Методичк Рязановой

2. Вторичные стандартные (стандартизированные) растворы готовят из веществ, не отвечающих требованиям, предъявляемым к стандартным веществам (HCl, H2SO4, NaOH, KOH, KМnO4). Концентрацию таких растворов устанавливают по первичным стандартным растворам путем титрования.

При проведении титриметрического анализа следует выбрать оптимальный титрант, индикатор, провести титрование, вычислить концентрацию исследуемого раствора, провести математическую обработку результатов анализа. Это основные операции титриметрического анализа.

Вычисления в титриметрическом анализе

Втитриметрическом анализе необходимо проводить расчеты, связанные с приготовлением растворов и установлением концентрации исследуемого раствора и массы растворенного вещества. Эти расчеты проводятся несколькими способами:

1. Вычисление молярной концентрации эквивалента Сэкв на основе следствия закона эквивалентов.

Вточке эквивалентности произведения объемов реагирующих веществ на их молярные концентрации эквивалентов равны между собой:

Сэкв(1)V1 = Cэкв(2)V2,

откуда

Сэкв(1) = Сэкв(2)V2 .

V1

Применяя эти формулы, можно вычислить молярную концентрацию эквивалента исследуемого раствора, если известна молярная концентрация эквивалента раствора титранта, объем исследуемого раствора, взятый для титрования, и объем раствора титранта, определенный экспериментально в процессе титрования.

2. Вычисление титра Т исследуемого раствора, если известна молярная концентрация эквивалента раствора:

Т = Сэкв М экв

1000

или

Т = Сэкв f экв М

1000

О вычислении молярной массы эквивалента вещества – см. с. 45.

Если известна масса вещества, растворенная в определенном объеме раствора (см3), то титр вещества определяют по формуле:

Т= Vm .

3.Вычисление массы растворенного вещества с помощью титра раствора по определяемому веществу ТА/В.

Титр по определяемому веществу ТА/В − это число граммов определяемого вещества (В), которое эквивалентно (равноценно) титру стандартного раствора реактива (А), то есть числу граммов вещества, растворенного в 1 см3 стандартного раствора.

151

Чтобы вычислить титр раствора по определяемому веществу, нужно молярную концентрацию эквивалента титранта Сэкв(А) умножить на молярную массу эквивалента исследуемого вещества Мэкв(В) и разделить на 1000, то есть

Т = Сэкв ( А) М экв ( В)

А/В

1000

Содержание исследуемого вещества mВ, г, рассчитывают по формуле:

mВ = ТА/ВVA,

где VA – объем титранта, пошедший на титрование.

Сущность метода кислотно-основного титрования

Метод кислотно-основного титрования основан на взаимодействии катионов водорода Н+ с гидроксид-анионами ОН− :

Н+ + ОН− = Н2О

или, более точно,

Н3О+ + ОН− = 2Н2О

При такой реакции происходит образование воды.

В основе титриметрического определения может лежать реакция нейтрализации (основания с кислотой), а также реакции с участием солей, подвергающихся гидролизу (Na2CO3, Na2B4O7, NH4Cl), основных солей (FeOHCl2), кислых солей

(Са(НСО3)2).

Стандартными растворами в этом методе являются растворы кислоты (HCl) или щелочи (NaOH). Эти вещества не отвечают требованиям, которые предъявляются к стандартным растворам, поэтому их концентрацию устанавливают титрованием.

Для установления концентрации кислот чаще всего применяют тетраборат натрия (буру) N2B4O7·10H2O, а для установления концентрации щелочей – щавелевую кислоту Н2С2О4·2Н2О, которые являются первичными стандартами.

Стандартные растворы сильных кислот (HCl, H2SO4) и оснований (NaOH, KOH) являются вторичными стандартами.

Если в качестве стандартного раствора применяют раствор щелочи (NaOH, KOH), то метод называется алкалиметрией. Этим методом определяют содержание в растворах кислот, а также солей, которые образуют при гидролизе кислую среду.

Если в качестве стандартного раствора применяют кислоту (HCl, H2SO4), то метод называется ацидиметрией. Этим методом устанавливают содержание в растворах щелочей, а также солей, при гидролизе которых создается щелочная среда, определяют временную (карбонатную) жесткость воды.

Процесс кислотно-основного титрования проводят до точки эквивалентности. Точке эквивалентности может соответствовать нейтральная, кислая или щелочная среда. Это зависит от свойств соли, являющейся продуктом реакции.

Если соль подвергается гидролизу, то точка эквивалентности может находиться в кислой среде (гидролиз по катиону соли) или в щелочной среде (гидролиз по аниону соли).

152

Индикаторы кислотно-основного титрования

Реакция кислоты с основанием (реакция нейтрализации) не сопровождается внешним эффектом, поэтому момент окончания реакции (точку эквивалентности) устанавливают с помощью индикаторов.

Индикаторами кислотно-основного титрования являются слабые органические кислоты или основания, молекулы и ионы которых имеют различную окраску.

Индикаторы, отдающие протоны, называются кислотными индикаторами. Они диссоциируют по схеме:

Индикаторы, присоединяющие протоны, называются основными индикаторами. Они диссоциируют по схеме:

IndOH + H+ Ind+ + H2O

акцептор протона

Согласно ионно-хромофорной теории, молекулы кислотно-основных индикаторов содержат носители цветности (хромофоры) – особые группы с сопряженными двойными связями и неподеленными парами электронов: = С = О; – N = N – и др.

Если индикатор одноцветный, то у него окрашенной является одна форма, а другая является бесцветной.

У фенолфталеина бесцветной является молекулярная форма, а ионная форма – малиновая:

У двухцветных индикаторов окрашены обе формы. Например, у метилового оранжевого молекулярная форма имеет красный цвет, а ионная – желтый. При нейтрализации происходит постепенное изменение рН среды, постепенный переход молекулярной формы в ионную, поэтому постепенно изменяется окраска раствора. Человеческий глаз способен заметить изменение окраски, если концентрация ионной формы в 10 раз (и более) превысит концентрацию молекулярной формы.

Интервал значений рН, в котором индикатор изменяет свою окраску, называется областью перехода окраски индикатора.

Чем меньше область перехода, тем выше его качество.

Внутри области перехода находится значение рН, при котором наблюдается резкое, отчетливое изменение окраски индикатора. Это значение рН называется показателем титрования и обозначается рТ (см. таблицу):

Кислотно-основные индикаторы

При работе с индикаторами следует иметь в виду, что на интервал перехода окраски индикатора влияют температура, присутствие нейтральных электролитов, концентрация индикатора.

Переход окраски индикатора может не совпадать с точкой эквивалентности, то есть с концом реакции. Если окраска индикатора изменилась раньше точки эквивалентности, то раствор будет недотитрован, если позже – перетитрован.

Таким образом, могут возникнуть систематические погрешности, называемые индикаторными погрешностями. Их можно рассчитать и внести поправку в результат анализа.

Лабораторная работа 4.1 Стандартизация раствора гидроксида натрия по щавелевой кислоте

Оборудование: штатив с бюреткой, воронка, пипетка на 5 см3 или 10 см3, колба для титрования на 100 см3, колба для сливания ненужных растворов, мерная колба на 100 см3.

Реактивы: стандартный 0,1 моль/дм3 раствор щавелевой кислоты Н2С2О4, приготовленный из фиксанала; раствор гидроксида натрия NaOH с примерной концентрацией 0,1 моль/дм3; индикатор – фенолфталеин, 0,1 % раствор в 60 % растворе этанола.

Методика анализа 1. Приготовить бюретку к работе.

Для этого тщательно вымыть бюретку и ополоснуть ее раствором гидроксида натрия. С помощью воронки наполнить бюретку раствором гидроксида натрия.

Вымыть пипетку и ополоснуть ее раствором щавелевой кислоты.

Отобрать пипеткой с помощью груши 5 или 10 см3 раствора щавелевой кислоты, перенести в колбу для титрования. Прибавить одну каплю фенолфталеина. Титровать раствор щавелевой кислоты раствором гидроксида натрия при постоянном перемешивании до появления бледно-малиновой окраски, не исчезающей в течение 30 секунд.

Титрование проводить не менее трех раз. Результаты должны отличаться друг от друга не более чем на 0,1 см3.

Полученные результаты записать в таблицу:

В процессе титрования идет реакция:

2NaOH + H2C2O4 = Na2C2O4 + 2H2O

2. Вычислить среднюю величину объема раствора NaOH:

Vср(NaOH) = V1 +V2 +V3

3

3. Вычислить молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) раствора NaOH по формуле:

154

Сэкв(H 2C2O4 )VH 2C2O4 = Cэкв(NaOH) VNaOH

откуда:

4. Вычислить титр раствора гидроксида натрия, г/мл:

Лабораторная работа 4.2 Определение содержания хлороводородной (соляной) кислоты

в растворе (контрольная работа)

Реактивы: стандартизированный раствор NaOH, раствор HCl неизвестной концентрации, индикатор метиловый оранжевый, 0,1 % водный раствор.

Методика анализа 1. В мерную колбу на 100 см3 получить у лаборанта раствор соляной кислоты не-

известной концентрации, довести до отметки дистиллированной водой и хорошо перемешать.

Отмерить в колбу для титрования 5 см3 (или 10 см3) приготовленного раствора соляной кислоты и добавить к нему 1 каплю метилового оранжевого.

Бюретку заполнить раствором гидроксида натрия, молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) которого установлена в предыдущей работе.

Титровать раствор соляной кислоты раствором гидроксида натрия до изменения окраски раствора из красной через оранжевую в желтую.

Полученные результаты записать в таблицу:

В процессе титрования идет реакция:

NaOH + HCl = NaCl + H2О

2. Вычислить молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) соляной кислоты:

3. Вычислить титр раствора соляной кислоты:

4. Вычислить содержание m, г, соляной кислоты в растворе по формуле:

mHCl = THCl Vмерной колбы

mHCl = THCl · 100

или по формуле:

mHCl = Сэкв(HCl)Mэкв(HCl)Vраствора

5. Рассчитать абсолютную ошибку анализа, узнав у преподавателя теоретическую массу соляной кислоты.

Лабораторная работа 4.3 Определение кислотности сока яблок

Методика анализа Яблоки измельчить с помощью терки или мясорубки. Отжать сок через марлю

(или ручным прессом). Отфильтровать через вату. Собрать сок в стакан или колбу. Взять пипеткой 20 см3 сока. Перенести сок в колбу для титрования (вместимо-

стью 100 см3). Прибавить 2–3 капли фенолфталеина.

Титровать стандартизированным раствором гидроксида натрия до появления бледно-малинового окрашивания, не исчезающего в течение 1 минуты.

Повторить титрование не менее трех раз. Вычислить средний объем раствора NaOH. Вычислить молярную концентрацию эквивалента кислоты по уравнению:

Сэкв(кисл)Vкисл = Сэкв(осн)Vосн

то есть

Вычислить общую кислотность продукта Х, %, по уравнению

Х = V1 KT K 100 %,

V3

где V1 – объем стандартизированного раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование; КТ – поправка к титру, которая показывает, во сколько раз практически молярная концентрация эквивалента или практический титр больше или меньше теоретического значения; К – коэффициент для пересчета 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия на преобладающую в образце кислоту. Для яблочной кислоты К = 0,0067; V3 – объем сока, взятый для титрования.

156

Вопросы профессиональной направленности для самоконтроля

1.Значение химизации сельского хозяйства на современном этапе. Экологические проблемы и условия их предупреждения.

2.Макроэлементы. Микроэлементы. Важнейшие макро- и микроудобрения и условия их сочетания для оптимального усвоения растениями.

3.Благоприятно ли для растений применение суперфосфата на щелочных поч-

вах?

4.Будет ли экономически эффективным применение сульфата железа (II) на щелочных почвах?

5.На каких почвах можно применять фосфоритную муку?

6.Сочетание каких удобрений: 1) (NH4)2PO4 и ZnSO4 или 2) (NH4)Н2PO4 и ZnSO4 – более благоприятно для усвоения растениями питательных веществ?

7.Водородный показатель рН, значение его для характеристики почвы.

8.Химическая мелиорация кислых почв.

9.Химическая мелиорация щелочных почв.

10.Можно ли сочетать нейтрализацию почвы гашеной известью Са(ОН)2 с одновременным внесением в почву сульфата аммония (NH4)2SO4?

11.Возможно ли изменение рН почвенного раствора при систематическом внесении в почву нитрата аммония?

12.Почему для химической мелиорации щелочных почв иногда применяют сульфат железа (II)?

13.Повлияет ли на изменение рН среды присутствие в почве катионов алюминия Al+3?

14.Повлияет ли на изменение рН почвенного раствора внесение в почву сульфата аммония?

15.Значение гидролиза солей для изменения рН почвы. Приведите примеры.

16.Объясните причины возможности накопления нитратов в растениях.

17.Окислительные или восстановительные процессы происходят при усвоении

растениями нитрат-ионов NO3– ? Составьте электронные (или электронно-ионные) уравнения, соответствующие процессам усвоения NO3– :

NO3– → NO2– → NH3

18. Окислительные или восстановительные процессы происходят при усвоении растениями сульфат-ионов SO42–? Составьте электронные (или электронно-ионные) уравнения, соответствующие процессам усвоения SO42– :

SO42– → SO32– → S2

19.Составьте уравнения реакций, соответствующих образованию азотнокислотных дождей.

20.Составьте уравнения реакций, соответствующих образованию сернокислотных

дождей.

157

Тестовый контроль по теме «Титриметрические методы анализа»

159

Продолжение тестового контроля

160