Методичка_1курс

этом рОН= - lg 4 10-6 = 5,4. Значение водородного показателя для этого же раствора рН=14 – рОН=8,6.

Таким образом, при добавлении незначительного количества щёлочи рН изменился очень резко (от 4 до 8,6). В этой области находятся интервалы перехода окраски всех индикаторов, приведенных в табл. 4.1, кроме тимолового синего. Следовательно, эти индикаторы можно использовать для индикации точки стехиометричности при кислотно-основном титровании.

Ошибка эксперимента будет зависеть от выбора индикатора, т.е. от величины отклонения области рН, в которой происходит изменение окраски индикатора, от значения рН=7.

Оценим ошибку для ранее рассмотренного титрования соляной кислоты щёлочью с индикатором метиловым оранжевым (см. пример). При рН=4 цвет раствора меняется с красного на желтый, следовательно, точка стехиометричности фиксируется не при рН =7, а при рН=4. Это означает, что титрование уже закончится, но в рас-

творе ещё останутся ионы водорода с концентрацией 10-4 моль/л,

10-4 100/0,24 = 0,055 %. Эта незначительная погрешность демонстрирует высокую точность метода титриметрии.

Если использовать фенолфталеин, то точку стехиометричности зафиксируем при рН=9 (см. табл. 4.1). В этом случае при титровании будет добавлено избыточное количество гидроксида натрия,

равное 10-5 моль/л. При рН=9 концентрация ионов ОН− равна

10-5 моль/л, так как рОН= −lgCOH- =14−рН=5.

Следовательно, при титровании по фенолфталеину абсолютная погрешность определения концентрации кислоты составит 10-5 моль/л. По сравнению с определяемой величиной 0,24 моль/л эта ошибка незначительна.

Таким образом, если индикатор изменяет окраску в области рН=3-9, то ошибками при титровании сравнительно концентрированных растворов можно пренебречь, но если индикатор изменяет

52

окраску в области рН = 1,5-2,0 и растворы разбавленные, то следует учитывать ошибку определения. Так при титровании кислоты с концентрацией 0,1 моль/л по индикатору, изменяющему окраску при рН=2, ошибка определения составит 0,01 100/0,1=10 %.

Кислотно-основное титрование используют для количественного определения кислот, оснований, а также солей, гидролизующихся в растворах с образованием кислой или щелочной среды.

Окислительно-восстановительное титрование. Для анали-

тических целей находят применение не только реакции нейтрализации, но и окислительно-восстановительные реакции, например:

2KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4 = 2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+3H2O (4.7)

Согласно уравнению (4.4), количества молей окислителя и восстановителя, вступивших в реакцию, будут пропорциональны их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции:

Для правильного составления стехиометрических соотношений коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции подбирают с обязательным использованием электронного или электрон- но-ионного баланса. Например, для уравнения реакции (4.7), т.е. для взаимодействия KMnO4 и Na2SO3, стехиометрическое соотношение запишется следующим образом:

Таким образом, зная объёмы взятых на титрование растворов окислителя и восстановителя, а также концентрацию одного из них (титранта), можно определить концентрацию другого вещества в исследуемом растворе.

53

4.2.ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

4.2.1.Приготовление раствора заданной концентрации

Приготовление раствора из сухого вещества. Рассчитывают массу сухого вещества (навески), необходимую для приготовления определённого объёма раствора заданной концентрации:

mB = CBVBMB,

где СВ – молярная концентрация, моль/л; VВ – объем раствора, л; МВ – молярная масса вещества, г/моль.

Навеску вещества взвешивают на аналитических весах. Для этого на левую чашку весов ставят чистый стаканчик, масса которого предварительно определена, а на вторую чашку весов кладут разновесы. Масса разновесов должна быть равна массе стаканчика и навески. Затем, насыпая небольшими порциями сухое вещество в стаканчик, уравновешивают весы.

Навеску вещества переносят с помощью воронки из стаканчика в чистую мерную колбу (рис. 4.3). Остатки вещества со стенок ворон-

ки и стаканчика смывают дистил-

лированной водой в мерную колбу и далее наливают воду до 1/4-1/3 объёма. Вещество растворяют, перемешивая содержимое колбы вращательными движениями руки, затем доводят объём раствора почти до метки, а последние капли воды до самой метки приливают из

бюретки. Раствор считается приготовленным правильно, если нижний край прозрачной жидкости (нижний край мениска жидкости) касается метки сверху (при проверке метку мерной колбы располагают на уровне глаз, рис. 4.2). Колбу закрывают пробкой. Раствор перемешивают, переворачивая колбу 8–10 раз.

54

метка

Рис. 4.3 Лабораторное оборудование ипосуда дляобъемного анализа

55

Приготовление раствора из более концентрированного рас-

твора. Рассчитывают объём концентрированного раствора известной концентрации, необходимый для приготовления раствора заданной концентрации. Рассчитанный объём концентрированного раствора наливают из бюретки в чистую мерную колбу, затем водой доводят объём раствора до метки и тщательно перемешивают. Расчет выполняют, исходя из условия, что количество вещества при разбавлении раствора не меняется:

Если для исходного концентрированного раствора задана молярная концентрация СBконц, то:

Если для исходного концентрированного раствора задана мас-

где VBконц, VВразб – объемы концентрированного и разбавленного растворов, л; СВразб – концентрация разбавленного раствора, моль/л;

МВ – молярная масса, г/моль;ωВконц – массовая доля вещества в концентрированном растворе (в долях единицы);ρВконц – плотность концентрированного раствора, г/мл или г/см3.

4.2.2. Отбор пробы раствора для титрования

Для отбора порции раствора определённого вещества (пробы) используют пипетки (см. рис. 4.3). На пипетке указан объём помещающейся в ней жидкости. В пипетку с помощью резиновой груши засасывают немного исследуемого раствора, ополаскивают им пипетку и дают вытечь в другой сосуд. Далее набирают в пипетку раствор немного выше метки и закрывают указательным

56

концентрации титруют не менее трёх одинаковых проб исследуемого раствора. При правильном титровании результаты параллельных проб не должны различаться более чем на 0,1 мл.

ОПЫТ 4.1. ТИТРОВАНИЕ КИСЛОТЫ ЩЁЛОЧЬЮ Определение концентрации соляной кислоты

Выполнение опыта

Приготовление разбавленного раствора HCl. В коническую колбу налейте из бюретки (см. рис. 4.3) 5 мл исходного раствора соляной кислоты концентрацией 0,1 моль/л. Затем добавьте туда же указанное преподавателем количество воды (от 1 до 10 мл) и перемешайте. Определите концентрацию двумя способами, результат сравните.

Титриметрический метод определения концентрации HCl в

растворе. В коническую колбу с полученным раствором соляной кислоты добавьте 1-2 капли индикатора метилового оранжевого. По табл. 4.1 проверьте, лежит ли область изменения окраски индикатора в интервале рН от 4 до 10. В кислой среде окраска индикатора красная.

Налейте в бюретку стандартный раствор гидроксида натрия концентрацией 0,1 моль/л (титрант).

Оттитруйте раствор соляной кислоты стандартным раствором гидроксида натрия. В точке стехиометричности окраска индикатора должна быть слабо оранжевой. Если раствор перетитрован, т.е. прилит избыток гидроксида натрия, то среда раствора становится щелочной, а окраска индикатора – желтой. В этом случае титрование повторите.

Запишите объем гидроксида натрия, пошедший на титрование. Экспериментальную концентрацию соляной кислоты СНСl определите в соответствии с законом стехиометрии по уравнению (4.4).

58

Расчетный метод определения концентрации соляной ки-

слоты. Так как раствор соляной кислоты получен разбавлением исходного раствора HCl ( СНС1исх = 0,1 моль / л ), то расчет кон-

центрации следует выполнять, исходя из условия, что количество вещества при разбавлении раствора не меняется:

где СНСl – искомая концентрация разбавленного раствора HCl;

VHCl =VHClисх +VH2O .

Оформление опыта

Приготовление разбавленного раствора HCl

Раствор соляной кислоты приготовлен разбавлением исходной соляной кислоты дистиллированной водой:

СНСlисх = 0,1 моль/л

VHClисх = 5,0 мл

VH2O =...мл

VHCl =VHClисх +VH2O =...мл

Титриметрическое определение концентрации HCl

Реакция нейтрализации: HС1 + NaOH = NaC1 + H2O.

Индикатор − метиловый оранжевый; интервал рН изменения окраски индикатора 3,1-4,4; в “кислой” среде – красный цвет, в “щелочной” – желтый цвет.

СНСlэксп VHCl =СNaOH VNaOH

СНСlэксп= СNaOH VNaOH =...моль/л VHCl

Расчетный метод определения концентрации HCl

Так как раствор соляной кислоты получен разбавлением 5 мл 0,1 М раствора НC1 водой, то количество вещества HC1 в растворе не изменилось. Расчет выполните, используя формулу (4.12):

СНСlрасч VHCl =СНСlисх VHClисх

или СНСlрасч = СНСlисх VHClисх

VHCl

где СНС1исх = 0,1 моль/л; VHC1исх = 5,0 мл;

VHC1 = VHC1исх + VH2O = ...мл.

Cравнение результатов титриметрического и расчетного методов

Выполнение опыта

Получите у преподавателя контрольный раствор Н2SO4, массу которой следует определить. Для этого в мерную колбу с контрольным раствором налейте воды до определенного объема по метке и перемешайте.

Отберите пипеткой 10 мл раствора в коническую колбу, добавьте туда же 1 - 2 капли индикатора метилового оранжевого и оттит-

60