Федеральное агентство по образованию

Башкирский государственный университет

Кафедра аналитической химии

Расчетно-графическая задача

Тема 1: «Титрование слабой кислоты сильным основанием на примере титрования 0,2 М раствора муравьиной кислоты 0,2 М раствором NaOH»

Тема 2: «Метод окислительно-восстановительного титрования на примере титрования двухвалентного железа бихроматом калия»

Выполнила: студентка 2 курса химического факультета Давлетова Л. Р.

Проверила: старший преподаватель, к. т. н., Бадикова А. Д.

Уфа

Содержание

1. Титриметрический метод анализа.

1.1.Сущность титриметрии.

1.2.Стандартные растворы.

1.3.Кривые титрования.

2. Кислотно – основное титрование.

2.1.Титрование слабой кислоты сильным основанием на примере титрования 0,2 М раствора муравьиной кислоты 0,2 М раствором гидроксида натрия.

2.2.Выбор индикатора.

2.3.Погрешность титрования.

2.4.Факторы, влияющие на скачок титрования.

2.5.Способы обнаружения точки эквивалентности.

2.6.Вывод по кривой титрования.

3. Окислительно – восстановительное титрование.

3.1.Титрование двухвалентного железа бихроматом калия (бихроматометрия)

3.2.Вывод формул для расчета кривой окислительно – восстановительного титрования.

3.3.Факторы, влияющие на скачок окислительно – восстановительного титрования.

3.4.Выбор индикатора для фиксирования точки эквивалентности.

3.5.Расчет индикаторной погрешности.

3.6.Выводы.

4. Список литературы.

1.Титриметрический метод.

1.1.Сущность титриметрии. Титриметрический метод анализа основан на точном измерении объёма титранта известной концентрации, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах (n₁=n₂). Так как n=c·V, где c-молярная масса эквивалента, а V-объём, в котором растворено вещество, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение:

c₁V₁=c₂V₂ (Золотое правило аналитики)

Отсюда можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ, если известны объём его раствора и объём и концентрация прореагировавшего с ним вещества.

Зная молекулярную массу эквивалента M, находят массу вещества:

m₂=c₂M₂

Титрованный, или стандартный, раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому раствору для определения точного эквивалентного количества. После добавления каждой порции титранта в растворе устанавливается равновесие реакции титрования

X+RXR(1)

Реакция титрования должна соответствовать следующим требованиям: 1) быть строго стехиометрической;

2) протекать быстро;

3) протекать количественно, поэтому константа равновесия должна быть высокой; необходимо фиксировать точку эквивалентности. Точка эквивалентности характеризуется тем, что концентрации реагирующих веществ в ней становятся эквивалентными. Для реакции (1) это условие записывается так:

[Х]=[R].

В самом деле, в начале тирования в растворе есть избыток вещества X; реагентR, который постепенно прибавляют к растворуX, практически полностью расходуется на образование продукта реакцииXR. Поэтому до точки эквивалентности соотношение между концентрациями реагирующих веществ характеризуется неравенством

[Х]>[R].

После точки эквивалентности введен некоторый избыток реагента, поэтому:

[Х]<[R].

Концентрации XиRстановятся равными только в точке эквивалентности.

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

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

Таблица №1

Классификация титриметрических методов.

Метод титрования, тип реакции	Подгруппы методов	Вещества, применяемые для приготовления титрантов.
Кислотно-основное H3O++OH-=2H2O	Ацидиметрия(H3O+) Алкалиметрия(OH-)	HCl NaOH, Na2CO3
Окислительно-восстановительное аOx1+bRed2 aRed1+bOx2	Перманганатометрия Иодометрия Дихроматометрия Броматометрия Иодатометрия Цериметрия Ванадатометрия Титанометрия Хромометрия Аскорбинометрия	KМnO4 I2 K2Cr2O7 KBrO3 KIO3 Ce(SO4)2 NH4VO3 TiCl3 CrCl2
Комплексометрическое M+L=ML	Меркуриметрия Комплексонометрия	Hg(NO3)2 ЭДТА
Осадительное M+X=MX(тв)	Аргентометрия Меркурометрия	AgNO3 Hg2(NO3)2

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

При прямом титрованиититрант непосредственно добавляют к титруемому веществу (определение кислоты щелочью; определение ионов металлов комплексонами).

Если скорость реакции мала, или не удаётся подобрать индикатор или наблюдаются побочные эффекты, например потери определяемого вещества вследствие летучести, можно использовать прием обратного титрования: добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта Т₁, довести реакцию до конца, а затем найти количество непрореагировавшего титранта титрованием его другим реагентом Т₂с концентрацией с₂. Очевидно, что на определяемое вещество затрачивается количество титранта Т₁, равное разности с_Т1V_Т1–с_Т2V_Т2(иодометрическое определениеSO₃^2-, определениеAl,Crкомплексонометрически).

Если реакция нестехиометрична или протекает медленно, можно использовать титрование заместителя. Для этого проводят стехиометрическую реакцию определяемого вещества с вспомогательным реагентом, а получающийся в эквивалентном количестве продукт оттитровывают подходящим титрантом. (иодометрическое определение меди).

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

Метод пипетированиязаключается в титровании равных порций (аликвотV_x), отбираемых пипеткой из мерной колбы определенного объемаV₀, в которой растворена навеска анализируемого вещества. Массу определяемого веществаm_Авычисляют по уравнению

c₁V₁=c₂V₂,

подставляя в него среднее арифметическое из результатов параллельных титрований V_T. При этом учитывают молекулярную массу эквивалента определяемого вещества М_Аи вводят коэффициент 10^-3, поскольку все объемы выражают в миллилитрах, а концентрация титранта с_Твыражена в молях эквивалентов в литре:

для прямого титрования

m_A=,

для обратного титрования

m_A(в аликвоте)=(c_T1V_T1–c_T2V_T2)M_A·10^-3.

Для нахождения процентного содержания следует учесть массу навески m:

W_A,%=.

Метод отдельных навесок заключается в том, чтоnнавесок вещества (m₁,m₂и т. д.), взятых 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_Tмиллимоль и

W_A=.

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

1.2. Стандартные растворы. Для титриметрического определения необходимо знать концентрацию титранта. Титрант с известной концентрацией называютстандартным раствором. По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы.

Первичный стандартный раствор готовят растворением точного количества чистого химического вещества известного стехиометрического состава в определённом объёме растворителя. Вторичный стандарт получают следующим образом: готовят раствор с приблизительной концентрацией, близкой к желаемой, и определяют его концентрацию (стандартизируют) по подходящему первичному стандарту. Первичные стандарты должны отвечать ряду требований.

• Состав соединений должен строго соответствовать химической формуле. Оно либо выпускается промышленностью в высокочистом состоянии, либо легко подвергается очистке простыми методами, например перекристаллизацией. Содержание примесей не должно превышать 0,05%, что примерно соответствует относительному стандартному отклонению при измерении массы навески.

• 2. Вещество должно быть устойчивым при комнатной температуре, вещества гигроскопичные или легко окисляющиеся атмосферным кислородом или поглощающие диоксид углерода непригодны. Вещество не должно претерпевать изменения при высушивании. Поэтому первичный стандарт должен быть по возможности безводным и нелетучим. Можно использовать и кристаллогидрат, если его довести до определённой степени гидратации путём длительного выдерживания в атмосфере с постоянной относительной влажностью и затем сохранить эту степень гидратации во время взвешивания.

• 3. Вещество должно обладать по возможности большой молекулярной массой, чтобы уменьшить влияние неизбежной ошибки взвешивания.

Для приготовления многих стандартных растворов можно воспользоваться фиксаналами. Фиксанал представляет собой ампулу, в которой запаяно точно известное количество стандартного вещества или раствора. Для приготовления раствора известной концентрации нужно разбить ампулу над специальной воронкой с пробивным устройством, перенести содержимое ампулы в мерную колбу подходящего объёма и разбавить водой до метки.

Способы выражения концентрации стандартных растворов.Обычно концентрацию растворов выражают в молях эквивалентов вещества в 1 л раствора (молярная концентрация эквивалента, или нормальная концентрация). Иногда используют также титр по исходному веществу: это количество граммов стандарта в 1 мл раствора. При проведении однотипных титриметрических определений удобен титр по определяемому веществу – масса определяемого вещества, с которой реагирует 1 мл стандартного раствора.

1.3.Кривые титрования.В процессе титрования изменяются равновесные концентрации вещества, титранта и продуктов реакции. При этом пропорционально концентрациям этих веществ изменяются свойства раствора. График зависимости параметра системы, связанного с концентрацией титруемого вещества, титранта или продукта, от состава раствора в процессе титрования называюткривой 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 концентрации, получаютсялинейные кривые титрования.

По оси абсцисс обычно откладывают объём добавленного титранта V_Tили степень оттитрованностиf, т.е. отношение количества оттитрованного в данный момент веществаn_тк исходному количествуn_о. Посколькуc_тV_т=n_тиn_о=c_оV_о=c_тV_ТЭ, то

а при с_о=с_т

где V_T– объём титранта, добавленный к данному моменту титрования;V_o– исходный объём титруемого вещества;V_ТЭ– объём титранта, добавленный к моменту эквивалентности; с_ои с_т– молярные концентрации эквивалентов (или нормальные концентрации) титруемого вещества и титранта.

Для систематизации всех типов титрования необходимо различать два вида кривых титрования:

1. монологарифмические кривые титрования

2. билогарифмические кривые титрования.

К монологарифмическимкривым титрования относятся те кривые, при расчёте которых до точки эквивалентности показатель концентрации зависит от концентрации одной формы.Монологарифмическимикривыми титрования являются:

1. Кислотно-основное титрование (титрование сильных кислот щелочами, и титрование щелочей сильными кислотами).

2. Комплексометрическое титрование

3. Осадительное титрование.

К билогарифмическим кривым титрования относятся такие кривые титрования, при расчете которых до точки эквивалентности показатель концентрации титруемых веществ зависит от отношения концентрации двух форм.

К билогарифмическим кривым титрования относятся:

1. Кривые кислотно-основного титрования (титрование слабых кислот щелочами, титрование слабых оснований сильными кислотами).

2. Окислительно-восстановительное титрование.

Логарифмические кривые имеютS-образную форму. На кривых имеются области плавного (до и после ТЭ) и резкого (вблизи ТЭ) изменения рассчитываемого параметра. Область резкого изменения называютскачком титрования.Границы скачка устанавливаются в зависимости от заданной точности титрования. На величину скачка влияет ряд факторов: константа равновесия реакции, концентрация веществ, температура, ионная сила и др.

При визуальном обнаружении ТЭ пользуются индикаторами. Это вещества, окраска которых изменяется при определённом значении параметра. Индикатор выбирают так, чтобы его изменение происходило в пределах установленного скачка титрования (не обязательно в ТЭ, но как можно ближе, чтобы погрешность была минимальна). При этом точка изменения индикатора (конечная точка титрования, КТТ) не совпадает с ТЭ, что вызывает погрешность титрования (положительную, если титрование заканчивается после достижения ТЭ, и отрицательную, если раньше).

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

где - индекс крутизны;dV-объём, пошедший на изменениеdlg[A]. Максимальное значениеимеет вблизи ТЭ. Оцениваяв каком-то интервалеf, можно сравнить чувствительность методов.