7.4 Классификация титриметрических методов. Кислотно-основное титрование.

В титриметричес ком методе анализа используются различные типы химических реакций. В зависимости от характера применяемой химической реакции различают следующие методы титриметрического анализа:

- кислотно-основное титрование;

- осадительное титрование или осаждение;

- комплексонометрическое титрование или комплексонометрия;

- окислительно-восстановительное титрование или редоксиметрия.

По применяемым реагентам титриметрические методы анализа подразделяются на следующие виды:

- ацидометрическое титрование (титрант кислота – НС1 или Н2SO4);

- алкалиметрическое титрование (титрант – щелочь – NaOH или

Ba( OH)2);

- перманганатометрическое титрование (титрант – KМnO4);

- хроматометрическое титрование (титрант - K2Cr2O7);

- йодометрическое титрование (титрант I2 или KI) и т.д.

Правила титрования

1. Следует устанавливать титр стандартного раствора и применять один и тот же раствор в присутствии одного и того же индикатора.

2. Для титрования следует брать всегда одно и тоже количество индикатора и повторять титрование определяемого вещества несколько раз до тех пор, пока не будут получены три близко сходящихся рез ультата.

3. Необходимо брать, как правило, не более 1-2 капель индикатора, не забывая о том, что индикаторы, применяемые в методе нейтрализации, с ами являются кислотами или основаниями. На их нейтрализацию также расходуется часть раствора титранта.

4. Всегда следует титровать до одного и того же оттенка окраски раствора, используя для титрования по возможности одинаковые объемы титруемого раствора.

5. Необходимо выбирать такой индикатор, который изменяет с вой цветвблизи точки эквивалентности

Кислотно-основное титрование В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации между кислотой и основанием. В результате реакции нейтрализации образуется соль и вода.

HAn + KtOH  KtAn + H2O

Реакция нейтрализации протекает при комнатной температуре практически мгновенно. Кислотно-основное титрование применяется для определения кислот, оснований, а также многих солей слабых кислот: карбонатов, боратов, сульфитов, и т. д. При помощи данного метода можно титровать смеси различных кислот или оснований, определяя содержание каждого компонента в отдельности.

При титровании кислоты основанием или наоборот, происходит постепенное изменение кислотности среды, которое выражается водородным показателем рН. Вода представляет собой слабый электролит, который диссоциирует согласно уравнению.

Н2О  Н⁺ + ОН-

Произведение концентрации ионов водорода на концентрацию ионов гидроксила есть величина постоянная, и называется ионное произведение воды.

(1)

В нейтральной среде концентрации водородных ионов и гидроксид-ионов равны и составляют 10^-7м/л. Ионное произведение воды остаётся постоянным при добавлении в воду кислоты или основания. При добавлении кислоты увеличивается концентрация ионов водорода, что приводит к сдвигу равновесия диссоциации воды влево, в результате чего концентрация гидроксид-ионов уменьшается. Например, если [H+] = 10^-3м./л., то [OH-] = 10^-11м./л. Ионное произведение воды останется постоянным.

10^-3 10^-11 = 10^-14.

Если увеличить концентрацию щёлочи, то концентрация гидроксид-ионов увеличится, а концентрация ионов водорода уменьшится, ионное произведение воды также останется постоянным. Например, [OH-] = 10^-2, [H+] = 10^-12

10^-12 10^-2 = 10^-14.

В ходе кислотно-основного титования с каждой порцией приливаемого титранта изменяется рН раствора. В точке эквивалентности рН достигает определённого значения. В этот момент времени титрование необходимо прекратить и измерить объём титранта, пошедший на титрование. Для определения рН в точке эквивалентности строят кривую титрования – график зависимости рН раствора от объёма прибавляемого титранта. Кривую титрования можно построить экспериментально, измеряя рН в различные моменты титрования, или рассчитать теоретически, используя формулы (2) или (3).

При титровании сильной кислоты сильным основанием в точке эквивалентности образуется соль, которая не подвергается гидролизу, поэтому рН раствора в точке эквивалентности совпадает с рН чистой воды и равен 7 (рис 2.1а). В этом случае точка нейтральности совпадает с точкой эквивалентности. Скачок титрования сильной кислоты сильным основанием находится в пределах от 4,3 до 9,7 рН (при концентрации реагирующих веществ 0,1 моль/л). Поскольку рН в точке эквивалентности равен 7, то в качестве индикатора можно использовать лакмус (рТ лакмуса равно 7). Из графика видно, что для фиксирования точки эквивалентности в данном случае могут быть также использованы индикаторы: метиловый оранжевый (рТ = 4) и фенолфталеин (рТ = 9). При титровании интервалы перехода этих индикаторов попадают в область скачка рН на кривой титрования. Изменение окраски этих индикаторов происходит при объемах добавленной щелочи (99,9 мл и 100,1 мл), очень близких к объему, который соответствует точке эквивалентности.

При титровании с лабой кислоты с ильным основанием (рис. 2.1б) вид кривой титрования зависит еще и от константы диссоциации кислоты. В данном с лучае точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности.

Точка эквивалентности смещается в сторону более высоких значений рН ( вщелочную область) из-за гидролиза с оли, образующейся в точке эквивалентности. Скачок титрования уменьшается (7,7 – 10,0) и будет тем меньше, чем слабее титруемая кислота. При титровании с лабой кислоты с ильным основанием из рассмотренных в предыдущем с лучае индикаторов может быть использован только фенолфталеин. Кроме того, в данном случае могут быть использованы и такие индикаторы, как феноловый красный и тимолфталеин.

При титровании слабого основания с ильной кислотой в точке эквивалентности образуется с оль, гидролиз которой протекает по катиону. Поэтому при титровании раствора аммиака соляной кислотой точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности и смещается в кислую область (рН = 5,1). В этом случае точку эквивалентности можно определить с помощью индикаторов – метиловый оранжевый, метиловый красный или бромтимоловый синий.

При титровании с лабой кислоты слабым основанием (и, наоборот) на кривой титрования получается маленький с качок титрования. Точка эквивалентности приближается к точке нейтральности. Значение константы равновесия реакции оказывается меньше чем 10. Поэтому титрование с лабых кислот слабыми основаниями не используют.

Таким образом, с помощью кривых титрования, по известному с качку титрования и интервалу перехода индикатора, можно подобрать индикатор, подходящий для данного титрования.

Индикаторы в окислительно-восстановительном титровании

Точка эквивалентности окислительно-восстановительного титрования фиксируется как с помощью индикаторов, так и безиндикаторным способом. Безиндикаторный способ применяется в тех случаях, когда окисленная и восстановленная формы титранта отличаются. В точке эквивалентности, при введении 1 капли избытка раствора титранта изменит окраску раствора. Безиндикаторным способом можно проводить определения перманганатометрическим методом, т.к. в точке эквивалентности от одной капли раствора перманганата калия титруемый раствор окращивается в бледнорозовый цвет.

Индикатор	Интервал перехо­да (рН)
Тропеолин	1,4-3,2
Метилоранж	3,1-4,4
Бромтимоловый синий	6,0-7,6
Фенолфталеин	8,2-10,0
Ализариновый желтый	10,0-12,5