Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Количественный химический анализ. Учебное пособие

21

установочного вещества используют раствор буры (декагидрат тетрабората натрия Na2B4O7 10 H2O), приготовленный по точной навеске.

Фиксирование конечной точки титрования проводят с помощью кислот-

но-основного индикатора метилового оранжевого, который в щелочной среде имеет желтую окраску, а в кислой - розовую. Титрование заканчивают при по-

явлении оранжевой окраски раствора.

Оборудование и реактивы: аналитические весы; штатив; бюретка, вме-

стимостью 25 см3; мерные колбы, вместимостью 100-250 см3; колба кониче-

ская; стакан для слива; мерный цилиндр, вместимостью 10-25 см3; мерная пипетка, вместимостью 5-25 см3; Na2B4O7 10H2O; раствор кислоты HCl ( 1,03

г/см3), раствор HCl, Сэк(HCl) 0,1 моль/дм3; индикатор метиловый оранжевый.

Методика выполнения анализа: 1. Приготовление рабочего рас-

твора хлороводородной кислоты. Раствор хлороводородной кислоты гото-

вят способом разбавления. Для этого рассчитывают объем концентрированного раствора ( = 1,03 г/см3), необходимый для приготовления 250 см3 раствора,

Сэк(HCl) = 0,1 моль/дм3. Вначале вычисляем массу по данным для разбавленно-

го раствора:

где Сэк(HCl) - молярная концентрация эквивалентов раствора HCl, моль/дм3;

Мэк(HCl) - молярная масса эквивалентов HCl, г/моль;

Vм.к. - объем мерной колбы, дм3.

Такая же масса HCl содержится и в концентрированном растворе. Объем концентрированного раствора HCl (VК) выражают из формулы для вычисления массовой доли:

22

Недостающее данное , %, (HCl) находят по таблице в справочнике по аналитической химии Ю.Ю. Лурье «Плотность растворов». Вычисленный объ-

ем отбирают при помощи цилиндра, переносят в мерную колбу, доводят рас-

твор дистиллированной водой до метки по нижнему мениску, затем тщательно перемешивают.

2. Приготовление установочного раствора буры (Na2B4O7 10H2O).

Растворы установочных веществ готовят по точной навеске, которую берут на аналитических весах. Раствор готовят в мерной колбе, вместимостью 100 см3,

Сэк (Na2B4O7) = 0,1000 моль/дм3. Вычисляют массу навески тетрабората натрия по формуле:

m(Na2 B4O7 10H2O) Cэк (Na2 B4O7 ) М эк (Na2 B4O7 10H 2O) Vм.к. , (14)

где Сэк(Na2B4O7) - молярная концентрация эквивалентов раствора буры,

моль/дм3;

Мэк(Na2B4O7 10H2O) - молярная масса эквивалентов буры, г/моль;

Vм.к. - объем мерной колбы, дм3.

Буру взвешивают в стаканчике. Для этого взвешивают сначала пустой стаканчик (m1), к его массе прибавляют массу расчетной навески, устанавлива-

ют ее на весах, затем взвешивают буру (m2). Для ускорения взвешивания берут навеску близкую к расчетной, но с точностью до четвертого знака. Разница m2 и m1 дает практическую массу навески соли:

m2 - масса стакана с навеской, г

m1 - масса пустого стакана, г

m - практическая масса навески соли, г

В случае если масса практической навески не совпадает с расчетной, про-

водят уточнение концентрации по формуле (14). Для того, чтобы навеску буры количественно перенести в мерную колбу, наливают в стакан горячей дистил-

лированной воды (в холодной воде бура растворяется медленно), затем, не от-

нимая дно стаканчика от стола (чтобы не расплескать раствор), осторожно пе-

ремешивают круговыми движениями. Раствор переливают в мерную колбу,

23

прикасаясь краем стакана к горлышку колбы, чтобы избежать потерь раствора.

После чего стакан ополаскивают 3-5 раз небольшими порциями воды, которые сливают в ту же мерную колбу. Раствор в колбе охлаждают под струей водо-

проводной воды до комнатной температуры, доводят до метки дистиллирован-

ной водой по нижнему мениску и тщательно перемешивают.

3. Установление концентрации рабочего раствор а хлороводо-

родной кислоты. Аликвотную часть стандартного раствора буры отбирают мерной пипеткой, которую подготавливают следующим образом: маленький стаканчик ополаскивают раствором буры, затем наливают треть стаканчика и ополаскивают пипетку этим раствором 2-3 раза. Выливают остатки раствора.

Наливают свежий раствор, отбирают аликвотную часть, переносят в колбу для титрования, добавляют 2-3 капли индикатора метилового оранжевого и титру-

ют раствором HCl до перехода окраски раствора из желтой в оранжевую. Запи-

сывают объем титранта с точностью до второго знака после запятой. Для по-

вышения точности результата анализа титрование проводят несколько раз (2-4).

В расчетную формулу подставляют среднее значение объема, при вычислении которого учитывают только те объемы, которые отличаются не более чем на

0,10 см3. Концентрацию хлороводородной кислоты рассчитывают, используя выражение закона эквивалентов:

где Сэк(Na2B4O7) - уточненное значение концентрации раствора буры, моль/дм3; Vа.ч. (Na2B4O7) - объем аликвотной части буры, см3;

V(HCl) - средний объем раствора хлороводородной кислоты, израсходо-

ванный на титрование буры, см3.

4. Определение содержания гидроксида натрия. Полученный кон-

трольный раствор NaOH в мерной колбе разбавляют дистиллированной водой до метки, перемешивают. Отбирают пипеткой аликвотную часть раствора

NaOH в коническую колбу, добавляют 1-2 капли индикатора метилового оран-

24

жевого и титруют рабочим раствором хлороводородной кислоты из бюретки до перехода окраски индикатора из желтой в оранжевую. Проводят 6-10 парал-

лельных титрований. Массу NaOH в растворе вычисляют по формуле:

где m(NaOH) - масса NaOH в растворе, г;

Cэк(HCl) - молярная концентрация эквивалентов HCl, моль/дм3;

V(HCl) - объем рабочего раствора, израсходованный на титрование, см3; Mэк(NaOH) - молярная масса эквивалентов NaOH, г/моль;

- объем мерной колбы, см3;

(NaOH) - объем аликвотной части раствора, см3.

Проводят обработку данных методом математической статистики и опре-

деляют доверительный интервал для массы NaOH в растворе. Перед статисти-

ческой обработкой данных следует проверить, нет ли среди них резко отлича-

ющихся вследствие грубых ошибок. При наличии таких данных их исключают из числа обрабатываемых величин. Для этого располагают полученные при титровании объемы НCl в порядке возрастания. Рассчитывают для предполага-

емых недостоверных величин критерий Q по формуле:

где R - размах варьирования (разность между предельными значениями измеря-

емой величины: самой большой и самой маленькой).

Считают, что измерение содержит грубую ошибку, если значение Q-кри-

терия больше табличного (табл. 1). Величина Q-критерия зависит от числа сте-

пеней свободы f = n - 1 (n - число измерений) и надежности Р.

26

Содержание (массу) гидроксида натрия записывают в следующем виде:

Таблица 2

Коэффициенты нормированных отклонений (tP,f - коэффициент Стьюдента)

2.1.2.Определение содержания аммиака

всолях аммония

Цель работы - приготовить раствор щелочи способом разбавления;

определить содержание аммиака в солях аммония методом обратного титрова-

ния.

Сущность работы. Аммониевые соли проявляют свойства столь слабых кислот, что их прямое титрование невозможно; используют косвенные методы:

метод обратного титрования или метод замещения. Определение аммиака ме-

тодом обратного титрования проводят следующим образом: к раствору соли аммония добавляют точно измеренное количество щелочи в избытке. Часть ще-

лочи вступает в реакцию:

NH4 OH H2O NH3 .

Раствор кипятят до полного удаления аммиака. Избыток щелочи остается в растворе, его титруют раствором кислоты. Зная количество щелочи, введен-

ное в раствор соли аммония и оставшееся после удаления аммиака вычисляют содержание аммиака в соли.

27

Оборудование и реактивы: аналитические весы; штатив; бюретка, вме-

стимостью 25 см3; бюретка, вместимостью 50 см3; мерная колба, вместимостью

250 см3; стакан, вместимостью 150 см3; колба коническая; мерный цилиндр,

вместимостью 10 см3; мерная пипетка, вместимостью 5-10 см3; плитка электри-

ческая; раствор NaOH, = 19,5 %; HCl, Cэк(HCl) - 0,1 моль/дм3; NH4Cl; раствор

NaOH, Cэк(NaOH) 0,1 моль/дм3; индикатор - метиловый оранжевый; индика-

тор - лакмусовая бумага.

Методика выполнения анализа: 1. Приготовление рабочего рас-

твора NaOH и установление его концентрации. Гидроксид натрия не об-

ладает свойствами стандартного вещества, он гигроскопичен, легко реагирует с углекислым газом воздуха. Поэтому сначала готовят раствор NaOH с приблизи-

тельной концентрацией, а точную концентрацию устанавливают по растворам стандартных (установочных) веществ (щавелевая кислота, бензойная и др.) или по стандартизированному раствору хлороводородной кислоты. Массу NaOH,

необходимую для приготовления 250 см3 раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм3, вычисляют по формуле:

где m(NaOH) - масса NaOH, г;

(NaOH) - массовая доля в растворе, %.

Объем концентрированного раствора NaOH определяют по формуле:

где - плотность раствора NaOH, г/см3.

29

V(NaOH) - объем раствора NaOH, см3;

Сэк(HCl) - молярная концентрация эквивалентов раствора HCl, моль/дм3; V(HCl) - объем рабочего раствора, израсходованный на титрование, см3;

Мэк(NH3) - молярная масса эквивалентов аммиака, г/моль; m (NH4Cl) - масса навески соли аммония, г.

При расчете массы аммиака в растворе соли аммония используют формулу:

m(NH3 ) [Сэк (NaOH) V (NaOH) Сэк (HCl) V (HCl)] М эк (NH3 ) , (26)

1000

где m(NH3) - масса NH3, г.

2.1.3.Применение метода нейтрализации в пищевой промышленности

2.1.3.1.Определение титруемой кислотности хлеба и булочных изделий

Цель работы - определить титруемую кислотность хлеба и булочных из-

делий методом нейтрализации.

Сущность работы. Под титруемой кислотностью понимают содержание всех кислых компонентов продукта, которые оттитровываются раствором ще-

лочи в присутствии индикатора фенолфталеина.

Титруемую кислотность выражают в градусах. За градусы титруемой кислотности принимают количество кубических сантиметров раствора гидрок-

сида натрия (или калия), концентрация которого составляет 1,0000 моль/дм3,

необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 г хлебного мя-

киша. Фиксирование конечной точки титрования проводят с помощью кислотно-

ос-новного индикатора фенолфталеина, который в щелочной среде имеет розо-

вую окраску, а в кислой - бесцветную. Титрование заканчивают при появлении розовой окраски раствора. Анализ состоит из двух этапов. Первый этап - экс-

трагирование кислот из анализируемой пробы продукта с помощью воды с по-

30

следующей фильтрацией смеси. Фильтрат используют для титрования. Второй этап - титрование.

Оборудование и реактивы: весы технические; штатив; бюретка, вмести-

мостью 25 см3; химический стакан, вместимостью 250 см3; стеклянная палочка;

мерная колба, вместимостью 250 см3; воронка стеклянная, диаметром 5-7 см;

конические колбы, вместимостью 500 см3 (с пробкой) и 100-150 см3; ступка фарфоровая; колбы конические для титрования; стакан для слива; мерная пи-

петка, вместимостью 50 см3; раствор NaOH (или KOH), Сэк(NaOH) = 0,1000

моль/дм3; спиртовый раствор фенолфталеина, = 1 %.

Методика выполнения анализа: 1. Подготовка пробы. 25 г измель-

ченного мякиша взвешивают с точностью до 0,01 г. Навеску переносят в кони-

ческую колбу, вместимостью 500 см3 с хорошо пригнанной пробкой. Мерную колбу, вместимостью 250 см3, наполняют до метки дистиллированной водой комнатной температуры и сливают четвертую часть воды в колбу с навеской.

Навеску быстро растирают стеклянной палочкой с резиновым наконечником до получения однородной массы, после чего приливают всю оставшуюся воду, за-

крывают колбу пробкой, энергично встряхивают в течение 2-х мин и оставляют при комнатной температуре на 10 мин. Затем смесь снова энергично встряхи-

вают 2 мин и оставляют еще на 8 мин.

Вытяжку из хлебобулочных изделий можно приготовить ускоренным ме-

тодом, для чего воду подогревают до 60 оС и, добавив к навеске всю воду (250 см3),

встряхивают жидкость 3 мин, после чего оставляют колбу на 1 мин.

2. Определение титруемой кислотности. Отстоявшийся жидкий слой осторожно сливают через сито или марлю в сухой стакан. Из стакана от-

бирают пипеткой по 50 см3 раствора в две конические колбы, вместимостью

100-250 см3. В каждую колбу наливают 2-3 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором NaOH (или KOH) до слаборозового окрашивания, не исче-

зающего при спокойном стоянии пробы в течение одной минуты. Отмечают объ-

ем израсходованного на титрование раствора гидроксида натрия (или калия).