
Методы нейтрализации
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
цвет восстановленной формы индикатора. Следовательно, окраске окисленной формы индикатора соответствует потенциал раствора
Е Е°+ |
0,059 |
|
lg10 = E° + |
|
0,059 |
|
|
|
n |
|
|
n |
|||||
|
|
|
|
|||||
а окраске восстановленной формы — потенциал раствора |
|
|
|
|
|
|||
Е ≤Е°+ |
0,059 |
|
lg0,1 = E° - |
|
0,059 |
|
||
n |
|
n |
||||||
|
|
|
|
|||||
Объединяя оба эти выражения, получаем для интервала изменения окраски |
||||||||
редокс-индикатора (интервала перехода) приближенно: |
|
|
|
|
|
|||
Е =Е° |
0,059 |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
т.е. окраска индикатора изменяется в |
пределах |
изменения потенциала |
раствора от Е° + 0,059/n В до Е°- 0,059/n В. Наиболее резкое изменение окраски наблюдается при равенстве концентраций обеих форм, т.е. при значении
потенциала раствора, равного |
|
|
|
Е =Е° |
0,059 |
lg 1 = Е° |
|
n |
|||
|
|
Известно большое число обратимых редокс-индикаторов. В табл. 4.1
охарактеризованы в качестве примера некоторые ОВ индикаторы,
Одним из первых предложенных обратимых |
редокс-индикаторов является |
|
дифениламин |
С6Н5—NH—С6Н5. Полагают, что |
в присутствии окислителей |
дифениламин |
претерпевает в растворе превращения в соответствии с |
полуреакцией
2С6Н5—NH—С6Н5 С6Н5—NH—С6Н4-С6Н4—NH—С6Н5+ 2Н+ + 2е
дифениламин |
дифенилбензидин бесцветный |
бесцветный |
|
Формулы выведены для случаев, когда в ОВ реакции не участвуют ионы водорода, а стехиометрические коэффициенты восстановленной и окисленной форм редокс-пар в соответствующих полуреакциях равны единице. В более сложных ситуациях логическая схема вывода формул для расчета индикаторных ошибок остается прежней, хотя сами расчеты становятся более громоздкими.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В практике фармацевтического анализа, когда индикаторная ошибка составляет сотые доли процента или еще меньше, ею обычно пренебрегают.
Считается возможным использование редокс-индикатора для фиксации КТТ тогда, когда индикаторная ошибка титрования с применением этого индикатора не превышает 0,1—0,2%.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
|
|
Таблица 4.1. |
|
Некоторые окислительно-восстановительные индикаторы |
|
|||
|
|
|
|
|
Индикатор |
Е°, В |
Цвет формы индикатора |
||
|
|
|||
окисленная |
восстановленная |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Нейтральный красный |
-0,325 (рН 7) |
красный |
бесцветный |
|
|
0,240 (рН 0) |
|
|
|
Индигокармин |
-0,125 (рН 7) |
синий |
» |
|
|
0,291 (рН 0) |
|
|
|
Метиленовая синяя |
0,011 (рН 7) |
» |
» |
|
|
0,532 (рН 0) |
|
|
|
Толуиленовый синий |
0,115(рН7) |
» |
» |
|
|
0,601 (pHO) |
|
|
|
Вариаминовый синий |
0,71 |
фиолетовый |
» |
|
Дифениламин |
0,76 |
» |
бесцветный |
|
Дифенилбензидин |
0,76 |
» |
» |
|
п-Этоксихризоидин |
0,76 |
бледно- |
красный |
|
|
|
желтый |
||
|
|
|
||
Дифениламин-4- |
0,84 |
сине- |
бесцветный |
|
сульфоновая кислота |
|
фиолетовый |
||
|
|
|||
N-Фенилантраниловая |
1,00 |
фиолетовый |
» |
|
кислота |
|
|
||
|
|
|
||
Ферроин |
1,06 |
бледно- |
красный |
|
|
|
голубой |
||
|
|
|
||
Нитроферроин |
1,25 |
» |
» |
|
|
|
|
|
Эта стадия необратима. Образовавшийся бесцветный дифенилбензидин затем обратимо окисляется по схеме
С6Н5—NH—С6Н4-С6Н4—NH—С6Н5 дифенилбензидин бесцветный
дифенилдифенохинондиимин фиолетовый с образованием окисленной окрашенной фиолетовой формы индикатора (В
присутствии нитрат-ионов в кислой среде раствор окрашивается в синий цвет).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Интервал перехода окраски индикатора изменяется в пределах Е = 0,76 ± 0,0295
В.
Таким образом, собственно обратимым редокс-индикатором является не дифениламин, а дифенилбензидин, обратимо переходящий в дифенилдифено-
хинондиимин.
К недостаткам дифениламина как редокс-индикатора относится его малая растворимость в воде (обычно готовят его 1%-ный раствор в концентрированной серной кислоте).
В качестве редокс-индикатора применяют также N-фенилантрониловую кислоту (2-дифениламинкарбоновую кислоту):
окисленная форма которой имеет фиолетово-красную окраску. Интервал
(потенциал) перехода составляет Е = 1,00 ± 0,059 В. В отличие от дифениламина
N-фенилантраниловая кислота растворяется в воде, поэтому обычно готовят ее
0,2%-ный водный раствор или же 0,1%-ный раствор в 0,2%-ном растворе соды.
Индикатор ферроин представляет собой комплекс железа(II) с ортофенан-
тролином состава [FеL3]2+, где L — молекула ортофенантролина (1,10-
фенантролина)
Ферроин |
обратимо |
претерпевает |
окислительно-восстановительное |
превращение |
|
|
|
|
|
[FеL3]3+ + |
е = [FеL3]2+ |
|
окисленная форма |
восстановленная форма |
|
|
|
(бледно-голубая) |
(красная) |
Интервал (потенциал) перехода составляет Е = 1,06 В. Ферроин как редокс-
индикатор обладает целым рядом достоинств: его растворы стабильны;
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
окисленная форма индикатора устойчива по отношению к действию сильных окислителей; он проявляет резкое изменение окраски, которое осуществляется быстро и обратимо; допускает титрование при нагревании вплоть до ~60 °С.
Обычно раствор этого индикатора готовят, смешивая 1,624 г гидрохлорида фенантролина и 0,695 г FeSO4 • 7Н2`О в 100 мл воды.
Необратимые ОВ индикаторы. К индикаторам этой группы относятся метиловый оранжевый, метиловый красный, нейтральный красный. При потенциале раствора, равном потенциалу а ТЭ, они необратимо окисляются,
вследствие чего исчезает присущая им окраска раствора.
Другая классификация индикаторов ОВ титрования. Кроме рассмотренной выше предложена также следующая классификация индикаторов ОВ титрования:
1.Индикаторы группы соединений дифениламина и дифенилбензидина.
2.Индикаторы группы трифенилметановых и других красителей.
3.Хелатные комплексы дииминжелеза.
4.Индикаторы особого (специфического) действия.
5.Необратимые индикаторы, подвергающиеся деструкции.
6.Различные другие соединения.
7.Смешанные индикаторы.
4.6.Графический метод изображения процесса окисления — восстановления
Подобно тому, как процессы кислотно-основного титрования могут быть представлены графически в виде кривой титрования, изображающей изменение величины рН титруемого раствора по мере приливания к нему стандартного
(титрованного) раствора кислоты или щелочи, процессы окислительно-
восстановительного титрования можно также представить графически в виде кривой титрования, изображающей изменение окислительно-восстановительного потенциала Е титруемого раствора по мере приливания к нему стандартного
(титрованного) раствора окислителя или восстановителя.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Каждый процесс окисления—восстановления характеризуется своей кривой титрования, изображающей изменение окислительно-восстановительного потенциала в процессе титрования. Как видно из уравнения:
o |
|
0,059 |
lg |
[Окисл.] |
E E |
n |
[Восст.] |
||
|
|
|
величина потенциала Е зависит от величины нормального окислительно-
восстановительного потенциала данной системы Е и от количественного соотношения концентраций окислителя и восстановителя. Например, потенциал раствора, содержащего одновременно соли двух- и трехвалентного железа, будет тем выше, чем больше отношение
[Fe3+] (окислитель)
[Fe2+] (восстановитель)
При титровании железа (II) перманганатом в кислой среде, согласно схеме
KMnO4
Fe2+ Fe3+
[Fe3+] увеличивается по мере приливания титранта и одновременно уменьшается
[Fе2+]. Следовательно, изменяется отношение [Fe3+]/[Fe2+]. По мере увеличения этого отношения окислительно-восстановительный потенциал тоже увеличивается.
Это постепенное увеличение потенциала происходит неравномерно.
Вблизи точки эквивалентности наблюдается наиболее резкое (скачкообразное)
изменение потенциала, объясняемое более резким изменением соотношения
[Fe3+]/[Fe2+], которое достигает превышения начального отношения в миллион
раз.
По величине нормальных потенциалов можно рассчитать величину константы равновесия данной окислительно-восстановительной реакции, а зная ее величину, можно вычислить отношение равновесных концентрации и
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
рассчитать значение потенциалов в процессе титрования. В точке эквивалентности раствор характеризуется определенным окислительно-
восстановительным потенциалом. Конец титрования может быть определен при помощи индикатора, изменяющего свою окраску при этом окислительно-
восстановительном потенциале.
Изменение окислительно-восстановительного потенциала раствора в процессе титрования. Если опустить в раствор, содержащий Fe3+ и Fе2+-ионы,
пластинку из инертного металла (например, платины) и соединить такой электрод
скаким-либо другим окислительно-восстановительным (или ред-окс)
электродом, то образуется гальванический элемент. При этом происходит окисление Fе2+ в Fе3+ или восстановление Fе3+ в Fе2+.
Окисление Fе2+ в Fе3+ происходит в том случае, когда второй электрод в гальваническом элементе является положительным, т. е. когда в реакцию вступает более сильный окислитель, чем Fе3+. Восстановление Fе3+ в Fе2+
наблюдается тогда, когда указанный электрод является отрицательным, т. е. когда в реакцию вступает более сильный восстановитель, чем Fе2+.
Таким образом, непременным условием протекания какой-либо окислительно-восстановительной реакции является наличие системы двух пар окислителей Окисл.1 и Окисл.2 и восстановителей— Восст.1 и Восст.2.
В начале титрования, когда имеется избыток восстановителя, величину окислительно-восстановительного потенциала, меняющуюся по мере изменения концентрации, вычисляют по формуле:
E Eo |
|
0,059 |
lg |
[Окисл.2 ] |
|
||
|
|
|
|
|
|||
Окисл .2 / Восст.2 |
|
n |
[Восст. |
2 |
] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где [0кисл.2] и [Восст.2] относятся к титруемому веществу
(восстановителю). В точке эквивалентности потенциал раствора вычисляют на основании величины нормальных потенциалов восстановителя и окислителя и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
константы равновесия данной реакции. После точки эквивалентности величину потенциала определяют по избытку прибавляемого окислителя по формуле:
|
o |
|
|
0,059 |
|
[Окисл. |
|
] |
|
E E |
|
|
|
lg |
1 |
|
|||
Окисл .1 |
/ Восст.1 |
n |
[Восст. |
] |
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
где [0кисл.1] и [Восст.1] относятся к титрованному раствору (окислителю).
При титровании окислителя восстановителем вычисления проводят аналогично.
Рассмотрим в качестве примеров титрование ионов железа(II) сульфатом церия(IV) и титрование ионов железа(II) перманганатом калия в сернокислой среде.
Титрование соли железа(II) сульфатом церия(IV).
а) Расчет величины потенциала в начале титрования
Когда идет речь об окислительно-восстановительном потенциале, то имеется в виду не отдельный элемент или его ионы, а система, характеризующаяся определенным равновесием. Например:
Fe3+ + e- Fе2+
Fe2+ + 2e- Fе0
Fe3+ + 3e- Fе0 [Fе(СN6)3+] +е- [Fe(CN)6]4- [FeF6]3- + e- Fe2+ + 6F-
(а) (б) (в) (г) (д)
Вследствие этого для систем, выражающих различное состояние данного элемента, может быть не одно, а несколько значений нормального потенциала.
Так, для железа, в соответствии с уравнениями а, б, в, г, д существуют различные значения нормального потенциала.
При титровании солей железа (II) сульфатом церия (IV) ионы железа (II)
окисляются до ионов железа (III), в результате возникает система, выражаемая следующим уравнением
Fe2+ - e- Fе3+
Если для титрования взято 100 мл 0,1 и. раствора соли железа (II), то при прибавлении первой капли (~0,001 мл) 0,1 и. стандартною раствора сульфата

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
церия образуется эквивалентное количество Fe2+ -ионов. Поэтому в начале титрования отношение концентраций ионов [Fe3+]/[Fe2+], определяющее
потенциал системы, можно считать равным:
|
|
|
|
[Fe3+] |
|
|
|
0,001 |
10-5 |
|
|
|||
|
|
|
|
[Fe2+] |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
Потенциал системы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
[Fe |
3 |
|
E |
|
3 |
|
2 |
E |
0,059lg |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
Fe |
/ Fe |
|
[Fe |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
] ]
0,771 + 0,059 lg10-5
0,771 - 0,059 5 0,771 - 0,295 0,476 B
Реакция окисления железа (II) церием (IV) идет согласно уравнению:
Се4+ + Fe2+ = Се3+ + Fe3+
E Fe3+/Fe2+ = 0,77l B, |
E Ce4+/Ce3+ = 1,45 B |
Реакция обратима, и во время титрования, после каждого прибавления стандартного раствора сульфата церия, устанавливается равновесие:
окислитель1 (Ce4+) + восстановитель2 (Fe2+)
восстановитель (Се3+) + окислиnель (Fe3+)
Окислительно-восстановительные потенциалы обеих систем
+ Fe3+ + е Fe2+ |
Се4+ + е Се3+ |
при установившемся равновесии |
равны друг другу. Поэтому расчет |
потенциала в каждый данный момент титрования после установления равновесия может быть сделан по одному из следующих уравнений:
E |
|
3 |
|
2 |
0,771 0,059lg |
[Fe3 |
] |
|||||
Fe |
/ Fe |
|
] |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
[Fe2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
E |
|
|
4 |
|
|
3 |
1,45 0,059 lg |
[Ce4 |
] |
|||
Ce |
/ Ce |
|
|
|
|
|||||||
|
] |
|||||||||||
|
|
|
[Ce3 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
б) Расчет величины потенциала в процессе титрования до точки
эквивалентности.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
При приливании к 100 мл 0,1 н. раствора соли железа(II) 0,1 мл 0,1 н.
раствора сульфата церия(IV) происходит окисление ионов Fe2+ в Fe3+ в
количестве, эквивалентном его количеств содержащемуся в 0,1 мл 0,1 н. раствора.
В этот момент, если не учитывать разбавление раствора, отношение:
[Fe3+] |
= |
0,1 |
= 10-3 |
|
[Fe2+] |
100 |
|||
|
|
Следовательно:
E |
Fe |
3 |
/ Fe |
2 |
|
|
|
0,771 0,059 lg |
[Fe |
|
[Fe |
||
|
3 2
] ]
= 0,771 +0,059 lg 10-3 = 0,771 -0,059•3 = 0,594 B
При приливании 1 мл стандартного раствора сульфата церия образуется эквивалентное количество ионов Fe3+ и
[Fe3+] 1
[Fe2+] = 100 = 10-2
тогда
E |
Fe |
3 |
/ Fe |
2 |
|
|
|
0,771 0,059 lg |
[Fe |
|
[Fe |
||
|
3 2
] ]
= 0,771 +0,059 lg 10-2 = 0,771 -0,059•2 = 0,653 B
При приливании к 100 мл 0,1 н. раствора соли железа(II) 10 мл 0,1 н. раствора сульфата церия (IV)
|
|
|
|
|
|
[Fe3+] |
= |
10 |
|
10-1 |
||
|
|
|
|
|
|
[Fe2+] |
90 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Следовательно |
|
|
|
|
|
|
|||
E |
|
3 |
|
2 |
0,771 0,059 lg |
[Fe3 |
] |
0,771 +0,059 lg 10-1 0,771 -0,059 0,712 B |
||||
Fe |
/ Fe |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
[Fe2 |
] |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
После добавления 50 мл раствора сульфата церия половина ионов железа
(П) будет окислена и [Fe3+] = [Fe2+]; тогда
E |
|
3 |
|
2 |
0,771 0,059 lg |
[Fe3 |
] |
= 0,771 +0,059 lg 1 = 0,771 = 0,771 B |
Fe |
/ Fe |
|
|
|||||
|
|
|
[Fe2 |
] |
||||
|
|
|
|
|