Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химические методы количественного анализа. Учебное пособие
.pdf
11
десятичные знаки у второго числа, т.к. при сложении уже второй десятичный знак
будет недостоверен у первого числа. Значит 3,5 +4,72 = 8,22 = 8,2. При умножении
или делении наименее точным является число, которое содержит наименьшее
число значащих цифр. Отсюда и конечный результат вычисления должен
содержать столько же значащих цифр. Например,
В большинстве случаев получаемые при количественном анализе
экспериментальные данные (массы и объемы) представляют собой числа с 4
значащими цифрами. Поэтому и вычисления результатов анализа проводятся до
четырех значащих цифр (например, концентрация раствора соляной
кислоты
; масса в исследуемом растворе равна
0,3516 г и т.д).
Ориентировочные вычисления. В ряде случаев вычисления не требуют
большой точности, например, при расчете объема раствора концентрированной
кислоты или основания, необходимых для приготовления раствора
приблизительно нужной концентрации. В таких случаях вычисления проводят
приблизительно, т.е. округляя значения.
2 Титриметрический анализ
2.1 Сущность титриметрического анализа
Титриметрические методы анализа, основанные на титровании, относятся к
числу наиболее важных в количественном анализе.
12
Титрование – процесс приливания одного раствора из бюретки (титранта) к
другому раствору, находящемуся в колбе, до точки эквивалентности с целью
определения концентрации одного из них.
Требования к реакциям, применяемым в титриметрическом анализе.
1 Взаимодействие между определяемым веществом и реагентом должно
идти в строго определенных стехиометрических соотношениях.
2 Реакция должна протекать с достаточной скоростью для того, чтобы
титрование можно было провести быстро.
3 Реакция должна протекать количественно (константа равновесия
реакции должна быть достаточно велика). Для получения правильных результатов
анализа полнота реакций в момент добавления эквивалентного количества реагента
должна составлять не менее 99,9 %.
4 При титровании не должны протекать побочные реакции.
5 Необходимо иметь возможность достаточно точно установить точку
эквивалентности, т.е. определяемая экспериментально конечная точка титрования
должна быть очень близкой к точке эквивалентности, практически с ней совпадать.
Точка эквивалентности (точка стехиометричности) и конечная точка
титрования. Под точкой эквивалентности понимают момент, когда титрант
прилит к титруемому веществу в строго эквивалентном количестве, отвечающем
стехиометрическому уравнению реакции взаимодействия. Для установления
момента эквивалентности в химических титриметрических методах используют
индикаторы – это вещества, которые изменяют свою окраску при концентрациях
реагирующих веществ возможно более близких к точке эквивалентности. Момент
титрования, когда индикатор меняет окраску, называют конечной точкой
титрования. В идеальном случае эта точка должна совпадать с точкой
эквивалентности, но по разным причинам они часто различаются (например,
вследствие несвоевременного изменения окраски индикатора).
13
Точка эквивалентности характеризуется особым отношением концентраций
реагирующих веществ в растворе, т.к. применяемые реакции в титриметрическом
анализе, как и все реакции, обратимы, хотя и в небольшой степени. В начале
титрования имеется избыток титруемого иона. После точки эквивалентности
имеется избыток титранта. Теоретически в точке эквивалентности должен быть
только продукт реакции, если реакция протекает количественно. Но поскольку
реакции, применяемые в титриметрическом анализе, обратимы, поэтому они в
точке эквивалентности практически не доходят до конца. Например, для
титрования нитрата серебра хлоридом натрия можно написать уравнение реакции:
Тогда в точке эквивалентности концентрацию ионов можно рассчитать из
произведения растворимости
Если к раствору
с концентрацией 0,1моль/дм3 прибавлено точно
эквивалентное количество раствора с концентрацией 0,1моль/ дм
3
, то в точке
эквивалентности имеем насыщенный раствор , в котором будет находиться
моль/дм3 серебра или 0,0011 г серебра в 1 дм3. Естественно, что осаждение
нельзя считать полным. Но при титровании необходимо заметить именно этот
момент, если хотят рассчитать содержание серебра по количеству
израсходованного реагента.
Рабочий титрованный раствор (титрант)- раствор вещества точно
известной концентрации, применяемый для проведения реакции с неизвестным
количеством определяемого вещества. Объем титранта, пошедшего на титрование,
измеряют по бюретке.
14
Способы приготовления рабочих титрованных растворов будут рассмотрены
в разделе 2.5.
Раствор установочного вещества (первичный стандарт). Эти растворы
имеют точно известную концентрацию и их используют для установления точной
концентрации рабочих растворов.
Установочные вещества должны удовлетворять следующим требованиям:
- состав вещества должен строго соответствовать определенной химической
формуле;
- вещество не должно содержать примесей выше допустимого предела,
устанавливаемого стандартом для данного вещества квалификации «х.ч.»
(химически чистые);
- вещество должно быть устойчивым при комнатной температуре, не должно
претерпевать изменений при высушивании, не должно абсорбировать воду или
диоксид углерода из воздуха;
- растворы данного вещества должны быть устойчивы при хранении;
- реакция между установочным веществом и титрантом должна протекать
быстро и стехиометрически;
- вещество должно обладать по возможности большой молярной массой, т.к.
с увеличением массы вещества уменьшается относительная ошибка взвешивания.
2.2 Приемы титрования
Способ пипетирования – определенный объем раствора исследуемого
вещества (или первичного стандарта) отбирают пипеткой, переносят в коническую
колбу и титруют рабочим раствором (титрантом), находящимся в бюретке.
15
Способ отдельных навесок – точную навеску определяемого (или
(2)
установочного) вещества помещают в коническую колбу, растворяют в
произвольном объеме воды и титруют рабочим раствором, находящимся в
бюретке.
2.3 Закон эквивалентов
Понятие эквивалентности реагирующих веществ в химических реакциях
является одним из основных понятий в аналитической химии. Именно на
эквивалентности основаны вычисления результатов титриметрического анализа.
Фактор эквивалентности – число, обозначающее, какая доля реальной
частицы вещества (например, молекулы вещества) эквивалентна одному иону
водорода в данной кислотно-основной реакции, или одному электрону в данной
окислительно-восстановительной реакции. Обозначают
. Фактор
эквивалентности рассчитывают на основании стехиометрии данной реакции.
Реакция должна быть указана обязательно (здесь и далее - химическая формула
вещества).
где, – целое положительное число замещенных или присоединенных ионов
водорода (в кислотно-основных реакциях) или число отданных или принятых
электронов (в окислительно-восстановительных реакциях).
Фактор эквивалентности равен или меньше единицы.
В реакции
16
Запись
обозначает, что молекулы
участвует в
данной реакции одним ионом водорода;
означает, что одна
молекула взаимодействует в данной реакции с одним ионом водорода.
В реакции
(кислая среда). Это означает, что молекулы
данной реакции эквивалентна одному электрону.
, т.е. один ион
эквивалентен в данной реакции одному
электрону.
в
Химическим эквивалентом называют реальную или условную частицу
вещества Х, которая в кислотно-основных реакциях соответствует одному иону
водорода
Обозначают эквивалент как
, а в окислительно-восстановительных реакциях – одному электрону.
.
или упрощенно -
Эквивалент кислоты (или основания) – такая реальная или условная частица
вещества, молекула которого в данной реакции участвует одним ионом водорода
или соединяется с ним или каким–либо другим образом эквивалента ему.
Например, в ранее рассмотренной реакции взаимодействия серной кислоты
и щелочи, эквивалент серной кислоты - это условная частица вида
.
, т.к.
Эквивалент окисляющегося (или восстанавливающегося) вещества – это
такая реальная или условная частица вещества, которая в данной химической
реакции может присоединять один электрон или высвобождать его, или быть
каким-либо другим образом эквивалента одному электрону.
17
Например, при окислении перманганатом в кислой среде эквивалент
перманганата калия – это условная частица вида
.
Так как эквивалент вещества может меняться в зависимости от реакции, в
которой это вещество участвует, необходимо указывать соответствующую
реакцию, исключая те случаи, когда возможно только единственное толкование.
Например, для реакции
эквивалент фосфорной кислоты равен
.
Для реакции
эквивалент фосфорной кислоты равен
.
Принимая во внимание, что понятие моля позволяет пользоваться любыми
видами условных частиц, можно дать понятие молярной массы эквивалента
вещества .
Моль - это количество вещества, содержащее столько реальных или
условных частиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода – 12
(
). Под реальными частицами следует понимать атомы, ионы, молекулы,
электроны и т.п., а под условными частицами – доли перечисленных реальных
частиц( , .
Молярная масса эквивалента вещества - масса одного моля эквивалентов
этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности
молярную массу вещества
.
на
Молярную массу эквивалента обозначают как
.
, упрощенно
18
Вычисляют по формуле:
(3)
(4)
(5)
Например,
Это означает, что масса одного моля условных частиц
составляет 31,6 г.
В основе титриметрического анализа лежит закон эквивалентов. Согласно
закону эквивалентов: массы взаимодействующих веществ и
пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ
.
прямо
и
Т.е. в момент эквивалентности число молей эквивалентов вещества в
объеме титруемой пробы равно числу молей эквивалентов вещества (титранта).
Например, для реакции:
Числа эквивалентности составят:
19
Выражение закона эквивалентов:
(6)
или
2.4 Способы выражения концентрации растворов в
титриметрическом анализе
Молярная концентрация –основной способ выражения концентрации
растворов в соответствии с требованиями Международной системы единиц (СИ).
Молярная концентрация – физическая величина, равная отношению
количества растворенного вещества (в молях) к объему раствора (в дм3), т.е.
молярная концентрация – это количество молей растворенного вещества,
находящегося в 1 дм
3
раствора. Размерность молярной концентрации моль/дм3.
Обычно молярная концентрация обозначается
значения молярности) М.
где,
- количество вещества, моль;
- масса вещества
– молярная масса вещества г/моль;
- объем раствора, дм
3
.
или (после численного
20
Молярная концентрация эквивалента – это отношение количества вещества
(7)
эквивалента в растворе к объему этого раствора, т.е. количество молей эквивалента
вещества, находящееся в 1 дм
упрощенно
.
3
раствора. Обозначается
Количество вещества эквивалента – это количество вещества (в молях), в
котором частицами являются эквиваленты (
Молярная концентрация эквивалента вычисляется по формуле:
где,
- количество вещества эквивалента, моль;
- масса вещества
).
или
- объем раствора, дм
Например, пусть
Это означает, что 1 дм
– молярная масса эквивалента вещества г/моль;
3
.
3
этого раствора содержит 0,1 моль эквивалентов серной
= 0,1 моль/дм3 (в кислотно-основной реакции).
кислоты. Так как молярная масса эквивалента серной кислоты
г/моль, то данный раствор содержит 4,9 г
в 1 дм3 раствора.
Разрешается вместо обозначения единиц измерения моль/л при указании
молярной концентрации эквивалента писать н. Например, 1н.
содержащий 1 моль/л ½ молекулы
например, 0,305 н. , раствор с
. Можно использовать десятичные доли,
0,305 моль/ дм
3
.
, т.е. раствор,
Выражение концентрации растворов через молярную концентрацию
эквивалента является удобным для титриметрического анализа, т.к. в соответствии
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]