Лабораторна робота 3.2 Визначення вмісту соди і карбонатної твердості води

Мета роботи – застосувати одержані знання та вміння для виконання практично важливих задач, а саме кількісного визначення соди і карбонатної твердості води.

Основні теоретичні відомості

Сутність методу нейтралізації полягає у титруванні об’єкту, що визначається, робочими розчинами кислот або лугів. Окрім кислот і основ за допомогою цього методу можна визначати солі, що піддаються гідролізу.

Точку еквівалентності під час титрування визначають за допомогою кольорових кислотно-основних індикаторів, які здебільшого є органічними кислотами і змінюють своє забарвлення при зміщенні рівноваги:

HInd  H⁺ + Ind^-

в одну із сторін. При цьому молекулярна (кислотна) форма HІnd відрізняється за кольором від іонної (сольової) форми Ind^- (наприклад, для метилового оранжевого ці кольори червоний і жовтий відповідно). Основні характеристики індикаторів, інтервал переходу рН і показник титрування рТ пов’язані константою дисоціації

наступним чином:

рН = -lgK_дис ± 1 = рК_інд ± 1 ,

рТ = рК_Інд рН = рТ_інд ± 1 .

Вибір індикатора для певного титрування здійснюється порівнянням табличних значень рН і рТ з обчисленим значенням рН точки еквівалентності. Останнє може бути знайдено графічно шляхом побудови кривої титрування.

Порядок і рекомендації щодо виконання роботи

Визначення вмісту Na₂CO₃ в соді можна здійснити, використовуючи у якості індикатора метилоранж або фенолфталеїн. При титруванні з метилоранжем сода нейтралізується за реакцією:

Na₂CO₃ + 2HCl = H₂CO₃ + 2NaCl .

При цьому молярна маса еквівалента соди дорівнює:

= 53 г/моль.

При титруванні з фенолфталеїном реакція перебігає за рівнянням:

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl .

Еквівалентна маса соди дорівнює:

= 106 г/моль.

Виконайте титрування з обома індикаторами, використовуючи робочий розчин соляної кислоти, приготовлений під час попередньої лабораторної роботи.

1. Визначення соди титруванням у присутності метилоранжу

Аліквотну частину розчину перенесіть у конічну колбу і додайте одну-дві каплі метилоранжу. Титруйте робочим розчином соляної кислоти до переходу жовтого кольору розчину у блідо-рожевий. За результатами трьох титрувань обрахуйте середнє значення V_HCl.

2. Визначення соди титруванням у присутності фенолфталеїну

Виконання роботи подібне до попереднього. Введення 4–5 краплин фенолфталеїну в розчин забарвлює його в малиновий колір. Титрування соляною кислотою призводить до знебарвлення розчину, яке остаточно відбувається при додаванні однієї надлишкової краплини кислоти.

Розрахунок вмісту (маси) соди здійснюється аналогічно попередньому, при цьому відрізняються лише величини обєму кислоти і молярної маси еквіваленту соди. Порівняйте результати обох визначень.

Виміри і розрахунки

Порядок запису вимірів і проведення розрахунків аналогічний описаному в розділі 3 лабораторної роботи 3.1.

3. Визначення карбонатної твердості води

Карбонатна або тимчасова твердість води зумовлена наявністю у ній такої кількості іонів Са²⁺ і Mg²⁺ , яка еквімолярна кількості іонів . Тому для її визначення гідрокарбонат-іони титрують соляною кислотою відповідно до реакції:

+ H⁺ = H₂CO₃ .

Згідно із сучасними стандартами, твердість води виражають у міліграм-еквівалентах розчинених солей кальцію і магнію, тобто фактично обчислюють нормальність за цими іонами і збільшують її у 1000 разів.

Для аналізу відберіть мірним циліндром 100 см³ води, прилийте до неї 2–3 краплини метилоранжу і титруйте воду робочим розчином соляної кислоти до переходу забарвлення розчину з жовтого у рожевий. Зафіксуйте об’єм соляної кислоти V_HCl, який пішов на титрування.

Виміри і розрахунки

V_HCl =

Розрахунок твердості води проведіть за формулою:

Контрольні питання, запитання та завдання

1. Складіть таблицю, що відображатиме такі дані: забарвлення індикаторів лакмусу, метилоранжу, метилового червоного та фенолфталеїну у кислому, нейтральному та лужному середовищах, інтервали їх переходу і показники титрування.

2. Які, окрім використання кольорових індикаторів, існують методи визначення точки еквівалентності?

3. Побудуйте криву титрування сильної основи сильною кислотою.

4. Чому робочий розчин лугу не повинен містити карбонат-іони? Назвіть способи приготування розчину лугу, який не містить карбонат-іонів?

5. Назвіть способи вираження концентрації розчинів.

6. Обчисліть рН і рОН 0,1 н і 10 н розчинів соляної кислоти і гідроксиду натрію, враховуючи що ступінь електрохімічної дисоціації .

7. Складіть рівняння гідролізу хлориду алюмінію і сульфіду калію та запропонуйте спосіб їх визначення методом нейтралізації.

8. Чому дорівнює рН розчину, що містить 0,1 г оцтової кислоти у 500 см³ розчину (рК_СH3COOH = 4,75)?

9. Яку нормальність повинен мати розчин соляної кислоти, щоб 1 см³ його міг нейтралізувати 0,0625 г гідрокарбонату натрію?

10. Чому дорівнює рН 0,15%-вого розчину їдкого калі? Густину розчину прийміть рівною 1 г/см³.