8. Расчеты в прямом титровании (протолитометрия)

Химические методы включают гравиметрические (весовые) и титриметрические или объемные виды анализа. Под титриметрическим анализом понимают определение содержания вещества по точно измеренному количеству реагента (массе или объему), вступившего в реакцию с определяемым компонентом в эквивалентном количестве.Известны следующие основные способы проведения титриметрического анализа: прямое титрование; реверсивное; обратное титрование или титрование по остатку; косвенное титрование или по заместителю.

Прямое титрованиезаключается в непосредственном взаимодействии титранта и титруемого вещества. В процессе титрования к аликвоте или навеске вещества постепенно добавляют раствор титранта, объем которого точно фиксируют в Т. Э. В качестве титранта используют рабочий раствор известной концентрации. Расчет содержания вещества в образце выполняют по закону эквивалентов:

= (8.1)

где – количество моль-эквивалентов анализируемого вещества в титруемом образце; а  количество моль-эквивалентов титранта, вступившего в реакцию с определяемым компонентомА.

Концентрацию компонента Ав растворе вычисляют по формуле:

(8.2)

где – молярная концентрация эквивалента (нормальность) титруемого раствора (определяемого компонента), моль-экв/л;– объем аликвоты титруемого раствора, мл;– концентрация иобъем титранта в точке эквивалентности. Для более точного титрования применяют метод отдельных навесок (ЭУК, гл 4).

При титровании чистых веществ масса навески соответствует массе титруемого вещества. Если титруют техническое вещество, то масса навески будет состоять из смеси чистого вещества и примесей. Содержание чистого вещества рассчитывают либо по закону эквивалентов, либо из значений процентной концентрации и массы навески вещества. Пробу растворов также можно отбирать в виде точно измеренного раствора – аликвотной части (аликвоты).

Пример 1: На титрование навески соды массой 0,2005 г израсходовали 20,0 см³ раствора HCl, концентрацией 0,1010 моль/дм³. Вычислите массовую долю карбоната натрия в образце.

Решение: При титровании с HCl реагирует только Na₂CO₃, а примеси не влияют на расход титранта. Запишем уравнение реакции для полной нейтрализации соды:

H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃

CO₂

По закону эквивалентов можно записать: n_экв(Na₂CO₃) = n_экв(HCl)

Выразим n_экв(HCl) через объем и концентрацию титранта и рассчитаем число моль-эквивалентов карбоната натрия.

n_экв(Na₂CO₃) = С(HCl)V(HCl); n_экв(Na₂CO₃) = 2010^3 0,1010 = 2,0210^3 моль-экв.

Масса Na₂CO₃ в навеске соды составит: m(Na₂CO₃) = n_экв(Na₂CO₃)М_экв(Na₂CO₃)

Так как в реакции с HCl при титровании Na₂CO₃ замещается оба протона, то

М_экв(Na₂CO₃) = ; М_экв(Na₂CO₃) = = 53 г-экв /моль;

m(Na₂CO₃) = 2,0210^3 53 = 0,1071 г

Найдем массовую долю Na₂CO₃ в образце соды:

(Na₂CO₃) = ; (Na₂CO₃) = = 53,40%

Ответ: (Na₂CO₃) = 53,40%.

Пример 2. Сколько мл 0,2н. раствора HCl потребуется на полное титрование навески массой 0,2518г, которая содержит 98,5% карбоната натрия?

Решение: Титрование – прямое, титрант – раствор HCl, который реагирует только с Na₂CO₃ по реакции:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃

так как примеси не влияют на расход титранта. По закону эквивалентов можно записать: n_экв(Na₂CO₃) = n_экв(HCl)

Выразим число моль-эквивалентов кислоты и карбоната натрия и подставим в полученное выше выражение:

n_экв(Na₂CO₃) =

М_экв(Na₂CO₃) =

M(Na₂CO₃) = 223 + 12 + 316 = 106 г/моль

М_экв(Na₂CO₃) = = 53г/моль

n_экв(HCl) = С(HCl)V(HCl) – по результатам титрования, тогда:

= С(HCl)V(HCl), откуда определяем объем титранта.

V(HCl) =

Рассчитаем массу Na₂CO₃ по его массовой доли в образце:

m(Na₂CO₃) = ; m(Na₂CO₃) = = 0,2480 г

V(HCl) = = 0,0234 л = 23,4 мл

Ответ: на титрование навески Na₂CO₃, содержащей примеси, потребуется 23,4 мл 0,2н. раствора HCl.

Задание 5. Выполните типовые расчеты по результатам прямого

титрования.

5.1. Навеску технической буры массой 2,98г растворили в мерной колбе на 100мл. На титрование 20мл такого раствора израсходовано 22,8мл раствора HClсT(HCl/NaOH= 0,0042). Определить содержание (%)Na₂B₄O₇10H₂Oв техническом образце и титр ее раствора.

5.2. На титрование раствора, содержащего 3,158г технического гидроксида калия, израсходовано 27,45мл раствора HCl(T(HCl/NaOH) = 0,0762). Определите содержание (%) КОН в образце.

5.3. Навеску технической буры массой 1,3854 г растворили в колбе и оттитровали, израсходовав 24,85 мл раствора HCl. Определите содержаниеNa₂B₄O₇10H₂Oв техническом образце (%), если титр раствораHClравенT(HCl/NaOH) = 0,00942.

5.4. На титрование навески технической лимонной кислоты массой 0,2172 г с содержанием чистой кислоты C₃H₄OH(COOH)₃H₂O95,40% взяли раствор гидроксида калия с концентрацией С(KOH) = 0,1231 моль-экв/л. Рассчитайте объем раствораKOHв мл, который необходим для титрования, если в результате реакции образуется сольC₃H₄OH(COOK)₃.

5.5. На титрование навески технического Ca(OH)₂израсходовано 29,5 млHCl. Определите концентрацию раствораHCl, если масса навески технического гидроксида кальция равна 0,8150 г, а содержание Сa(OH)₂в образце – 92%.

5.6. При титровании навески технической буры массой 0,9257 г израсходовано 24,4 мл раствора HClс концентрацией С(HCl) = 0,1872 моль-экв/л. Рассчитайте содержание (%) буры (Na₂B₄O₇10H₂O) в титруемой навеске.

5.7. Титруют 15 мл раствора муравьиной кислоты с титром Т(HCOOH/NaOH) = 0,00488. Определите объем раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование, если его концентрация С(NaOH) = 0,09542 моль-экв/л. Приведите уравнение реакции ТЭ и укажите индикатор, пояснив ответ уравнением гидролиза продукта реакции.

5.8. Навеску массой 0,541г, содержащую 92% NaOHрастворили в колбе вместимостью 100мл. Определите нормальность и титр раствораHCl, а такжеT_HCl/NaOH, если на титрование 15мл раствора гидроксида натрия израсходовано 19,5мл раствораHCl.

5.9. На титрование навески кальцита (технического СаСО₃) израсходовано 28,5 мл раствораHClс титромT(HCl/NaOH) = 0,0937. Чему равна масса навески кальцита (г), если содержание в ней СаСО₃ составляет 86,25% .

5.10. Рассчитайте массовую долю (%) H₂SO₄и ее титр, если на титрование 10 мл раствораH₂SO₄ расходуется 12,6мл 0,101н.NaOH(плотность раствора кислоты принять за 1,085г/мл).

5.11. На титрование навески технического карбоната бария массой 0,7652 г, содержащей 87,45%BаCl₂, взят растворH₂SO₄. Определите объем соляной кислоты, пошедший на титрование, если титрT(H₂SO₄) = 0,01704г/мл. Вычислите титр Т(H₂SO₄/BаCl₂)

5.12. На титрование 25 мл раствора технической серной кислоты расходуется 27,35 мл KOHс титром Т(KOH/HCl) = 0,0652. Рассчитайте массовую долю (%)H₂SO₄в растворе, если его плотность 0,992 г/мл. Чему равен титр серной кислоты в этом растворе?

5.13. Аликвоту раствора HNO₃объемом 25 мл оттитровали рабочим раствором гидроксида калия, титр которогоT(KOH/H₂SO₄) = 0,00642. Определите молярную концентрацию раствораHNO₃и его титр, если расход раствораKOHсоставил 28 мл.

5.14. Навеску двуводной щавелевой кислоты (H₂C₂O₄2H₂O) массой 0,1425 г растворили и оттитровали рабочим раствором гидроксида натрия. ОпределитеT(NaOH) и его нормальность, если расход раствораNaOHпри титровании составил 28,6 мл. Чему будет равен Т(NaOH/H₂SO₄)?

5.15. На титрование навески массой 0,4220 г технического гидроксида натрия затрачено 19,95 мл рабочего раствора HCl. Определите концентрацию раствораHCl, если содержание NaOHв образце98,6%. Укажите вид и способ титрования.

5.16. Рассчитайте содержание буры (Na₂B₄O₇10H₂O) в пробе (%), если на титрование ее навески массой 0,4875г растворенной в 20мл воды израсходовано 19,4мл 0,0812н. раствораHCl.

5.17. Рассчитайте массовую долю Na₂CO₃, если на титрование его аликвоты в 20 мл (по 2-м ступеням) израсходовано 33,45 мл 0,57н. раствораHCl. Плотность титруемого раствора карбоната натрия равна 1,05 г/мл.

5.18. На титрование аликвоты 20 мл раствора буры (Na₂B₄O₇10H₂O) израсходовано 18,4 мл раствораH₂SO₄с концентрацией 0,1042 моль-экв/л. Определить массу буры в 250 мл такого раствора.

5.19. На титрование раствора, содержащего 0,4520 г технического гидроксида натрия, израсходовано 24,55 мл раствора HCl. Определите содержание (%)NaОН в образце, если титр раствораHClсоставляетT(HCl/KOH) = 0,09436.

5.20. На титрование навески технического Ca(OH)₂израсходовано 29,5 млHCl. Определите концентрацию раствораHCl, если масса навески технического гидроксида кальция равна 0,8150 г, а содержание Сa(OH)₂в образце – 92%.