Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химические методы количественного анализа. Учебное пособие
.pdf
71
Очевидно, что для установления конечной точки титрования необходимо
применять такие индикаторы, окраска которых меняется с достаточной скоростью.
Интервал перехода индикатора. Согласно ионно – хромофорной теории в
растворе кислотно – основных индикаторов имеются следующие равновесия
где, и - две таутомерные формы индикатора.
Поскольку в сильнокислых растворах индикатор присутствует почти
полностью в виде , а в сильнощелочных – в виде . Форму
назвать кислотной формой, а ионы
- щелочной формой.
Применяя закон действия масс к написанным выше равновесиям, получим:
Для равновесия 1
Для равновесия 2
можно
Почленно перемножая эти уравнения, получим
или обозначив
;
;
можно записать
72
где,
Решая это уравнение относительно
- кажущаяся константа диссоциации индикатора.
, получим
Откуда,
Это уравнение является основным в теории индикаторов и выражает
зависимость между окраской индикатора и величиной раствора. Зная константу
диссоциации индикатора, пользуясь этим уравнением, можно рассчитать интервал
перехода индикатора, т.е. область значений, в которой становится видимым
изменяющийся цвет индикатора. Поскольку показатель
величина
постоянная для данного индикатора, из полученного уравнения следует, что при
изменении раствора будет изменяться отношение
. Однако не всякое
изменение этого соотношения воспринимается как изменение цвета. Это связано с
тем, что глаз у человека имеет ограниченную способность к восприятию окрасок и
обычно не замечает присутствия одной из окрашенных форм индикатора, если
концентрация ее примерно в 10 раз меньше концентрации другой формы. Исходя
из этого, получаем формулу для расчета интервала перехода индикатора из
следующего:
(если
(если
)
),
откуда интервал перехода индикатора
73
Например, для фенолфталеина
интервал перехода будет равен
Удобнее характеризовать индикатор не интервалом, а показателем
титрования - это значение , при котором резко меняется окраска
индикатора. Величина определяет конца титрования, так как титруется до
этого резкого изменения окраски, находится примерно в середине интервала
перехода.
Величина обычно мало зависит от концентрации индикатора, так как
перемена окраски обусловлена резким изменением соотношения двух форм
(молекулярной и ионной), имеющих различный цвет (двухцветные индикаторы).
Некоторые особенности в этом отношении имеют одноцветные индикаторы, у
которых одна из форм обычно молекулярная, бесцветна. Показатель титрования их
(а также интервал перехода) одноцветных индикаторов в значительной степени
зависит от концентрации. Так, для фенолфталеина
и при
большей концентрации индикатора резкое изменение цвета наступит раньше, чем
при меньшей.
Иногда изменение окраски некоторых индикаторов не очень хорошо заметно,
особенно при искусственном освещении. Тогда можно сделать изменение окраски
более заметным, если применять смешанный индикатор. Для этого подбирают
смесь двух индикаторов или смешивают подходящий индикатор с красителем,
окраска которого не зависит от раствора. Например, при изменении от пяти
до трех окраска метилового оранжевого изменяется от желтой к красной. Переход
можно сделать более заметным, если смешать метилоранж с метиловым синим.
Этот краситель не изменяет своей окраски при изменении в указанных
пределах. Однако цвет этого красителя накладывается на цвет метилового
оранжевого и происходит следующее: при = 5 раствор будет зеленым (смесь
желтого и синего), при = 3 окраска фиолетовая (смесь красного и синего. Таким
74
образом, переход от зеленого к фиолетовому в конце титрования, которое дает
смешанный индикатор, более заметно, чем от желтого к красному.
Правильный выбор индикатора – имеет большое значение при титровании.
Кислотно – основное титрование следует проводить в присутствии такого
индикатора, интервал перехода которого находится в области на кривой
титрования (приложение В).
75
3.6 Лабораторная работа № 1. Определение содержания в растворе
Определение основано на титровании раствора раствором
3.6.1 Приготовление рабочего титрованного раствора
Приготовить титрованный раствор гидроксида натрия по точной навеске
нельзя. Поэтому сначала готовят примерно 0,1 М раствор и раствор
установочного вещества (в качестве которого используют щавелевую кислоту
). Титруют раствор щавелевой кислоты раствором гидроксида
натрия и рассчитывают его концентрацию.
Приготовление 250 см
3
приблизительно 0,1 М раствора .
Приготовление растворов из этого твердого реактива связано с некоторыми
трудностями. Поверхность его всегда покрыта слоем карбоната натрия
присутствие которого в растворе искажает результаты титрования. Кроме того,
поглощая влагу и диоксид углерода, гидроксид натрия изменяет свою массу на
воздухе. Поэтому целесообразно взвесить навеску гидроксида натрия больше
рассчитанной на 30 %.
Рассчитаем, сколько нужно взять чистого для приготовления 250,0 см
0,1 М раствора:
Увеличим массу на 30 %:
,
3
Переносят навеску в маленький химический стакан, добавяют
дистиллированной воды (около 5 см3), быстро ополаскивают и сливают. Таким
образом, смоется присутствующий карбонат натрия. Растворяют гидроксид натрия
в свежей порции дистиллированной воды и переносят в мерную колбу.
76
Ополаскивают небольшой порцией воды стаканчик и снова сливают в мерную
колбу. Повторят несколько раз. После этого доводят объем раствора в
мерной колбе до метки водой, закрывают пробкой, тщательно перемешивают.
Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты
Взаимодействие щавелевой кислоты и гидроксида натрия протекает по
уравнению
Факторы эквивалентности реагирующих веществ составляют:
Навеску щавелевой кислоты для приготовления 100,0 см3 0,1 н. раствора
рассчитывают по формуле:
Взвешивают на аналитических весах на часовом стекле навеску, близкую к
рассчитанной, соблюдая правила работы на аналитических весах (приложение Б).
Данные взвешивания вносят в таблицу 3.3.
Переносят кислоту в мерную колбу, растворяют в небольшом объеме
дистиллированной воды. Добавляют воды до метки, закрывают пробкой и
перемешивают. Рассчитывают титр и молярную концентрацию эквивалента
полученного раствора:
77
Таблица 3.3 – Результаты взвешивания на аналитических весах
Масса объекта
г
Масса вещества теоретическая
Масса часового стекла
Масса вещества и часового стекла теоретическая
Масса вещества и часового стекла практическая
Масса вещества практическая
Установка концентрации раствора по щавелевой кислоте.
Раствор гидроксида натрия наливают в бюретку, предварительно тщательно
промытую и ополоснутую раствором , заполняют носик бюретки. Убрав
воронку, устанавливают мениск на нулевом делении. Отбирают пипеткой
вместимостью 10,00 см
3
раствор щавелевой кислоты (пипетку предварительно
необходимо промыть и ополоснуть этим раствором), переносят в коническую
колбу вместимостью 250,0 см3, добавляют 4-5 капель индикатора фенолфталеина и
титруют раствором до появления бледно-малиновой окраски, не
исчезающей при взбалтывании в течение 30 с.
Титрование проводят не менее трех раз; если разница между ними не
превышает 0,2 см3, находят средний объем титранта.
Концентрацию раствора рассчитывают по формуле:
где,
- вместимость пипетки, см
- объем раствора , затраченный на титрование, см
3
;
3
.
78
3.6.2 Титрование исследуемого раствора раствором
Полученный в мерной колбе раствор (с неизвестным содержанием )
доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают, отбирают
пипеткой 10,0 см
3
, переносят в коническую колбу и титруют с индикатором
фенолфталеином до появления бледно-малиновой окраски, не исчезающей в
течение 30 с.
Проводят не менее трех титрований, отличающихся между собой не более,
чем на 0,2 см
3
, вычисляют среднее значение.
Рассчитывают концентрацию по формуле:
где, - вместимость пипетки, см
- объем раствора , затраченный на титрование, см
3
;
3
.
Содержание рассчитывают по формуле:
где,
- вместимость мерной колбы, дм3.
79
3.7 Лабораторная работа № 2. Определение и при
совместном присутствии
Как известно, гидроксид натрия поглощает из воздуха
(и водяные пары),
превращаясь в карбонат. Вследствие этого раствор всегда содержит примесь
. В некоторых случаях нужно знать содержание и в
растворе. В качестве титранта используют .
При рассмотрении кривых титрования (раздел 3.5) видно, что
оттитровывается полностью хлороводородной кислотой независимо от того, какой
взят индикатор – метиловый оранжевый или фенолфталеин.
титруется
различно с этими индикаторами. С фенолфталеином титрование заканчивается в
тот момент, когда весь превратится в
с метиловым оранжевым порозовение индикатора происходит только
после того, как вся взятая соль будет оттитрована до
, при титровании же
.
Из сопоставления приведенных уравнений (раздел 3.5.4) видно, что при
титровании с фенолфталеином затрачивается вдвое меньше , чем с
метиловым оранжевым. Поэтому можно сказать, что с фенолфталеином
оттитровывается лишь половина
, а с метиловым оранжевым – весь
. Это обстоятельство используют при анализе смеси и : с
фенолфталеином будет оттитрован весь и половина
оранжевым полностью и , и
.
, с метиловым
Результаты, полученные при титровании исследуемого раствора с этими
двумя индикаторами, позволяют вычислить содержание и
.
80
3.7.1 Приготовление рабочего титрованного раствора
Раствор точной концентрации нельзя приготовить непосредственным
разбавлением концентрированной хлороводородной кислоты. Поэтому сначала
готовят приблизительно 0,1 М раствор кислоты и затем устанавливают его точную
концентрацию по тетраборату натрия. Путем перекристаллизации при 60 0С и
высушивания на воздухе эту соль легко получить химически чистой, точно
соответствующей формуле . Тетраборат натрия удовлетворяет и
другим требованиям, предъявляемым к установочным веществам, - это вещество
достаточно устойчиво в широких пределах влажности воздуха и имеет большую
величину молярной массы эквивалента (190,7 г/моль).
Водные растворы
вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию
Поэтому водные растворы тетрабората натрия можно титровать кислотами.
Оттитровывая
-ионы кислотой, гидролиз тетрабората натрия доводят до
конца.
Суммарно титрование тетрабората натрия хлороводородной кислотой можно
представить уравнением:
В результате реакции накапливается слабая ортоборная кислота.
Следовательно, раствора в точке эквивалентности будет несколько меньше
семи и для титрования следует взять в качестве индикатора метиловый оранжевый
(или метиловый красный).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]