Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия. Расчеты в количественном анализе. Практикум
.pdf
91
V(NaOH)] в формулу подставляют объем анализируемого рас-
ЭКВ
[ ( ) ( )] ( )
()
100
V HCl V NaOH C HCl
С НСl
ЭКВ
0,1 (100 90)
( ) 0,01
100
С НСl
ЭКВ
'
рН = lgС (HCl)
ЭКВ
3
(100 99) 0,1
( ) 10
100
С НСl
3
10 3.рН lg
4
ЭКВ
(100 99,9) 0,1
( ) 10
100
С НCl
4
10 4.рН lg
твора, в данном случае V
(HCl) = 100,00 см3. Кроме того,
АЛ.Ч.
С(HCl) = С(NaOH); следовательно, концентрацию неоттитрованной кислоты можно рассчитать по формуле
.
Пусть в раствор добавлен V(NaOH) = 90,00 см3, концен-
трация неоттитрованной кислоты согласно предыдущей формуле равна:
моль/дм3;
lg0,01= 2.
Когда добавлен V(NaOH) = 99,00 см3, то
моль/дм3;
Если добавлен V(NaOH) = 99,90 см3 – не оттитровано
0,1 см3 НСl, т.е. 0,1 % (от 100 см3); наблюдается начало скачка
рН на кривой титрования:
моль/дм3;
3. В точке эквивалентности, когда прилит V(NaOH) =
100,00 см3, вся кислота будет нейтрализована. Образовавшаяся
92
соль NaCl гидролизу не подвергается, среда нейтральна. В ней-
ЭКВ
V NaOH V HCl C NaOH
C NaOH
V HCl
ЭКВ
43
(101 100) 0,1
( ) 10 моль дм ;
100
С NaOH /
ЭКВ
3'
(101 100) 0,1
( ) 10
100
С NaOH
ЭКВ
2
(110 100) 0,1
( ) 10
100
С NaOH
тральном растворе [Н+] = [ОН-] = 10-7 и рН = 7.
4. Концентрация ионов водорода при титровании после
точки эквивалентности будет определяться избытком прибав-
ленного раствора NaOH. В этом случае pH рассчитывается для
сильных оснований по формуле (3.33) (см. табл. 3.4):
pH = 14 – pOH = 14 + lgC'(NaOH).
Концентрацию избыточного NaOH рассчитывают по фор-
муле
.
При добавлении V(NaOH) = 100,1 см3, т.е. 0,1 см3 (0,1 %)
избытка рабочего вещества, наблюдается конец скачка на кри-
вой титрования:
рН = 14 + lg10
При V(NaOH) = 101,0 см3
pH = 14 + lg10
При V(NaOH) = 110,0 см
– 4
= 10 – 4 = 10.
– 3
= 14 – 3 = 11.
3
моль/дм3;
моль/дм3;
93
pH = 14 + lg10
2
1
2
1
– 2
= 14 – 2 = 12.
5. Пределы скачка на кривой титрования от рН = 4
до рН = 10, рНТЭ = 7.
6. Для титрования можно использовать индикаторы, ин-
тервал перехода окраски которых находится в пределах скачка
на кривой титрования (см. прил. 5). В качестве индикаторов
можно использовать фенолфталеин (∆рН
феноловый красный (∆рН
оранжевый (∆рН
= 3,2–4,4; рТ = 4,0).
ИНД
= 6,8–8,2; рТ = 7,5), метиловый
ИНД
= 8,2–10; рТ = 9),
ИНД
7. Показатель титрования фенолового красного ближе к
рНТЭ, следовательно, титрование с ним будет точнее, чем с фенолфталеином и метиловым оранжевым. Переход окраски этого
индикатора – из желтой в красную.
Пример 2. Рассчитайте кривую титрования слабой му-
равьиной кислоты раствором сильного основания NaOH,
С(НСООН) = С(NaOH) = 0,1 моль/дм3, и подберите три индикатора для данного титрования.
Решение. Расчет рН для кривой титрования ведем в соот-
ветствии с алгоритмическим предписанием (см. разд. 3.6.1).
Объем аликвотной части V
(СН3СООН) = 100,00 см3.
АЛ.Ч.
1. Записываем уравнение химической реакции:
НСООН + NaOH → HCOONa + H2O.
2. Муравьиная кислота – слабая кислота, поэтому находим
по справочным таблицам значение рК = 3,75 (см. прил. 4).
3. Определяем состав раствора и рассчитываем его рН в
процессе титрования.
До начала титрования (V(NaOH) = 0 см3) в растворе при-
сутствует слабая муравьиная кислота. Для расчета рН раствора
используем формулу (3.34) (см. табл. 3.4):
рН =
3,75 –
lg 0,1 = 2,37.
94
В процессе титрования до точки эквивалентности в рас-
КИС
КИС
ОСН
V
рН = рК lg
V
753
50
50
753 ,lg,рН
745
099
1
753 ,
,
lg,рН
756
999
10
753 ,
,
,
lg,рН
2
1
2
1
2
1
2
1
творе присутствует неоттитрованная муравьиная кислота и ее
соль, образовавшаяся в результате химической реакции. Это
буферный раствор, состоящий из слабой кислоты и ее соли. Рассчитываем рН без учета разбавления. При равенстве концентраций кислоты и щелочи отношение С
КИС
/ С
можно заменить
СОЛИ
отношением объема недотитрованной кислоты к объему добавленного титранта.
Поэтому вычисления рН при добавлении следующих объ-
емов титранта: 50,00; 99,00; 99,90 см3 – проводим по формуле
(3.37) (см. табл. 3.4):
.
Для V(NaOH) = 50,00 см3
Для V(NaOH) = 99,00 см3
Для V(NaOH) = 99,90 см3
.
.
(не оттитровано 0,1 см3 или 0,1 % кислоты – начало скачка на
кривой титрования).
В точке эквивалентности V(NaOH) = 100,00 см3 и в тит-
руемом растворе находится соль HCOONa, которая подвергается гидролизу по аниону. Для расчета рН используем формулу (3.38) (см. табл. 3.4). Без учета разбавления С
СОЛИ
= С
NaOH
=
0,1 моль/дм3:
рН = 7 +
рК
КИС
+
lg
СОЛИ
= 7 +
3,75 +
lg0,1 = 8,38.
После точки эквивалентности для V(NaOH) = 100,10 см3
в растворе присутствует в избытке NаOH, который будет подавлять гидролиз соли. Поэтому рН раствора зависит только от
концентрации щелочи. Для расчета рН используем формулы:
95
ИЗБЫТ.
;
100
-
C(NaOH) V(NaOH )
[OH ]=
10
100
1,01,0
lg1414 рОНрН
№
п/п
Определяемое
вещество
Рабочее
вещество
Концентрация раство-
ров С(ОВ)=С(РВ),
моль/дм3
1 2 3
4 1 HCl
NaOH
0,0100
.
При V(NaOH) = 100,10 см3 в избытке находится 0,1 см3 или
0,1 % раствора щелочи (конец скачка на кривой титрования).
4. Расчеты показывают, что скачок на кривой титрования
лежит в пределах 6,75–10,0 единиц рН; рН в точке эквивалентности равен 8,38.
5. Подбираем по справочным таблицам (см. прил. 5) ин-
дикаторы, интервал перехода которых ΔрН
находится в пре-
ИНД
делах скачка на кривой титрования, и рассчитываем для них рТ:
крезоловый красный: интервал перехода 7,2–8,8; рТ = 8,0;
-нафтолфталеин: интервал перехода 7,3–8,7; рТ = 8,0;
тропеолин 000: интервал перехода 7,6–8,9; рТ = 8,3.
6. Индикаторная погрешность будет меньше при титровании с тропеолином 000, так как его рТ ближе к рНТЭ при сравнении с другими индикаторами. Переход окраски этого индикатора в точке эквивалентности – из желто-зеленой в розовую.
3.6.3. Задания для расчета кривых титрования
Рассчитайте и постройте кривую кислотно-основного титрования согласно алгоритмическому предписанию (см. разд. 3.6.1).
Подберите 3 кислотно-основных индикатора, укажите их интервал перехода окраски, рассчитайте рТ (табл. 3.6).
Таблица 3.6
Варианты заданий
96
Окончание табл. 3.6
1
2
3
4 2 NH4OH
HNO3
0,0500
3
CH3COOH
NaOH
0,1000
4
Бензойная кислота
(С6Н5СООН)
KOH
0,0200
5
HNO2
KOH
0,0500 6 LiOH
HIO
3
0,0100 7 HCl
NH4OH
0,0100
8
Молочная кислота
(СН3СН(ОН)СООН)
NaOH
0,0200
9
Хлоруксусная кислота
(СН2СlCOOH)
KOH
0,0100
10
NaOH
HF
0,0200
11
Трихлоруксусная ки-
слота (CCl3COOH)
NaOH
0,0100
12
NaOH
Бромноватая
кислота (HBrO3)
0,1000
13
HNO3
KOH
0,0100
14
LiOH
HCl
0,0500
15
Дихлоруксусная ки-
слота (СHCl2COOH)
KOH
0,0100
16
KOH
HCl
0,0010
17
Акриловая кислота
(СН2=СНСООН)
NaOH
0,1000
18
NaOH
Хлористая кислота
(HClO2)
0,1000
19
HCl
KOH
0,0500
20
HNO3
NaOH
0,5000
21
HI
KOH
0,1000
22
Диметиламин
((СН3)2NH2OH)
HNO3
0,0100
23
KOH
Циановая кислота
(НОСN)
0,1000
24
KOH
HNO
2
0,1000
25
Циановая кислота
(НОСN)
NaOH
0,1000
97
3.7. Расчеты в гравиметрическом (весовом) анализе
ЭКВ ЭКВ
(ВФ) (ОВ)
;
(ВФ) (ОВ)
mm
ММ
ЭКВ
ЭКВ
(ВФ) (ОВ)
(ОВ) (ВФ) ,
(ВФ)
m М
m m F
М
В методах гравиметрического анализа определяемый элемент выделяют в виде какого-либо соединения постоянного состава или в виде простого вещества, которое затем взвешивают
и по найденной массе вычисляют содержание компонента в исходном соединении. Различают следующие методы гравиметрического химического анализа: а) методы выделения, которые
основаны на получении анализируемого компонента в свободном состоянии и точном взвешивании его массы (определение
содержания золы); б) методы отгонки, когда анализируемый
компонент количественно отгоняют в виде летучего соединения; в) методы осаждения, когда анализируемый компонент переводят в малорастворимое соединение; осадок отделяют, промывают, высушивают (или прокаливают) и взвешивают. Расчеты в гравиметрическом анализе сводятся обычно к вычислению
аналитических множителей, объема осадителя или растворителя, величины навески, содержания анализируемого компонента
в исходном соединении и основаны на законе эквивалентов.
Расчет аналитических множителей
В методе осаждения в весовом анализе очень часто взвешивают не тот элемент или соединение, массу которого хотят
определить, а эквивалентное ему количество другого соединения – гравиметрической или весовой формы (ВФ). Зная массу
полученной весовой формы, можно определить содержание определяемого вещества (ОВ) в пробе. Согласно закону эквивалентов:
n
(ВФ) = n
ЭКВ
ЭКВ
(ОВ)
или
(3.40)
98
где F – аналитический множитель (фактор пересчета).
ЭКВ
ЭКВ
(ОВ)
(ОВ)
,
(ВФ) (ВФ)
М
aM
F =
М в М
ЭКВ
ЭКВ4 4 4
;
M (BaO)
M(BaO)
BaO
F
BaSO M(BaSO ) М (BaSO )
2
)BaO(M
2
4
)BaSO(M
0657,0
72,116
67,76
4
BaSO
BaO
F
Значение аналитического множителя можно найти по
справочнику [5] или рассчитать, используя молярные массы или
молярные массы эквивалента определяемого или анализируемого вещества и его весовой формы:
(3.41)
где а и в – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Пример. Вычислите аналитические множители для опре-
деления:
а) BaO по BaSO4;
б) фосфора по Mg2P2O7.
Решение. а) BaO – определяемое вещество (ОВ), BaSO4 –
весовая форма осадка (ВФ). Аналитический множитель рассчитывают по формуле (3.41):
М
(BaO) =
ЭКВ
= 76,67 г/моль;
М
(BaSO4) =
ЭКВ
= 116,72 г/моль;
б) 2Р → Mg2P2O7, фосфор – определяемое вещество, а пирофосфат магния – весовая форма осадка, тогда
;
99
2783,0
56,222
98,302
)(
)(2
722722
OPMgM
PM
OPMg
Р
F
.
В числителе умножают молярную массу фосфора на два,
так как для образования 1 молекулы весовой формы необходимо
два атома фосфора.
3.7.1. Задачи на расчет аналитических множителей
1. Вычислите аналитические множители, если в виде
Р2О5·24МоО3 определяют: а) Са3(РО4)2; б) фосфор.
2. Вычислите аналитические множители, если в виде йо-
дида серебра определяют: а) серебро; б) йодоформ (CHI3).
3. Вычислите аналитические множители, если марганец
определяют в виде: а) Mn3O4; б) MnO2.
4. Вычислите аналитические множители, если ионы бария
определяют в виде: а) карбоната бария; б) фосфата бария.
5. Вычислите аналитические множители, если марганец
определяют в виде: а) пирофосфата марганца (Mn2P2O7); б) арсената марганца (Mn3(AsO4)2).
6. Вычислите аналитические множители, если цинк опре-
деляют в виде: а) пирофосфата цинка (Zn2P2O7); б) оксида цинка.
7. Вычислите аналитические множители, если в виде Al2O3
определяют: а) безводный хлорид алюминия; б) Al2O3·2SiO2.
8. Вычислите аналитические множители, если фтор опре-
деляют в виде: а) фторида кальция; б) тетрафторида кремния
(SiF4).
9. Вычислите аналитические множители для определения
оксида магния и магния в виде Mg2P2O7.
10. Вычислите аналитические множители, если в виде
хромата бария определяют: а) дихромат калия; б) хромат-ион.
11. Вычислите аналитические множители для определения
магния в виде: а) карбоната магния; б) пирофосфата магния
(Mg2P2O7).
12. Вычислите аналитические множители для определения
гидроксида алюминия и алюмокалиевых квасцов
(AlK(SO4)2·12H2O) в виде оксида алюминия.
100
13. Вычислите аналитические множители, если определя-
ют диоксид углерода и безводную щавелевую кислоту в виде
оксида кальция.
14. Вычислите аналитические множители для определения
свинца в виде: а) фосфата свинца; б) молибдата свинца
(PbMoO4).
15. Вычислите аналитические множители для определения
фосфора и фосфата магния в виде пирофосфата магния
(Mg2P2O7).
16. Вычислите аналитические множители, если в виде йо-
дида свинца определяют: а) йод; б) йодид кальция.
17. Взвешен оксид кобальта (II, III). Вычислите аналити-
ческие множители, если определяют: а) безводный нитрат кобальта; б) пирофосфат кобальта (Co2P2O7).
18. Вычислите аналитические множители для определения
свинца, тетраоксида трисвинца (Pb3O4) по сульфату свинца
PbSO4.
19. Вычислите аналитические множители для определения
серной кислоты, безводного сульфата железа (III) по сульфату
бария.
20. Вычислите аналитические множители, если в виде
сульфата меди (II) определяют: а) медный купорос CuSO4·5H2O;
б) оксид меди (I).
21. Вычислите аналитические множители, если в виде
Mn3O4 определяют: а) оксид марганца (III); б) оксид марганца
MnO.
22. Вычислите аналитические множители для определения
кальция в виде: а) CaCO3; б) Ca3(PO4)2.
23. Вычислите аналитические множители, если фосфор-
ную кислоту, оксид фосфора (V) определяют в виде пирофосфата магния (Mg2P2O7).
24. Вычислите аналитические множители, если стронций
определяют в виде: а) сульфата стронция; б) фосфата стронция.
25. Вычислите аналитические множители для определения
по карбонату кальция: а) диоксида углерода; б) фосфата кальция.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]