Кількісний аналіз титриметричний аналіз

Попередні вказівки: Титриметричний аналіз (об'ємний аналіз) — метод кількісного аналізу, заснований на вимірі об'єму реагенту, який потрібен для реакції з досліджуваною речовиною, та розрахунку її концентрації.

Згідно закону еквівалентів, речовини реагують між собою в еквівалентних кількостях (ν₁ = ν₂). Так як ν = СV, де С — молярна концентрація еквівалента, а V— об'єм, у якому розчинена речовина, то для двох реагуючих речовин справедливе співвідношення: С₁V₁ = С₂V_2.

Отже, можна знайти невідому концентрацію однієї з речовин (С₂,), якщо відомі об'єм її розчину й об'єм і концентрація речовини, з якою вона реагує. Щоб зафіксувати кінець реакції (точка еквівалентності, ТЕ), розчин з відомою концентрацією речовини (його називають титрантом, Т) поступово, невеликими порціями, додають до розчину речовину, кількість якої треба знайти. Цей процес називають титруванням.

Розрізняють чотири основні види титрування:

1) кислотно-основне,

2) окисно-відновне

3) осаджувальне

4) комплексоутворювальне.

До методу нейтралізації (кислотно-основного титрування) належать усі об'ємні визначення, в основі яких лежить реакція нейтралізації: Н⁺ + ОН^– = Н₂О. До них належать: ацидиметрія, алкаліметрія та галометрія. Для визначення кінця титрування використовують індикатори. Індикатори методу нейтралізації є слабкими органічними кислотами або основами, молекулярна форма яких має інше забарвлення, ніж іонна.

До окисно-відновного титрування відносять методи: перманганатометрії , йодиметрії , броматометрії , дихроматометрії та інші. Найпоширеніши з них перманганато- та йодометрія. Перманганатометрія — метод об'ємного аналізу, в якому речовину визначають титруванням перманганатом калію. В залежності від кислотності розчину, перманганат може відновлюватись до марганцю (II) або до марганцю (IV). Йодометрія — це окисно-відновний метод об'ємного аналізу, в основі якого лежить вимірювання кількості йоду, що витрачається на окислення відновника, або виділяється під час взаємодії окисника з розчином йодиду калію. При титруванні окисників розчинами відновників або відновників розчинами окисників змінюється окислювально-відновний потенціал системи. Точку еквівалентності встановлюють за допомогою спеціальних індикаторів, які бувають різних типів. В методі перманганатометрії індикатором є робочий розчин реактиву перманганат калію, в йодометрії – робочий розчин крохмалю.

Методи осадження та комлексоутворення засновані на титруванні речовин, що утворюють у певному середовищі нерозчинні або комплексні сполуки. До цих методів відносять: аргентометрію, меркурометрію та ін.

Дослід 1. Стандартизація розчину натрій гідроксиду

У три конічні колби внести піпеткою по 2 мл розчину NaOH, додати циліндром по 10 мл дистильованої води та по 1-2 краплі індикатора метилового оранжевого. Титрувати 0,1н розчином нітратної кислоти до появи стійкого рожевого кольору. Провести 3 паралельні титрування. За результатами титрувань обчислити середній об’єм титранта HNO₃ та розрахувати нормальність та молярність розчину NaOH. Пам’ятайте, що згідно закону еквівалентів С₁V₁ = C₂V₂, тобто концентрація натрій гідроксиду буде дорівнювати:

Написати рівняння реакції, що лежить в основі даного методу.

Дослід 2. Визначення нормальності розчину сульфатної кислоти

У три конічні колби внести піпеткою по 2 мл розчину H₂SO₄, додати циліндром по 10 мл дистильованої води та по 1-2 краплі розчину фенолфталеїну. Титрувати 0,1н розчином NaOH до появи стійкого блідо-рожевого кольору. Провести 3 паралельні титрування. За результатами титрувань обчислити середній об’єм титранта NaOH та розрахувати нормальність та молярність розчину H₂SO₄. При розрахунку нормальної концентрації пам’ятайте, що сульфатна кислота є двоосновною кислотою.

Написати рівняння реакції, що лежить в основі даного методу.

Дослід 3. Вплив факторів на показники індикатора

а) вплив кількості індикатора на точку еквівалентності.

В дві конічні колби на 50 мл відміряти піпеткою по 5 мл 0,1н розчину лугу. В одну колбу додати 1-2 краплі фенолфталеїну, а в другу – 5 крапель того ж індикатора. Титрувати розчином азотної кислоти. Знайти нормальність використовуваної кислоти. Порівняти кількість кислоти витраченої на титрування в першому і другому випадках.

б) порядок титрування.

В дві колби додати 2-3краплі метилового оранжевого. У першому випадку титрування проводити лугом, у другому – кислотою. Відмітити чіткість переходу забарвлення в обох випадках.

в) змішування індикаторів.

В першу колбу для титрування піпеткою відміряти 5 мл розчину кислоти, в другу – 5мл лугу. В обидві колби додати суміш індикаторів: 1краплю тимолового синього, 3краплі фенолфталеїну. Спостерігати у першій колбі жовте забарвлення, у другій – фіолетове.

Дослід 4. Визначення нормальності розчину сульфату заліза

Сутність методу: сіль заліза (II) титрують KMnO₄ , причому вона окислюється в сіль заліза (III).

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O

У три конічні колби внести піпеткою по 2 мл розчину солі Мора, додати по 1 мл 2М розчину H₃PO₄, по 3 мл 1М H₂SO₄ та по 5 мл дистильованої води. Титрувати робочим розчином 0,05н KMnO₄ до появи блідо-рожевого забарвлення. Провести 3 паралельні титрування. За результатами титрувань обчислити середній об’єм титранта KMnO₄. По витраченим на титрування об’ємам і нормальністю розчину KMnO₄ розрахувати нормальність розчину FeSO₄.

За знайденою нормальність розрахувати кількість грамів заліза у наважці (у 250мл розчину) і відсотковий склад його в солі Мора, Е_Fe2+ = 55,85г.

Дослід 5. Визначення нітритів

Визначення засновано на реакції:

2NO^-₂ + 2MnO^-₄ + 6H⁺ = 5NO^-₃ + 2Mn²⁺ + 3H₂O

NO^-₂ – 2е + Н₂О  NO^-₃ + 2Н⁺, виходячи з цього

В конічну колбу для титрування відміряти 2 мл 0,02М розчину KMnO₄, 5 мл 1М розчину H₂SO₄ та додати 5 мл дист. води. Нагріти суміш до 35-40С і титруйте його розчином NaNO₂ до знебарвлення.

Розрахувати нормальність розчину нітриту натрію.

За нормальністю розчину знайти кількість нітриту в наважці (у відсотках).

Для розрахунку маси наважки ,

де V_{мірної колби} = 50мл

Дослід 6. Визначення жорсткості води

6.1. Визначення карбонатної твердості води.

Для визначення відберіть 50 мл досліджуваної води, додайте 2-3 краплі метилового оранжевого і титруйте 0,1н розчином нітратної кислоти до зміни кольору індикатору від жовтого до малинового. Проведіть 3 паралельні титрування. За результатами титрувань обчисліть середній об’єм титранта (V_HNO3).

Щоб виразити карбонатну твердість розчину у міліеквівалентах на 1 л води, обчисліть нормальність розчину солей кальція і магнію і помножте на 1000.

6.2. Визначення загальної жорсткості води.

Налийте 100 мл досліджуваної води в конічну колбу та титруйте стандартним мильним розчином. Колбу після кожного додавання збовтувати. Після появи піни дайте колбі постояти 5 хвилин. Якщо піна за цей час не зникне, то аналіз закінчено. Якщо ж піна зникне, продовжуйте додавати мильний розчин, поки піна не стане постійною. Кількість витраченого мильного розчину (в мл), помножена на 20, буде означати жорсткість води (в чнм) в перерахунку на СаСО₃. Жорсткість води виражається в чнм (частинок на мільйон).

Вода, сумарна жорсткість якої становить:

0-60 чнм вважається м'якою,

61-120 чнм - помірно жорсткою,

121-180 чнм - жорсткою,

понад 180 чнм —дуже жорсткою.

Діючими санітарними нормами передбачено, що жорсткість питної води не повинна перевищувати 250 чнм, а жорсткість понад 500 чнм вважається небезпечною для здоров'я.

6.3. Визначення загальної жорсткості води комплексонометричним методом.

У конічну колбу відмірте циліндром 100мл води, що досліджується, додайте 5 мл аміачного буферного розчину (NH₄OH+NH₄Cl) та 4-5 крапель розчину індикатора кислотного хромтемносинього. Якщо в розчині присутні Ca²⁺ та Mg²⁺, то розчин забарвлюється у вишнево-червоний колір.

Підготовлену пробу титруйте 0,1 н розчином трилону Б до зміни кольору на синій, який притаманний індикатору. Визначте об’єм трилону Б, який пішов на титрування. Дослід повторіть тричі та розрахуйте середнє значення об’єму трилону Б, який пішов на титрування.

Розрахуйте загальну твердість води за формулою:

6.4. Окреме визначення кальцієвої та магнієвої твердості води комплексонометричним методом.

У конічну колбу відмірте циліндром 100мл води, що досліджується, додайте 5 мл розчину NaOH, внесить на кінчику шпателя мурексид. Якщо в розчині присутні Са²⁺ , то розчин забарвлюється у вишнево-червоний колір. Підготовлену пробу відтитруйте 0,1 н розчином трилону Б до зміни кольору на синьо-фіолетовий. Визначте об’єм трилону Б, який пішов на титрування. Дослід повторіть тричі та розрахуйте середнє значення об’єму трилону Б, який пішов на титрування.

Результати титрувань досліду 6.4. та 6.3. занесить до таблиці:

Об’єм води, мл	Середній об’єм трилону Б, мл				Концентрація трилону Б, моль-екв/л
	Са2+ (дослід 6.4)	Са2++Mg2+ (дослід 6.3)	Mg2+

Розрахуйте кальцієву твердість води (ммоль-екв/л) та вміст іонів кальцію (мг/л) за формулами:

де 20,04- молярна маса еквівалента Са²⁺, г/моль

Розрахуйте магнієву твердість води (ммоль-екв/л) та вміст іонів магнію (мг/л) за формулами:

де 12,15- молярна маса еквівалента Mg²⁺, г/моль

Дослід 7. Визначення кількості вуглекислого газу у воді

Відберіть у колбу 25 мл води, що аналізується. Не збовтуйте воду, щоб уникнути її насичення повітрям. Наступні процедури слід виконувати якомога швидше. Додайте в колбу 2-5 крапель фенолфталеїнового індикатора, закрийте пробкою та перемішайте. Поява рожевого забарвлення вказує на відсутність у воді вуглекислого газу. Якщо вода залишилася безбарвною, її титрують 0,0227М розчином натрію карбонату, поки не з'явиться слабке, але тривале рожеве забарвлення. Після додавання кожної порції титранту (Na₂CO₃) колбу закривають пробкою та збовтують воду. Кількість вільного вуглекислого газу у воді (в чнм) буде дорівнювати об'єму (в мл) натрію карбонату, що пішов на титрування, помноженому на 10.

Дослід 8. Визначення кислотності молока

У три конічні колби для титрування перенести піпеткою по 5 мл молока, додати 10 мл дистильованої води та 1-2 краплі фенолфталеїну(спиртовий розчин з масовою часткою речовини 1%). Вміст кожної колби титрують 0,1н розчином NaOH до появи рожевого кольору. Розрахувати середній об’єм лугу, що пішов на титрування.

Обчислення кислотності молока проводити за формулою:

де Т_молока – градуси кислотності молока, 0,1 – коефіцієнт для перерахунку розчину NaOH, 100 – об’єм молока на який треба розрахувати градуси кислотності, С_NaOH –концентрація натрій гідроксиду, V_NaOH – середній об’єм NaOН, що пішов на титрування, V_молока – об’єм молока, взятого для аналізу.

Молоко задовільної якості повинно мати кислотність у межах 16–19 градусів Тернера (ДСТУ 3662-97). Таке молоко має вищий (Т16) або перший (Т19) ґатунок. За меншої кислотності молоко вважається залуженим або розведеним водою. Кислотність понад 19 градусів свідчить про те, що молоко скисає або кисле.

Дослід 9. Визначення кислотності хліба

Кислотність хліба визначають за стандартом і виражають у градусах кислотності. Об’єм (мл) розчину 0,1 н NaOH, що витрачається на нейтралізацію кислот, які містить м’якушка хліба масою 100г, відповідає числу градусів кислотності хліба.

Для визначення кислотності хліба відбирають середню пробу хліба чи хлібного виробу. Для цього вирізають із середини виробу шматочок масою 70 г, зрізують скоринку і підскоринковий шар загальною товщиною близько 1см, а м'якушку беруть на аналіз.

На терезах зважують наважку хліба (чи хлібного виробу) масою 20,00 г. Цю наважку хліба поміщають у суху конічну колбу об'ємом близько 400 мл (або пляшку з широкою шийкою) з добре підігнаною пробкою.

У мірну колбу об'ємом 200 мл наливають до риски дистильованої води кімнатної температури і близько 50 мл цієї води переливають у колбу (чи пляшку) з хлібом. Хліб швидко розтирають скляною паличкою з гумовим наконечником доти, поки утвориться однорідна маса без помітних шматочків нерозтертого хліба. В одержану однорідну масу з мірної колби виливають решту води. Колбу щільно закривають пробкою, вміст її енергійно збовтують протягом 2 хвилин і залишають стояти за кімнатної температури на 10 хвилин. Потім знову збовтують суміш протягом 2 хвилин і залишають її стояти ще 8 хвилин. Після цього рідину обережно фільтрують крізь фільтрувальний папір у сухий стакан.

У три конічні колби (ємкістю близько 100 мл) для титрування переносять піпеткою по 10 мл одержаного розчину витяжки кислот з хліба, додають по 1-2 краплі розчину фенолфталеїну і перемішують. Вміст кожної колби по черзі титрують з бюретки 0,1н розчином натрій гідроксиду до одержування світло-рожевого забарвлення, яке не зникає при стоянні протягом 1 хвилини. Знаходять середній об'єм розчину натрій гідроксиду - (NаОН), який витрачається на титрування.

Обчислення градусів кислотності ведуть за формулою:

,

де χ (хліба) - градуси кислотності хліба; С_NаОН - молярна концентрація речовини еквівалента натрій гідроксиду, моль/л; V_NаОН - середній об'єм розчину натрій гідроксиду, який витрачено на титрування, мл; 5 - коефіцієнт для перерахунку на наважку хліба 100 г; 200 - об'єм дистильованої води, який взято для обробки наважки, мл; 10 - об'єм рідини, який взято для одного титрування, мл.