2.2. Определение нормальности раствора щелочи с помощью раствора соляной кислоты

Нормальность раствора щелочи устанавливается по раствору соляной кислоты точной концентрации, пользуясь правилом N₁V₁ = N₂V₂, откуда

Для определения нормальности раствора щелочи устанавливаем объемное соотношение между вступающими в реакцию растворами кислоты и щелочи.

Для этого в 3 - 5 колбочек для титрования отбирают из бюретки точно отмеренные объемы раствора щелочи и титруют рабочим раствором соляной кислоты в присутствии индикатора фенолфталеина до перехода малиновой окраски в бесцветную.

2.3. Определение карбонатной жесткости воды

С помощью стандартизированного раствора хлороводородной кислоты определяют не только содержание щелочей, но и некоторых солей. Большое практическое значение имеет определение карбонатной жесткости воды.

Известно, что жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых солей кальция и магния.

Карбонатная жесткость зависит от содержания в воде растворимых солей кальция и магния. Она почти полностью устраняется кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O.

Поэтому карбонатную жесткость называют также устранимой или временной.

Некарбонатная жесткость вызывается присутствием в воде сульфатов (а также хлоридов) кальция или магния.

Карбонатную жесткость определяют титрованием определенного объема воды раствором НСl с метиловым оранжевым. Химизм процесса выражается уравнениями

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2CO₂↑ + 2H₂O,

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2CO₂↑ + H₂O.

Ход определения. В коническую колбу отмерьте пипеткой 100,0 мл анализируемой воды. Прибавьте 2-3 капли метилового оранжевого и титруйте раствором НСl до перехода желтой окраски индикатора в бледно-розовую. Повторите титрование 2-3 раза и из сходящихся отсчетов возьмите среднее. Удобно выполнять титрование со «свидетелем».

Чтобы вычислить карбонатную жесткость (по ГОСТу) в моль на 1 л воды, находят нормальную концентрацию раствора солей и умножают ее на 1000

Допустим, что на титрование 100,0 мл воды пошло в среднем 12,25 мл 0,1016 н. раствора кислоты. Тогда

Ж = (12,25 ∙ 0,1016/100)1000 = 12,45.

2.4. Определение гидроксида и карбоната натрия при совместном присутствии в растворе.

Гидроксид натрия (как и другие щелочи) поглощает из воздуха оксид углерода (IV) и частично превращается в карбонат натрия

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O.

Поэтому часто определяют содержание NaOH и Na₂CO₃ при совместном присутствии их в растворе.

Титрование такого раствора кислотой можно рассматривать как процесс, протекающий в две стадии

NaOH + Na₂CO₃ + 2НСl = 2NaCl + NaHCO₃ + H₂O

и далее

NaHCO₃ + НСl = NaCl + H₂O + CO₂↑.

Первая стадия завершается при рН 8,31, когда изменяет окраску фенолфталеин, а вторая – при рН 3,84, т.е. в области перехода метилового оранжевого.

Из уравнения реакции видно, что с фенолфталеином оттитровывается весь NaOH и половина карбоната натрия. Оставшуюся половину карбоната натрия дотитровывают с метиловым оранжевым.

Точность этого метода, основанного на определении двух точек эквивалентности, не превышает 1%. Объясняется это тем, что в процессе титрования раствор может поглощать оксид углерода (IV) из воздуха и часть NaOH будет превращаться в карбонат натрия. Чтобы свести до минимума это нежелательное явление, соблюдают следующие правила. Раствор щелочи разбавляют водой, свободной от оксида углерода (IV), т.е. прокипяченной и охлажденной в сосуде, имеющем поглотительную трубку с известью. Быстро переносят пипеткой раствор в коническую колбу и тотчас титруют его кислотой, избегая сильного перемешивания (усиливающего поглощение CO₂ из воздуха).

Для титрования приходится брать довольно много (4-5 капель) фенолфталеина, так как небольшие количества его могут обесцвечиваться еще до точки эквивалентности (под действием CO₂ воздуха). Заканчивая титрование раствора с фенолфталеином, кислоту прибавляют медленно, чтобы вместо гидрокарбоната натрия не получилась угольная кислота.

Ход определения В мерную колбу вместимостью 100 мл возьмите немного анализируемого раствора, разбавьте его до метки свежепрокипяченной дистиллированной водой и тщательно перемешайте. Перенесите пипеткой 10,0 мл раствора в коническую колбу и прибавьте 4-5 капель фенолфталеина, который окрасит жидкость в малиновый цвет. Титруйте его раствором НСl до обесцвечивания, которое должно произойти от одной избыточной капли кислоты. Запишите отчет. Затраченный объем кислоты соответствует всему определяемому гидроксиду натрия и половине карбоната натрия.

После этого прибавьте к титруемому раствору 1-2 капли метилового оранжевого, в результате чего содержимое колбы окрасится в желтый цвет. Не доливая кислоту в бюретку, продолжайте титровать раствор до перехода желтой окраски в бледно-розовую. Запишите второй отсчет (т.е. расход кислоты на титрование половины карбоната натрия).

Точное титрование с фенолфталеином и метиловым оранжевым повторите 2-3 раза и из сходящихся отсчетов возьмите средние данные.

Вычислите массы NaOH и Na₂CO₃ в анализируемом растворе.

Допустим, что после титрования раствора с фенолфталеином отсчет объема кислоты оказался равен 11,60 мл, а после титрования с метиловым оранжевым – 12,30 мл.

Следовательно, на титрование половины Na₂CO₃ израсходовано 12,30−11,60 = 0,70 мл, а на титрование всего карбоната натрия 0,70 2 = 1,40 мл раствора кислоты. Тогда на титрование NaOH израсходовано 12,30 – −1,40 = 10,90 мл раствора кислоты. Эти данные позволяют вычислить нормальную концентрацию анализируемого раствора по NaOH и Na₂CO₃, а также содержание их в растворе.

Например, нормальная концентрация раствора по карбонату натрия равна

с(Na₂CO₃)10,00 = 0,1016 ∙ 1,40, с(Na₂CO₃) = 0,1016 · 1,40/10,00 = 0,01422, где 0,01016 – нормальная концентрация раствора кислоты.

Остается вычислить массу карбоната натрия, содержащуюся в 0,1 л анализируемого раствора

m(Na₂CO₃) = 0,01422 ∙ 53,00 ∙ 0,1 = 0,07537 г.

Аналогичным образом вычисляют нормальную концентрацию раствора по гидроксиду натрия и его массу в 100 мл раствора.