Е = 1,51) практически невозможно. Часто бывает необходимо расширить интервал потенциалов, в котором находится скачок, если он мал. В таких случаях прибегают к регулированию скачка.
Значительно влияет на размер скачка уменьшение концентрации одного из компонентов окислительно-восстановительной пары (например, с помощью комплексообразующего реагента). Предположим, что в раствор вводят фосфорную кислоту, фториды или оксалаты, образующие комплексы с железом (III) и не взаимодействующие с железом (II), при этом потенциал пары Fe3+/Fe2+ понижается. Если, например, вследствие реакции конкурирующего комплексообразования концентрация ионов Fe3+ в растворе понизится в 10 000 раз, скачок потенциала на кривой титрования начнется уже не при Е = 0,95В, а при Е = 0,71В. Окончится он, как и раньше, при Е = 1,48В. Таким образом, область скачка на кривой титрования окажется значительно расширенной.
Повышение температуры, соответственно, увеличивает потенциал системы титранта и определяемого вещества.
Итак, при выборе оптимальных условий окислительно-восстановительного титрования следует прежде всего учитывать их влияние на состояние окислительно-восстановительной системы, а следовательно, на реальный окислительно-восстановительный потенциал.
2.2 Определение точки эквивалентности
В окислительно-восстановительных методах титрования, так же как и в методах кислотно-основного взаимодействия, возможны различные способы индикации точки эквивалентности.
1. Безындикаторные методы применимы при использовании окрашенных титрантов (растворы KMnO4, I2), незначительный избыток которых придает раствору визуально фиксируемую окраску.
2. Индикаторные методы могут быть химическими, если при этом используют в качестве индикаторов химические соединения, резко изменяющие свою окраску вблизи точки эквивалентности (в пределах скачка на кривой титрования).
Иногда в окислительно-восстановительных методах титрования применяют кислотно-основные индикаторы: метиловый оранжевый, метиловый красный, конго красный и др. Эти индикаторы в конечной точке титрования необратимо окисляются избытком окислителя и при этом меняют свою окраску.
Возможно применение флуоресцентных и хемилюминесцентных индикаторов при титровании восстановителей сильными окислителями. К числу флуоресцентных индикаторов относят многие вещества (акридин, эухризин и др.), излучающие в видимой области при определенных значениях рН раствора после облучения их ультрафиолетовым излучением. Хемилюминесцентными индикаторами являются вещества (люминол, люцигенин, силоксен и др.), излучающие в видимой области спектра в конечной точке титрования вследствие экзотермических химических процессов. Хемилюминесценция наблюдается главным образом при реакциях окисления пероксидом водорода, гипохлоритами и некоторыми другими окислителями. Достоинством флуоресцентных и хемилюминесцентных индикаторов является то, что их можно применять для титрования не только прозрачных и бесцветных, но и мутных или окрашенных растворов, для титрования которых обычные редокс-индикаторы непригодны.
Индикаторные методы могут быть также физико-химическими: потенциометрические, амперометрические, кондуктометрические и др.
2.3 Окислительно-восстановительные индикаторы
Для определения точки эквивалентности в редоксиметрии используют различные индикаторы:
1. Окислительно-восстановительные индикаторы (редокс-индикаторы), изменяющие цвет при изменении окислительно-восстановительного потенциала системы.
2. Специфические индикаторы, изменяющие свой цвет при появлении избытка титранта или исчезновении определяемого вещества. Специфические индикаторы применяют в некоторых случаях. Так крахмал - индикатор на присутствие свободного йода, вернее трииодид-ионов. В присутствии крахмал при комнатной температуре синеет. Появление синей окраски крахмала связано с адсорбцией на амилазе, входящей в состав крахмала.
Иногда в качестве индикатора используют тиоцианат аммония при титровании солей железа(III), катионы с ионами образуют соединение красного цвета. В точке эквивалентности все ионы восстанавливаются до и титруемый раствор из красного становится бесцветным.
При титровании раствором перманганата калия сам титрант играет роль индикатора. При малейшем избытке KMnO4 раствор окрашивается в розовый цвет.
Редокс-индикаторы делятся на: обратимые и необратимые.
Обратимые индикаторы - обратимо изменяют свой цвет при изменении потенциала системы. Необратимые индикаторы - подвергаются необратимому окислению или восстановлению, в результате чего цвет индикатора изменяется необратимо.
Редокс-индикаторы существуют в двух формах окисленной и восстановленной, причем цвет одной формы отличается от цвета другой.
Переход индикатора из одной формы в другую и изменение его окраски происходит при определенном потенциале системы (потенциале перехода). Потенциал индикатора определяется по уравнению Нернста:
При равенстве концентраций окисленной и восстановленной форм индикатора. При этом половина молекул индикатора существует в окисленной форме, половина - в восстановленной форме. Интервал перехода индикатора (ИП) лежит в пределах отношений концентраций обеих форм индикатора от 1/10 до 10/1.
При проведении окислительно-восстановительного титрования необходимо подбирать индикатор таким образом, чтобы потенциал индикатора находился в пределах скачка потенциала на кривой титрования. Многие индикаторы окислительно-восстановительного титрования обладают кислотными или основными свойствами и могут менять свое поведение в зависимости от рН среды.
Одним из наиболее известных и употребимых редокс-индикаторов является дифениламин:
Восстановленная форма индикатора бесцветная. Под действием окислителей дифениламин сначала необратимо переходит в бесцветный дифенилбензидин, который затем обратимо окисляется до сине-фиолетового дифенилбензидинфиолетового.
Двухцветным индикатором является ферроин, представляющий собой комплекс Fe2+ с о-фенантролином
Титрование индикаторным методом возможно, если для данной реакции ЭДС? 0,4В. При ЭДС = 0,4-0,2В используют инструментальные индикаторы.
3. Классификация методов окислительно-восстановительного титрования
Если окислительно-восстановительная реакция протекает нестехеометрично или недостаточно быстро, применяют косвенные способы титрования: обратное титрование и титрование по замещению. Например, при цериметрическом определении Fe3+ используют способ титрования по замещению:
Fe3+ +Ti3+ = TiIV + Fe2+ + + CeIV = Fe3+ + Ce3+.3+ не мешает титрованию.
Окислительно-восстановительное титрование возможно, если в растворе присутствует одна подходящая степень окисления определяемого компонента. В противном случае до начала титрования необходимо провести предварительное восстановление (окисление) до подходящей степени окисления, как это делают, например, при анализе смеси Fe2+ и Fe3+ методом перманганатометрии. Предварительное восстановление (окисление) должно обеспечить количественный перевод определяемого элемента в нужную степень окисления.
Вводимый для этой цели реагент должен представлять собой такое соединение, от избытка которого перед началом титрования легко освободиться (кипячением, фильтрованием и др.). В некоторых случаях методом редоксиметрии определяют соединения, не изменяющие своей степени окисления.
Так, титрованием по замещению, определяют ионы кальция, цинка, никеля, кобальта и свинца в перманганатометрии, сильные кислоты - в иодометрии.
Таблица 1
Методы окислительно-восстановительного титрования
|
Название метода |
Стандартный раствор (титрант) |
Уравнения полуреакций системы титранта |
Особенности метода |
||
|
Стандартный раствор - окислитель |
|||||
|
Перманганато-метрия |
MnO4?+ 8H+ + 5e? = Mn2++ 4H2O MnO4?+ 4H+ + 3e? = MnO2 + 2H2O MnO4?+ 2H2O + 3e? = MnO2+ 4OH? |
Безындикаторный метод, используется в широкой области рН |
|||
|
Броматометрия |
BrO3?+ 6H+ + 6e? = Br?+ 3H2O |
Индикатор - мети-ловый оранжевый. Среда - сильнокислая |
|||
|
Цериметрия |
Ce4+ + e? = Ce3+ |
Индикатор - ферроин. Среда - сильнокислая |
|||
|
Хроматометрия |
Сr2O72?+ 14H+ + 6e? = 2Cr3++2H2O |
Индикатор - дифе-ниламин. Среда? сильнокислая |
|||
|
Нитритометрия |
NO2- + 2H+ + e? = NO + H2O |
Внешний индикатор - иодид- крахмаль-ная бумага. Среда? слабокислая |
|||
|
Иодиметрия |
Индикатор - крахмал |
||||
|
Стандартный раствор - восстановитель |
|||||
|
Аскорбино-метрия |
С6H6O6 +2H+ +2 e? = С6H8O6 |
Индикаторы - вари-аминовый синий или для определе-ния ионов Fe3+ роданид калия. Среда - кислая |
|||
|
Титанометрия |
TiO2+ + 2H+ + e? =Ti3+ + H2O |
Индикатор - мети-леновый голубой. Среда - кислая |
|||
|
Иодометрия |
S4O62?+ 2e? = 2S2O32? |
Индикатор - крах-мал. Вспомогатель-ный реагент - KI. Среда - слабокислая или нейтральная |
4. Перманганатометрия
Перманганатометрия - один из наиболее часто применяемых методов окислительно-восстановительного титрования. В качестве титранта используют раствор перманганата калия, окислительные свойства которого можно регулировать в зависимости от кислотности раствора.
4.1 Особенности метода
Наибольшее распространение в аналитической практике получил перманганатометрический метод определения в кислых средах: восстановление MnO4- до Mn2+ проходит быстро и стехиометрично:
Особенностью метода является сильное влияние концентрации ионов водорода на стандартный потенциал системы MnO4-/ Mn2+. При титровании в сильнокислых средах чаще всего используют серную кислоту. Хлороводородную и азотную кислоты применять не следует, так как в их присутствии могут идти конкурирующие окислительно-восстановительные реакции. Восстановление перманганат-иона в щелочной среде протекает последовательно: сначала до манганат-иона MnO42-, а затем до диоксида марганца MnO2:
Количественно восстановление перманганата в щелочной среде до манганата протекает в присутствии соли бария. Ba(MnO4)2 растворим в воде, в то время как ВаMnO4 - нерастворим, поэтому дальнейшее восстановление MnVI из осадка не происходит.
Перманганатометрически в щелочной среде, как правило, определяют органические соединения: формиат, формальдегид, муравьиную, коричную, винную, лимонную кислоты, гидразин, ацетон и др.
Индикатором конца титрования служит бледно-розовая окраска избытка титранта КMnO4 (одна капля 0,004 М раствора титранта придает заметную окраску 100 мл раствора). Поэтому, если титруемый раствор бесцветен, о достижении точки эквивалентности можно судить по появлению бледно-розовой окраски избытка титранта КMnO4 при титровании прямым способом или по исчезновению окраски при реверсивном титровании. При анализе окрашенных растворов рекомендуется использовать индикатор ферроин.
К достоинствам перманганатометрического метода относят:
1. Возможность титрования раствором КMnO4 в любой среде (кислой, нейтральной, щелочной).
2. Применимость раствора перманганата калия в кислой среде для определения многих веществ, которые не взаимодействуют с более слабыми окислителями.
Наряду с перечисленными достоинствами метод перманганатометрии имеет ряд недостатков:
1. Т итрант КMnO4 готовят как вторичный стандарт, поскольку исходный реагент - перманганат калия - трудно получить в химически чистом состоянии.
2. Реакции с участием MnO4- возможны в строго определенных условиях (рН, температура и т. д.).
4.2 Применение метода
1. Определение восстановителей. Если окислительно-восстановительная реакция между определяемым восстановителем и MnO4- протекает быстро, то титрование проводят прямым способом. Так определяют оксалаты, нитриты, пероксид водорода, железо (II), ферроцианиды, мышьяковистую кислоту и др.:
Н2О2 + 2MnO4- + 6Н+ = 5О2 + 2Мn2+ + 8Н2О
54- + MnO4- + 8H+ = 53- + 2Mn2+ + 4H2O
AsIII + 2MnO4- + 16H+ = 5AsV + 2 Mn2+ + 8H2O
5Fe2+ + MnO4- +8H+ = 5Fe3+ + 2Мn2+ + 4Н2О
2. Определение окислителей. Добавляют избыток стандартного раствора восстановителя и затем титруют его остаток раствором KMnO4 (способ обратного титрования). Например, хроматы, персульфаты, хлориты, хлораты и другие окислители можно определять перманганатометрическим методом, подействовав сначала избытком стандартного раствора Fe2+, а затем оттитровав непрореагировавшее количество Fe2+ раствором KMnO4:
Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O + (Fe2+) - избыток-
Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O - остаток
3. Определение веществ, не обладающих окислительно-восстановительными свойствами, проводят косвенным способом, например титрованием по замещению. Для этого определяемый компонент переводят в форму соединения, обладающего восстановительными или окислительными свойствами, а затем проводят титрование. Например, ионы кальция, цинка, кадмия, никеля, кобальта, осаждают в виде малорастворимых оксалатов:
М2+ + С2О4- = vМС2О4
Осадок отделяют от раствора, промывают и растворяют в H2SO4:
МС2О4 + H2SO4 = H2C2O4 + MSO4
Затем H2C2O4 (заместитель) титруют раствором KMnO4:
2MnO4- + 5С2O42- + 16H+ = 2Mn2+ +10CO2 + 8H2O
4. Определение органических соединений. Отличительной особенностью реакций органических соединений с MnO4- является их малая скорость. Определение возможно, если использовать косвенный способ: анализируемое соединение предварительно обрабатывают избытком сильнощелочного раствора перманганта и дают возможность реакции протекать необходимый период времени. Остаток перманганата титруют раствором оксалата натрия:
С3Н5(ОН)3 + 14MnO4- + 20OH- = 3CO32- + 14MnO42- + 14H2O +
(MnO4-), избыток остаток
2MnO4- + 5С2O42- + 16H+ = 2Mn2+ +10CO2 + 8H2O остаток
окислительный восстановительный титриметрический
5. Суть и классификация осадительных методов
Методы осадительного титрования - это методы титриметрического анализа, в которых применяются титранты, которые образуют осадки с определяемыми веществами.
Требования к реакциям и определяемым веществам:
1. Определяемое вещество должна быть хорошо растворимо в воде и должно образовывать ионы, которые были бы активными в реакциях осаждения.
2. Получаемый в реакции осадок должен быть практически нерастворимым (ПР < 10 -8 ? - 10 , S < 10 -5).
3. Результаты титрования не должны искажаться явлениями адсорбции (соосаждение).
4. Выпадание осадка должно происходить достаточно быстро (т.е. не должны образовываться пересыщенные растворы).
5. Должна быть возможность фиксации точки эквивалентности.
Классификация методов осадительного титрования в зависимости от используемых титрантов:
Аргентометрия (титрант AgNO 3) ;
Меркурометрия (титрант Hg 2 (NO 3) 2);
Тиоцианатометрия (титрант NH 4 SCN);
Сульфатометрия (титранты H 2 SO 4 , BaCl 2);
Хроматометрия (титрант K 2 CrO 4);
Гексацианоферратометрия (титрант K 4 ).
6. Кривые титрования и их анализ
Построение кривых титрования осуществляется на основании расчетов согласно правилу произведения растворимости и соответственно.
Кривая титрования строится в координатах, которые показывают изменение концентрации определяемого иона в зависимости от объема добавленного титранта.
Чем больше скачок титрования на кривой, тем более широкие возможности для выбора соответствующего индикатора.
Факторы, которые влияют на величину скачка на кривых осадительного титрования:
1. Концентрация растворов титранта и определяемого иона Чем выше концентрация, тем больше скачок на кривой титрования.
2. Растворимость осадка, который образуется в процессе титрования (чем меньше растворимость, тем больше скачок титрования).
Зависимость величины скачка титрования от растворимости труднорастворимого электролита.
3. Температура
Чем выше температура, тем больше растворимость осадка и тем меньше скачок на кривой титрования. Титрование проводят при комнатной температуре.
4. Ионная сила раствора
Влияние относительно незначительное, так как ионная сила раствора, по сравнению с другими факторами, не так сильно изменяет растворимость осадка; тем не менее, чем выше ионная сила раствора, тем выше растворимость и меньше скачок титрования.
7. Аргентометрия
Аргентометрия - метод осадительного титрования, который базируется на реакциях образования трудно растворимых солей Аргентума:
X - + Ag + = AgХ,
где X - = Cl - , Br - , I - , CN - , SCN - и др.
Титрант: AgNO 3 - вторичный стандартный раствор.
Стандартизация: за первичным стандартным раствором натрий хлорида NaCl:
Индикатором при стандартизации есть 5 % калий хромат K 2 CrО 4 . Титрование проводят до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата:
В зависимости от способа проведения титрования и используемого индикатора методы аргентометрии классифицируют на:
Безиндикаторные: - метод Гей-Люссака (метод равного помутнения)
Метод до точки просветления
Индикаторные: - метод Мора
Метод Фаянса - Фишера - Ходакова
Метод Фольгарда
Метод Мора
Титрант: AgNO 3 - втор. станд. раствор.
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором есть 5% калий хромат K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 ?+ 2KNO 3
Определяемые вещества: хлориды Cl - , бромиды Br - .
Среда: рН~ 6,5-10,3.
Применение: количественное определение натрий хлорида, калий хлорида, натрий бромида, калий бромида в субстанция лекарственных веществ.
Ограничения применения:
1. Нельзя титровать кислые растворы:
2CrО 4 2- + 2H + = Cr 2 O 7 2- + H 2 O
2. Нельзя титровать в присутствии аммиака и других ионов, молекул, которые могут выступать лигандами по отношению к ионам аргентума в реакциях комплексообразования.
3. Нельзя титровать в присутствии многих катионов (Ba 2+ , Pb 2+ , и др.), которые образуют окрашенные осадки с хромат - ионами CrО 4 2- .
4. Нельзя титровать в присутствии восстановителей, которые реагируют с хромат-ионами CrО 4 2- , превращая их в ионы Cr 3+ .
5. Нельзя титровать в присутствии многих анионов (PO 4 3- , AsО 4 3- , AsО 3 3- , S 2- и др.), которые с ионами аргентума образуют окрашенные осадки аргентума.
Метод Фаянса-Фишера-Ходакова
Титрант: AgNO 3 - втор. станд. раствор
Стандартизация за перв. станд. раствором натрий хлорида NaCl методом пипетирования:
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором при стандартизации есть 5% раствор калий хромата K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 ?+ 2KNO 3
Среда: рН~ 6,5-10,3 при определении хлоридов и рН~ 2,0-10,3 при определении бромидов и йодидов.
Индикаторы метода:
Флуоресцеин при определении хлоридов;
Эозин при определении бромидов и йодидов.
Механизм действия индикаторов: адсорбционный. Адсорбционные индикаторы - это индикаторы, адсорбция или десорбция которых осадком сопровождается изменением окраски в Т.Э. или вблизи нее.
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
HInd х H + + Ind - .
Условия проведения титрования:
1. Кислотность растворов
2. Концентрация реагирующих растворов
3. Учет адсорбционной способности индикаторов и присутствующих в растворе ионов.
4. Титрование вблизи т.э. следует проводить медленно
5. Титрование с адсорбционными индикаторами проводят в рассеянном свете.
Применение: количественное определение хлоридов, бромидов, йодидов, тиоцианатов, цианидов.
Метод Фольгарда
Титранты: AgNO 3 , аммоний или калий тиоцианат NH 4 SCN, KSCN - вторичные стандартные растворы.
Стандартизация AgNO 3 за перв. станд. раствором NaCl методом пипетирования:
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором при стандартизации AgNO 3 есть 5 % раствор калий хромата K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 + 2KNO 3
Стандартизация NH 4 SCN, KSCN за стандартным раствором AgNO 3:
AgNO 3 + NH 4 SCN = AgSCN + NH 4 NO 3
Индикатором при стандартизации аммоний или калий тиоцианата являются соли ферума (ІІІ) (например, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O в присутствии нитратной кислоты):
Fe 3+ + SCN - = 2+
Титруют до появления слабо розовой окраски.
Среда: нитратнокислая.
Индикаторы метода: соли ферума (ІІІ) NH 4 Fe(SO 4) 2 ?12H 2 O в присутствии нитратной кислоты.
Определяемые вещества: галогенид-ионы, цианиды, тиоцианаты, сульфиды, карбонаты, хроматы, оксалаты, арсенаты и др.
Hal - + Ag + (избыток) = AgHal
Ag + (остаток) + SCN - = AgSCN,
а после точки эквивалентности:
Fe 3+ + SCN - = 2+
(розово-красная окраска)
При определении йодидов индикатор прибавляют в конце титрования, во избежание параллельной реакции:
2Fe 3+ + 2I - = 2Fe 2+ + I 2
Преимущества метода Фольгарда - возможность титрования:
В очень кислых растворах;
В присутствии многих катионов, которые мешали при определении по методу Мора (катионы бария, плюмбума и др., которые образовывали окрашенные осадки хроматов).
8. Меркурометрия
Меркурометрия - это метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорастворимых осадком солей меркурия (І) Hg 2 2+ :
2Cl - + Hg 2 2+ = Hg 2 Cl 2 Ї ПР = 1,3Ч10 -18
2I - + Hg 2 2+ = Hg 2 I 2 Ї ПР = 4,5 Ч10 -29
Титрант: втор. станд. раствор Hg 2 (NO 3) 2 .
Стандартизация: за стандартным раствором NaCl:
Hg 2 (NO 3) 2 + 2NaCl = Hg 2 Cl 2 Ї + 2NaNO 3
Индикаторы: 1) раствор ферум (ІІІ) тиоцианата (от красного до обесцвечивания)
2Fe(SCN) 2+ + Hg 2 2+ = Hg 2 (SCN) 2 Ї + 2Fe 3+ ;
1-2% спиртовый раствор дифенилкарбазона (до появления синей окраски).
Для учета объема титранта, который израсходовано на титрование индикатора титруют “слепую пробу”:
2) Индикатор прибавляют перед окончанием титрования, так как если его прибавить сначала, то может задолго до т.э. образоваться дифенилкарбазид меркурия (ІІ) и дать синюю окраску скорее, чем будет оттитрован галогенид.
Определяемые вещества: хлориды и йодиды.
Среда: очень кислая (может быть до 5 моль/л ионов H +).
Недостаток: соли Меркурия (І) - очень токсичны.
9. Сульфатометрия
Сульфатометрия - метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорастворимых солей - сульфатов.
Иногда выделяют бариметрию - метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорасторимых солей бария.
В основе метода лежит реакция образования осадка барий сульфата:
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 Ї
определ. вещество титрант
Титранты: втор. станд. растворы H 2 SO 4 , Ba(NO 3) 2 , BaCl 2 .
Стандартизация: раствор H 2 SO 4 по Na 2 B 4 O 7 или Na 2 CO 3 с метиловым оранжевым; Ba(NO 3) 2 и BaCl 2 по H 2 SO 4 с нитрхромазо или ортаниловым А.
Индикаторы: применяют металлохромные индикаторы (изменяют свою окраску в присутствии ионов металлов) - нитрхромазо (ортаниловый С), ортаниловый А. Эти индикаторы в растворе окрашены в розовый цвет, а в присутствии катионов бария в фиолетовый цвет.
Определяемые вещества в прямом титровании:
сульфатной кислотой - содержание бария;
барий хлоридом или барий нитратом - содержание сульфатов.
Заключение
Из титриметрических методов анализа окислительно-восстановительное титрование является широко распространенным, границы применения этого метода шире, чем кислотно-основного или комплексонометрического методов. Благодаря большому разнообразию окислительно-восстановительных реакций этот метод позволяет определять большое количество самых разнообразных веществ, в том числе и тех, которые непосредственно не проявляют окислительно-восстановительных свойств.
Перманганатометрия используется для определения общей окисляемости воды и почвы. При этом с MnO4--ионом в кислой среде реагируют все органические компоненты (в том числе гуминовые кислоты почв и природных вод). Число миллимоль эквивалентов KMnO4, пошедших на титрование, и является характеристикой окисляемости (по перманганату).
Перманганатометрию применяют и для анализа легко окисляющихся органических соединений (альдегидов, кетонов, спиртов, карбоновых кислот: щавелевой, винной, лимонной, яблочной, а также гидразогрупп). В пищевой промышленности перманганатометрию можно использовать для определения содержания сахара в пищевых продуктах и сырье, содержания нитритов в колбасных изделиях.
В металлургической промышленности методом перманганатометрии определяют содержание железа в солях, сплавах, металлах, рудах и силикатах.
Список литературы
1. Аналитическая химия. Химические методы анализа/ под ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 1992, 400 с.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. М.: Высшая школа, 1989, 320 с.
3. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы химического анализа/ под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2000, 494 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Отличительные признаки окислительно-восстановительных реакций. Схема стандартного водородного электрода. Уравнение Нернста. Теоретические кривые титрования. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, перманганатометрия.
курсовая работа , добавлен 06.05.2011
Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, йодометрия и дихроматометрия. Окраска окисленной и восстановленной формы. Фиксирование точки эквивалентности.
реферат , добавлен 23.02.2011
Особенности методов окислительно-восстановительного титрования. Основные требования к реакциям, константа равновесия. Характеристика видов окислительно-восстановительного титрования, его индикаторы и кривые. Приготовление и стандартизация растворов.
курсовая работа , добавлен 25.12.2014
Классификация методов титраметрического анализа. Сущность метода "нейтрализации". Приготовление рабочих растворов. Расчет точек и построение кривых кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Достоинства и недостатки йодометрии.
курсовая работа , добавлен 17.11.2013
Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Факторы, оказывающие влияние на скорость реакции. Специфические и редокс-индикаторы. Сущность перманганатометрии, иодометрии, дихроматометрии. Приготовление раствора дихромата калия.
презентация , добавлен 19.03.2015
Метод кислотно-основного титрования: понятие и содержание, основные этапы и принципы реализации, предъявляемые требования, главные условия и возможности применения. Расчет рН растворов. Построение кривых титрования. Выбор индикатора и его обоснование.
презентация , добавлен 16.05.2014
Понятие титраметрического анализа. Окислительно-восстановительное титрование, его виды и условия проведения реакций. Расчет точек кривой титрования, потенциалов, построение кривой титрования. Подборка индикатора, расчет индикаторных ошибок титрования.
курсовая работа , добавлен 10.06.2012
Титриметрический метод анализа. Теория броматометрического метода анализа. Техника титрования. Достоинства и недостатки броматометрического метода. Фенолы. Определение фенола. Химические реакции, используемые в методах титриметрии.
курсовая работа , добавлен 26.03.2007
Классификация окислительно-восстановительного титрования; его применение в фармацевтическом анализе, при определении окисляемости воды и органических соединений. Рассмотрение редокс-титрования на примере цериметрии. Титрование соли железа сульфатом церия.
курсовая работа , добавлен 12.09.2012
Определение кристаллизационной воды в хлориде бария. Установка титра рабочего раствора соляной кислоты. Метод кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Определение содержания ионов в растворе методом качественного анализа.