Министерство высшего образования Российской Федерации

Башкирский государственный университет

Кафедра О.Х.Т. и А.Х.

Расчетно-графическая работа

1. Комплексонометрическое титрования Ca²⁺ (0,1 н) ЭДТА (0,1 н)

2. Кислотно-основное титрование NH₄OH (0,5 н) HCl (0,5 н)

Выполнил:

студент II курса группы 2хм

Фахретдинов Э.М.

Проверил:

доцент кафедры О.Х.Т. и А.Х.

Сидельников А.В.

Уфа 2005.

Сущность титрометрии.

Вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах (n₁=n₂). Так как n = cV, где c - молярная концентрация эквивалента, а V -объем, в котором растворено вещество, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение: c₁V₁ = c₂V₂

Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, с₂), если известны объем его раствора, объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества.

Зная молекулярную массу эквивалента М, находят массу вещества: m₂=c₂M₂

Чтобы зафиксировать конец реакции, который называют точкой стехиометричности, или точкой эквивалентности (ТЭ), раствор с известной концентрацией вещества (его называют титрантом, Т) постепенно, небольшими порциями, добавляют к раствору определяемого вещества А. Этот процесс называют титрованием. После добавления каждой порции титранта в растворе устанавливается равновесие реакции титрования : aA + tT <продукты реакции>.

Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям:

1. быть строго стехиометричной;

2. протекать быстро;

3. протекать количественно, поэтому константа равновесия должна быть высокой;

4.должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности.

Экспериментально конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора. Эта точка, называемая конечной точкой титрования (КТТ), в общем случае не совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности.

В титрометрии используют реакции всех типов: с переносом протона, электронной пары, а также процессы осаждения.

По способу выполнения различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к титруемому веществу.

Если скорость реакции мала, или не удается подобрать индикатор или наблюдаются побочные эффекты, например потери определяемого вещества вследствие летучести, можно использовать прием обратного титрования: добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта, довести реакцию до конца, а затем найти количество непрореагировавшего титранта титрованием его другим реагентом с другой концентрацией.

Обычно при титрометрическом определении проводят несколько параллельных титрований. При этом возможны два варианта: метод пипетирования и метод отдельных навесок.

Метод пипетирования заключается в титровании разных порций раствора, отбираемых пипеткой из мерной колбы определяемого объема, в которой растворена навеска анализируемого вещества. Массу определяемого вещества вычисляют по уравнению , подставляя в него среднее арифметическое из результатов параллельного титрований. При этом учитывают молярную массу эквивалента определяемого вещества М_А и вводят коэффициент 10^-3 , поскольку все объемы выражают в миллилитрах, а концентрация титранта выражена в молях эквивалентов в литре: для прямого титрования; для обратного титрования; для нахождения процентного содержания следует учесть массу навески.

Метод отдельных навесок заключается в том, что n навесок вещества (m₁, m₂ и т. д.), взвешенных на аналитических весах, растворяют в небольших объемах растворителя (знать их нет необходимости) и проводят титрование в каждом растворе. В этом случае количество вещества в каждой навеске равно с_тV_т милимоль.

Метод пипетирования более экспрессен и менее трудоемок, но и менее точен, чем метод отдельных навесок.

Кривые титрования.

В процессе титрования изменяются равновесные концентрации веществ, титранта и продуктов реакции. При этом пропорционально концентрациям изменяются свойства раствора. Например, при окислительно-восстановительном титровании изменяются равновесные концентрации окислителя и восстановителя и, следовательно, потенциал; при изменении концентрации компонентов кислотно-основной реакции изменяется pH раствора. График зависимости параметра системы, связанного с концентрацией титрируемого вещества, титранта или продукта, от состава раствора в процессе титрования называют кривой титрования.

Кривые титрования помогают выбрать индикатор, оценить погрешность, наглядно проследить за ходом титрования. При построении кривых по осям координат можно откладывать разные величины. Если по оси ординат отложить логарифм концентрации (или отношения концентраций) или величину пропорциональную этому логарифму, получаются логарифмические кривые титрования. Если же по оси ординат откладывать концентрацию или физико-химический параметр, пропорциональный концентрации, получаются линейные кривые титрования. Если при построении кривых титрования по оси ординат отложить логарифм концентрации А (или Т), то такие кривые титрования называются монологарифмическими. Кривые по оси ординат которых отложен логарифм отношения концентраций (или пропорциональная ему величина) называют часто билогарифмическими.

Монологарифмические кривые. В любой момент титрования до ТЭ концентрацию титрируемого вещества можно представить так:

Концентрация титранта в растворе до ТЭ ничтожна мала, поскольку при высоком значении константы реакции (а это одно из условий титрования) титрант практически весь тратится на взаимодействие с А.

За ТЭ концентрация А ничтожно мала, поэтому за ходом титрования следят по изменению равновесной концентрации титранта

Билогарифмические кривые. Выражая отношение концентраций компонентов сопряженной пары через известные величины, получаем до ТЭ:

Для определения параметра, меняющегося при титровании, пользуются константой соответствующей реакции. Например, в кислотно-основном титровании это константы кислотности К_а или основности К_b.

и .

Логарифмические кривые имеют S-образную форму. На кривых имеются области плавного (до и после ТЭ) и резкого (вблизи ТЭ) изменения рассчитываемого параметра. Область резкого изменения называют скачком титрования. При визуальном определении ТЭ пользуются индикаторами. Это вещества, окраска которых изменяется при определенном значении параметра. Индикатор выбирают так, чтобы его окраска изменялась в пределах установленного скачка титрования (не обязательно в ТЭ). При этом точка изменения окраски индикатора (конечная точка титрования, КТТ не совпадает с ТЭ), что вызывает погрешность титрования (положительную, если титрование заканчивается после достижения ТЭ, и отрицательную, если раньше). Очевидно, что для правильного выбора индикатора и оценки погрешности титрования необходимо построение кривой титрования.

За точкой эквивалентности можно выразить [A] через [T], воспользовавшись для этого константой реакции титрования К_Т.

Для кислотно-основных реакций К_Т =[H₃O⁺][OH^-] = K_w и (1 – f)/ f

Для реакций осаждения K_T = [A][B] = K_S и PA = pK_S + lgc_T + lg(f – 1);

Для реакций комплексообразования K_T = [ML]/[M][L] = и

PM = lg + lg(f - 1) – lgc₀ + lgc_T,

Поскольку за ТЭ [ML] c₀.

В ТЭ рассчитываемый параметр определяется только константой реакции титрования, например для кислотно-основных реакций РН = ½ рК_w ,

Для реакций осаждения PA = ½ pK_S ,

Для комплексообразования PM = 1/2lg - 1/2lgc₀

Кривую титрования можно охарактеризовать крутизной, которая является мерой чувствительности и точности титрования.

, где - индекс крутизны, dV - объем, пошедший на изменение dlg [A]. Максимальное имеетвблизи ТЭ. Чем больше значение , тем чувствительнее метод.

II. Комплексонометрия

1. Основные понятия.

Комплексонометрия представляет собой раздел титрометрического анализа, основанный на реакциях комплексообразования между определяемым компонентом и титрантом. Этот метод чаще всего применяют при титровании ионов металлов лигандами в качестве титрантов.

Для протекания процесса комплексообразования наиболее полно нужно, чтобы образующийся комплекс отличался высокой устойчивостью. Особенно большое значение имеет условие образования одного продукта реакции с точно определенным стехиометрическим составом.

Реакцию комплексообразования в титрометрических целях можно использовать лишь при условии минимального числа лигандов в комплексе. Для этого нужно, чтобы лиганд был полидентантным и содержал донорные группы, способные занимать несколько мест в координационной сфере комплексообразователя. В подобных случаях благодаря хелатному эффекту образующиеся комплексы обладают высокой устойчивостью, которая обусловливает полное связывание иона металла при титровании.

Наиболее широкое применение в комплексонометрии, однако, нашла EDTA (в частности комплексон III):