13.6. Некоторые случаи практического применения кислотно-основного титрования в водных растворах

Анализ смеси карбоната и гидроксида, карбоната и гидро­карбоната щелочного металла с применением двух индикаторов

При титровании смеси гидроксида и карбоната щелочного ме­талла, например, №ОН и №₂СО₃и обнаружении конечной точки тит­рования с помощью фенолфталеина протекают реакции:

ШОН + НС1 ^ Nad + Н2О

^СО3 + НС1 ^ ШНСО3 + Nad,

При обнаружении конечной точки титрования с помощью мети­лового оранжевого реакция взаимодействия гидроксида натрия с ки­слотой протекает точно также, а карбонат натрия титруется до уголь­

ной кислоты. Разность между объёмами раствора титранта, израсхо­дованного для титрования смеси в присутствии метилового оранжево­го и фенолфталеина, будет соответствовать протеканию реакции:

ШНСО3+ НС1 ^ Н2СО3+NaQ

Фактор эквивалентности NaHСO₃в данной реакции равен 1. Ес­ли принять, что №НСО₃в исходной смеси не было, то п(№НСО₃) = п₀(№₂СО₃) и массу карбоната натрия можно рассчитать следующим образом

ш(Ш2СО3)= С(НС1)-(Умо-Vo)-10^-3-M(Na2ra3)

Для взаимодействия с NaOH, находящимся в анализируемой пробе, будет расходоваться объём стандартного раствора титранта равный V® -(V_MO - V®) =2 V® -V_MO, поэтому массуNaOH рассчиты­вают по следующей формуле

ш(NaOH) = С(НС1)-^о- Vмo)•10^-3•M(NaOH)

Если на титрование смеси щелочи и карбоната с фенолфталеином и ме­тиловым оранжевым затрачивается практически одинаковый объём стандарт­ного раствора титранта, то содержание карбоната в смеси очень мало. На­против, если объёмы раствора титранта, затраченные для титрования, значи­тельно отличаются, то в анализируемой смеси содержится много карбоната

Анализ смеси гидрокарбоната и карбоната щелочного металла титрованием её раствором сильной кислоты в присутствии двух инди­каторов основан на том же принципе, что и анализ смеси гидроксида и карбоната. При титровании смеси с фенолфталеином с титрантом взаимодействует лишь карбонат

^СО3+ НС1 ^ ШНСО3+NaQ

С метиловым оранжевым титруются и карбонат и гидрокарбо­нат. По объёму раствора НС1, затраченному для титрования с фенол­фталеином, можно рассчитать содержание №₂СО₃ (/э_кв= 1), а по раз­ности между объёмом раствора НС1, затраченным для титрования с метиловым оранжевым и удвоенным объёмом, затраченным для тит­рования с фенолфталеином - содержание №НСО₃:

ш(^2СО3)= С(НС1) •Vcr 10^-3^(N2^3) ш(ШНСО3)= С(НС1)^мо- 2Vф)•10^-3•M(NaHСOз)

Чем больше титранта требуется для титрования с фенолфталеином, тем больше карбоната содержится в анализируемой пробе. Если при добавлении к титруемому раствору фенолфталеина последний окрашивается в слабо розо­вый цвет и для его обесцвечивания требуется лишь несколько капель раствора титранта, то содержание карбоната в пробе очень мало.

Определение азота в органических соединениях по Кьельда- лю и ионов аммония

Определение азота в органических соединениях методом Кьель- даля проводят следующим образом (устройство прибора показано на рис. 13.6). Точную навеску анализируемого образца помещают в кол­бу Кьедьдаля и подвергают минерализации с помощью концентриро­ванной серной кислоты, к которой добавлены K₂SO₄ и Си8О₄, а в не­которых случаях ещё и селен илиHgO. В процессе окисления органи­ческой части молекулы азот восстанавливается до иона аммония. По­сле окончания минерализации к раство­ру добавляютNaOH. При этом образу­етсяNH₃, который отгоняют и погло­щают растворомH₃BO₃ или стандарт­ным раствором сильной кислоты(H₂SO₄ или НС1). В первом случае при взаимо­действии борной кислоты с аммиаком образуется эквивалентноеNH₃ количе­ство ионаBO₂^-, который затем титруют стандартным раствором НС1 (титрова­ние заместителя). Во втором случае оп­ределяют избыток сильной кислоты, не вступивший в реакцию сNH₃, титруяРис. 13.6. Прибор для определе-раствор стандартным растворомNaOH ния азота в органических соеди-(обратное титрование).

Обычный метод Кьельдаля ис­пользуют для органических соединений, содержащих аминный азот (амины, аминокислоты и т.д.). Для определения азота в нитратах, нитритах, нитросоеди- нениях и т.п. необходимо ещё предварительное восстановление дан­ных азотсодержащих групп до иона аммония или аминогруппы.

нениях (по ГФ XI) 1 -парообразователь; 2 -колба Кьельдаля; 3 -воронка для вво­да щелочи; 4 -брызгоуловитель;5 -холодильник; 6 -приёмник

Методику, похожую на описанную выше, можно использовать также и для веществ, которые легко гидролизуются с образованием аммиака или аминов. Такие вещества не подвергают минерализации, а сразу проводят их щелочной гидролиз. Например, определение азота в соединении (1) требует обязательной минерализации, а для соедине­ния (2) достаточно щелочного гидролиза.

NH

Ч\/

(2)

(1)

ОН

nh₂

ОН

Ион аммония является достаточно слабой кислотой (pK_a = 9,24), поэтому его прямое титриметрическое определение при концентрации в водном растворе, например, 0,1 моль/л, невозможно.

9

nh₄++

NH₃t +H₂O

6H₂O

4NH₄+ +6CH₂O ^(CH₂)₆N₄ +

титруют стандартным раствором щёлочи в присутствии фенолфталеина

избыток щелочи, не вступивший в реакцию, титруют стандартным раствором сильной кислоты

Определение борной кислоты

Борная кислота является слабой одноосновной кислотой (pK_a « 9,3). Её кислотные свойства обусловлены реакцией:

B(OH)3 +2H2O г[B(OH)4]^- +H3O+

Борная кислота является слишком слабой для того, чтобы её можно было с удовлетворительной погрешностью оттитровать щело­чью в водном растворе. Однако, она может взаимодействовать с орга­ническими веществами, в состав которых входит а-диольная группа (глицерин, глюкоза, фруктоза, маннит, сорбит и др.), с образованием более сильных комплексных кислот (например, у маннитборной ки­слоты pK_a = 5,3). Последние могут быть оттитрованы раствором щё­лочи в присутствии фенолфталеина.

—C—OH

C O O C B

C O O C

+ H₃O+ +2H₂O

2 I +B(OH)3 —C—OH

Наиболее часто используемым на практике комплексообразова- телем при определении борной кислоты является глицерин, хотя по сравнению, например, с маннитом или моносахаридами данное веще­ство является менее активным комплексообразующим реагентом. Кроме того, глицерин очень вязкий и работать с ним неудобно. Гли­церин, используемый в лаборатории, может содержать примеси ки­слот. Перед применением его необходимо нейтрализовать раствором щёлочи до появления слабо-розового окрашивания фенолфталеина.