2. Протолитометрия

В методе протолитометрии используют реакции между протолитами, т.е. кислотами и основаниями. В процессе титрования из­меняется рН системы и точку эквивалентности определяет по резкому изменению окраски специально вводимых кислотно-основных индикаторов (как правило органических веществ).

2.1. Расчеты, связанные с приготовлением растворов

Растворы титрантов готовят из навесок стандартных веществ, фиксаналов или разбавлением более концентрированных растворов с известной концентрацией. Во всех случаях концентрация титранта должна быть точно известна.

Задача 2.1.1. Требуется приготовить V₂ = 500 см³ раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,01 моль/дм³ (0,01 н.) из исходного раствора серной кислоты с плотностью  = 1,030 г/см³. Рассчитать необходимый объем V₁ исходного раствора серной кислоты. Определить титр 0,01 н. по аммиаку.

Решение. Зная плотность исходного раствора серной кислоты, по справочнику находим массовую долю  = 4,75 %. Найдем массу серной кислоты, которая должна содержаться в заданном объеме раствора:

 г.

Найдем объем исходного (4,75 %) раствора серной кислоты, в котором содержится данная масса кислоты:

 мл.

Рассчитанный объем кислоты разбавляют водой до 500 см³.

Для того, чтобы найти титр 0,01 н. раствора серной кислоты по аммиаку Т( ), нужно рассчитать массу аммиака в граммах, которая взаимодействует с одним миллилитром этой кислоты.

Найдем число молей эквивалентов кислоты, содержащейся в одном миллилитре раствора: .

По закону эквивалентов ,

тогда .

Молярная масса эквивалента аммиака равна молярной массе, так как каждый моль его взаимодействует с одним молем ионов водорода:

NH₃ + H⁺ = NH₄⁺.  г/см³.

Ответ:

Задача 2.1.2. Какой объем раствора (I) серной кислоты ( = 1,14 г/см³) надо добавить на каждые 100 см³ 0,1 н. раствора (2) той же кислоты, чтобы получить раствор (3) с титром по NaOH, равным 0,0080 г/см³?

Решение. Выразим концентрации всех растворов серной кислоты в одинаковых единицах. Например, рассчитаем их молярные концентрации эквивалентов.

Молярная концентрация раствора (I) может быть найдена по справочнику, исходя из его плотности, моль/л. Молярная концентрация эквивалента С_э1=2С₁=4,668 н., т.к. . Обозначим его объем – , л.

Молярная концентрация эквивалента раствора (2) по условию задачи С_э2 = 0,1 н. Его объем  = 0,1л.

Обозначим объем раствора (3) – V₃, л. Молярную концентрацию эквивалента раствора (3) находим из титра:

Число молей эквивалентов кислоты до и после смешения растворов одинаково, значит , а объем заданного раствора есть сумма двух исходных .

Решая совместно два уравнения, получим:  см³.

Ответ: V₂ = 2,24 см³.

В задачах (табл.2.1) надо рассчитать, сколько граммов исходного вещества или миллилитров исходного раствора, указанного в графе 2 (плотность исходных растворов приведена в графе 3), требуется для приготовления одного литра титранта с заданной молярной концентрацией эквивалента (графа 4). Рассчитать титр конечного раствора по определяемому веществу (графа 5).

Таблица 2.1

Данные для расчета массы (или объема) исходного вещества и титра

раствора по определяемому веществу

Номер задачи	Исходное вещество (твердое или раствор)		Нормальная концентрация заданного раствора Сэ, н.	Определяемое вещество
	Формула	Плотность раствора , г/см3
1	2	3	4	5
17		1,170	0,01
18		1,190	0,2
19		1,025	0,1
20		0,956	0,5
21		1,070	0,2
22		1,180	0,025
23		1,270	0,2
24		1,040	0,03
25		1,060	0,2
26		1,100	0,2
27		-	0,01
28		-	0,05
29		-	0,05
30		-	0,1

31. Сколько воды надо добавить к одному литру раствора хлороводородной кислоты с массовой концентрацией 0,0200 г/см³, чтобы получить раствор с титром по соде 0,0200 г/см³?

32. Какой объем воды надо добавить к 1,2 дм³ 0,2400 M HCl, чтобы получить 0,200 М раствор? Найдите титр полученного раствора по едкому кали (гидроксид калия).

33. Сколько миллилитров 2,0 М раствора азотной кислоты нужно добавить к 1,100 дм³ 0,1880 М раствора той же кислоты, чтобы повысить его концентрацию до 0,200 моль/дм³?

34. В мерной колбе вместимостью 500 см³, приготовлен раствор из навески 2,500 г безводной соды. Вычислить нормальную и молярную концентрации раствора соды и титр этого раствора по хлороводородной кислоте.

35. Дан раствор аммиака в воде с массовой долей 15,47 %. Найдите нормальную, молярную и массовую (г/см³) концентрации этого раствора.

36. Какой объем воды и какую навеску нужно взять для приготовления одного литра раствора соды с массовой долей  5% ( = 1,05 г/ см³)? Найдите его нормальную концентрацию.

37. Раствор хлороводородной кислоты ( = 1,190 г/см³) разбавили водой 1:1 (по объему). Вычислите нормальную концентрацию полученного раствора и титр по едкому натру.

38. Раствор серной кислоты ( = 1,830 г/см³) разбавили водой 1:4 (по объему). Рассчитайте приблизительно нормальную, молярную и массовую концентрации полученного раствора.

39. Какой объем серной кислоты с массовой долей 54,5 % надо прибавить к 500 см³ 0,1 н. раствора той же кислоты, чтобы получить раствор с титром по NаОН 0,0080 г/см³?

40. Требуется получить один литр раствора, содержащего 0,1 моль/дм³ NаС1 и 0,1 моль/дм³ HCI. Какую навеску соли и какой объем кислоты ( = 1,120 г/см³) надо взять для приготовления раствора?

41. Для приготовления 500 см³ буферного раствора с рН = 5,5 требуется 57,4 см³ одномолярного раствора уксусной кислоты и 50 см³ одномолярного раствора NaOH. Сколько граммов кристаллического NaOH и какой объем 1,98 М раствора уксусной кислоты надо взять вместо указанных выше растворов? Рассчитать также молярную концентрацию кислоты и ацетата натрия в конечном растворе.

42. Для приготовления фосфатного буферного раствора с рН = 7,0 смешали в соответствии с методикой 61,2 см³ раствора (I), содержащего 11,866 г/дм³ , и 38,8 см³ раствора (2), содержащего 9,073 г/дм³ . Какова концентрация каждого компонента в полученном растворе (моль/дм³)?