20.6. Примеры определений в методе кислотно-основного титрования

Лабораторная работа 1. Приготовление рабочего рас­твора соляной кислоты путем разбавления ее концентри­рованного раствора.

Цель работы. Научиться готовить растворы для титриметрического анализа методом разбавления на примере раствора соляной кислоты.

Реактивы. Соляная кислота с массовой долей НСl в ин­тервале 10-20 %.

Приборы и оборудование. Набор ареометров; справоч­ная таблица «Плотность водных растворов некоторых кислот и щелочей»; мерные цилиндры.

Выполнение работы. Измеряют плотность концентри­рованного раствора соляной кислоты ареометром и по спра­вочной таблице «Плотность водных раствора некоторых кислот и щелочей» определяют массовую долю НСl в нем.

Вычисляют, сколько миллилитров концентрированно­го раствора НСl необходимо взять для получения раствора с заданной молярной концентрацией С(НСl_разб.).

Для выполнения расчета следует сначала найти моляр­ную концентрацию исходного концентрированного рас­твора кислоты С(НСl_конц), зная его плотность и массовую долю НСl, по формуле

C(X) = ν(X)/V = m (X)/M(X)V (20.2)

При использовании этой формулы следует предполо­жить, что если масса раствора (т) равна 100 г, то масса растворенного вещества X равна его массовой доле, выра­женной в процентах т(Х) = ω(Х). Если плотность раствора р(г/мл), то 100 г раствора занимают объем (в мл):

V = m/ρ = 100/ρ. (20.3)

Так как молярная концентрация измеряется в моль • л^-1, то для подстановки в формулу (20.2) объем раствора следует перевести в литры, разделив полученное выражение на 1000:

V = 1/10ρ (20.4)

Подставив выражения т(х)=ω(х) в формулу (20.2), получим конечную формулу для перехода от массовой доли растворенно­го вещества в растворе к молярной концентрации раствора:

С(Х) = 100рω(х)/ М(х)

Поскольку количество растворенного вещества при разбавлении раствора водой не изменяется, для нахожде­ния объема концентрированного раствора НСl можно вос­пользоваться формулой разбавления, аналогичной выра­жению (19.8):

C_lV₁ = C₂V₂, (20.5)

где С₁, С₂ - молярные концентрации или нормальности растворов. Отсюда

V(hClконц) V(hClразб) • с(hClразб)

С(HCl_разб)

В большой мерный цилиндр вместимостью 1л налива­ют до половины его объема дистиллированную воду. С по­мощью небольшого мерного цилиндра (вместимостью 10 или 25 мл) переносят вычисленный ранее объем кон­центрированного раствора НСl в большой мерный ци­линдр. Осторожно доливают воду до 1 л. Полученный рас­твор тщательно перемешивают путем переливания рас­твора из мерного цилиндра в коническую колбу и обратно.

Вывод. В данной работе вывод может быть сформули­рован очень просто: «Путем разбавления концентрирован­ного раствора приготовлен раствор НСl объемом ... мл с концентрацией приблизительно ... моль/л».

Лабораторная работа 2. Стандартизация рабочего рас­твора соляной кислоты по раствору тетрабората натрия.

Для стандартизации раствора соляной кислоты лучше всего пользоваться кристаллическим тетраборатом на­трия Na₂B₄O₇ • 10Н₂О, который предварительно подверга­ют очистке путем перекристаллизации из воды. Навеску тетрабората натрия, необходимого для приготовления 250 мл 0,1000 н. раствора, рассчитывают по форму­ле (19.14). Рассчитанную навеску взвешивают на анали­тических весах и переносят количественно в мерную кол­бу вместимостью 250 мл. Соль растворяют в небольшом количестве воды при осторожном перемешивании содер­жимого колбы и затем из промывалки наливают воду при­мерно на 1 см ниже метки. Ставят мерную колбу так, чтобы метка была на уровне глаз и осторожно, по каплям, до­ливают воду до метки. Приготовленный раствор тетрабо­рата натрия тщательно перемешивают, закрыв колбу пробкой и переворачивая колбу несколько раз.

При растворении в воде бура сильно гидролизуется по ани­ону с образованием очень слабой борной кислоты (рН = 9,24):

Na₂B₄O₇ + 7Н₂О ↔ 2NaOH + 4Н₃ВО₃.

При титровании соляной кислотой равновесие гидролиза смещается вправо, так как гидроксид натрия реаги­рует с кислотой:

2NaOH + 2НСl = 2NaCl + 2Н₂О.

Эти два уравнения складывают и получают общее уравнение реакции, которая идет при титровании:

Na₂B₄O₇ + 2НСl + 5Н₂О = 2NaCl + 4Н₃ВО₃;

f_экв.(Na₂B₄O₇) = 1/2; f_экв (НСl) = 1; M(Na₂B₄O₇ • 10Н₂О) =

= 381,42 г/моль; М(НСl) = 36,5 г/моль.

Цель работы. Получить навыки стандартизации рабо­чего раствора по первичному стандарту.

Посуда. Бюретка вместимостью 25 мл, пипетка Мора, колбы для титрования (3 штуки), воронка.

Реактивы. Рабочий раствор соляной кислоты, стан­дартный раствор 0,1000 н. Na₂B₄O₇, раствор индикатора метилоранжа.

Выполнение работы. Бюретку заполняют раствором соляной кислоты. В три конические колбы для титрова­ния вносят пипеткой Мора по 10,0 мл раствора тетрабора­та натрия и 1 каплю индикатора метилоранжа. Раствор становится желтым. Из бюретки добавляют по каплям раствор соляной кислоты и постоянно перемешивают рас­твор в колбе. Титрование заканчивают, когда желтая ок­раска индикатора переходит в оранжевую. Результат тит­рования сразу записывают в таблицу с точностью до 0,03-0,05 мл. Второе и третье титрование проводят более точно. Сначала в колбу для титрования добавляют объем титранта на 0,5 мл меньше, чем при первом титровании. Затем титрант добавляют по каплям и внимательно следят за изменением окраски раствора. Титрование прекращают, когда заметное изменение окраски происходит при добав­лении всего одной капли титранта. Титрование повторяют до тех пор, пока не получают не менее трех результатов, которые отличаются друг от друга не более, чем на 0,1 мл.

Все результаты записывают в таблицу.

Титрование	Первичный стандарт Na2B4O.		Титрант
	С (l/2Na2B4O7), моль/л	V(Na2B4O7), мл	V(HCl), мл
1 2 3	0,1000 » »	10,0 » »

Обработка результатов эксперимента. Объем раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, находят как среднее арифметическое из трех результатов:

V(HCl) = V₁ + V₂ + V₃

3

_

V(HCl) вычисляют с точностью до 0,01 мл.

По результатам титрования, используя закон эквива­лентов, вычисляют нормальность и титр раствора НСl:

С(НСl) • F(HCl) = C(l/2 Na₂B₄O₇) • V(Na₂B₄O₇),

откуда _

С(НСl) = C(l/2 Na₂B₄O₇) • V(Na₂B₄O₇) / V(HCl);

Т(НСl) = C(HCl) • M(HCl) / 1000.

Значение С(НСl) и Т(НСl) рассчитывают с точностью до чет­вертой значащей цифры, например: С(НСl) = 0,1036 моль/л; Т(НСl) = 0,003781 г/мл. Можно также рассчитать про­центное содержание (т.е. массовую долю) НСl в растворе. С этой целью плотность анализируемого раствора прини­мают 1 г/мл, а значение Т(НСl) умножают на 100.

Вывод. Вывод в данной работе может быть сформулиро­ван так: «Методом прямого титрования с использованием в качестве первичного стандарта Na₂B₄O₇ • 10Н₂О установле­ны нормальность и титр рабочего раствора НСl : С(НСl) = ... моль/л; Т(НСl) = ... г/мл.

Лабораторная работа 3. Стандартизация раствора NaOH по вторичному стандартному раствору НСl.

Цель работы. Научиться стандартизировать титранты по раствору - вторичному стандарту.

Реактивы. Раствор титранта NaOH (приблизительная концентрация 0,1 моль/л); стандартизированный в лабо­раторной работе 2 титрант - раствор НСl; индикатор - рас­твор фенолфталеина.

Посуда. См. лабораторную работу 2.

Выполнение работы. В бюретку наливают раствор NaOH, концентрацию которого следует установить, и за­крывают бюретку трубкой с натронной известью (смесь NaOH и СаО, используется для поглощения СО₂).

В колбы для титрования пипеткой Мора вносят по 10,0 мл стандартизированного раствора НСl, добавляют 3-5 капель фенолфталеина и титруют до получения бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 с.

При обработке результатов эксперимента после расчета значений C(NaOH) и T(NaOH) можно также рассчитать процентное содержание (т.е. массовую долю) гидроксида натрия в растворе. С этой целью, как в лабораторной работе 2 плотность анализируемого раствора принимают 1 г/мл, а значение T(NaOH) умножают на 100.

Протокол лабораторной работы оформляют по образцу лабораторной работы 2.