III. Порядок выполнения работы

Приготовление заданного объема раствора кислоты заданной концентрации и последующее установление его точной концентрации (стандартизация) состоит из следующих операций:

1. Расчет необходимого количества исходной кислоты.

2. Приготовление заданного объема кислоты с приблизительной концентрацией.

3. Расчет навески первичного стандарта и приготовление этого раствора.

4. Титрование раствора первичного стандарта приготовленным раствором кислоты.

5. Расчет результатов титрования и оценка относительной ошибки определения.

2. Расчет точной концентрации приготовленного раствора кислоты.

1. Расчет необходимого количества исходной кислоты Рассмотрим этот расчет на примере приготовления 500 мл

хлороводородной кислоты с концентрацией с(НС1) = 0,2 моль/л.

Требуемое для этого количество хлороводорода равно

w(HCl) = с(НС1) ∙V(HC1) ∙ М(НС1) = 0,2 ∙ 0,5 ∙ 36,46 = 3,65 г.

Предположим, что для приготовления используется

концентрированная кислота с плотностью 1,179 г/см. Массовая доля хлороводорода в ней (см. Приложения, табл. 1) равна 36% .

Рассчитаем, в какой массе концентрированной кислоты содержится требуемая нам масса хлороводорода:

36 г НС1 содержится в 100 г концентрированной кислоты 3,65 г НС1 -"- хг

х = 3,65- 100/36 = 10,14 г.

Пересчитаем эту величину на объем, используя значение величины плотности раствора:

V_{конц.к-ты} = 10,14/1,179 = 8,6 мл.

Следовательно, для приготовления 500 мл хлороводородной кислоты с концентрацией 0,2 моль/л необходимо отмерить маленьким мерным цилиндром 8,6 мл концентрированной кислоты с плотностью 1,179 г/см³, КОЛИЧЕСТВЕННО перенести в мерную колбу вместимостью 500 мл и разбавить дистиллированной водой до метки. Полученный раствор перемешать.

2. Приготовление заданного объема кислоты с приблизительной концентрацией

Произведя расчет требуемого количества хлороводорода, следует определить плотность имеющейся концентрированной кислоты. Для этого выберите ареометр с подходящей шкалой и опустите его в цилиндр с кислотой. Измерив плотность, по таблицам определите массовую долю хлороводорода в концентрированной кислоте и рассчитайте требуемый объем этой кислоты. Отмерьте этот объем маленьким мерным цилиндром, количественно перенесите в мерную колбу на 500 мл, доведите до метки дистиллированной водой и тщательно перемешайте.

3. Расчет навески первичного стандарта и приготовление этого раствора

Реакция между первичным стандартом Na₂CO3 и стандар­тизируемым раствором НС1 протекает по уравнению:

Na₂CO₃ + 2 НС1 = 2 NaCl + Н₂СО₃

Учитывая, что в соответствии с законом эквивалентов вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах, то есть

количество моль эквивалентов хлороводородной кислоты n(НС1) равно количеству моль эквивалентов установочного вещества - карбоната натрия - n (l/2Na₂CO₃), можно записать, что

n (l/2Na₂CO₃) = n (HCl).

Для расчета количества эквивалентов установочного вещества используем значение величины его массы m(Na₂CO₃) и молярной массы его эквивалента в данной реакции M(l/2Na₂CO₃):

n (l/2Na₂CO₃) = m (Na₂CO₃)/M(l/2Na₂CO₃).

Количество эквивалентов хлороводородной кислоты выражаем через величину молярной концентрации эквивалентов и объем раствора кислоты, требуемый для титрования взятой навески установочного вещества :

n (НС1) = [ с(НС1) / 1000 ] ∙ V(HC1). Следовательно,

m (Na₂CO₃) / M(l/2 Na₂CO₃) = [ с(НС1) /1000 ] ∙ V(HC1) .

Поэтому требуемая масса установочного вещества - карбоната натрия - может быть вычислена по формуле

m(Na₂CO₃) = [с(НС1) V(HC1) ∙ M(l/2 Na₂CO₃) ] /1000.

Таким образом, для расчета навески карбоната натрия необходимо учесть примерную концентрацию приготовленного раствора с(НС1) и объем этого раствора, который должен расходоваться на титрование одной пробы (метод отдельных навесок) или аликвотной части раствора первичного стандарта (метод пипетирования).

При работе макрометодом на титрование должно идти 15 -20 мл титранта, а при использовании полумикрометода - 3 - 4 мл приготовленного раствора кислоты.

Метод отдельных навесок

Для установки титра берут отдельные, близкие по величине навески первичного стандарта с учетом того объема титранта, который должен расходоваться на каждую, растворяют каждую в произвольном небольшом объеме воды и оттитровывают стандартизируемым раствором.

Метод пипетирования

Рассчитанную навеску установочного вещества количественно переносят в мерную колбу определенной вместимости, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до метки водой. Перемешивают, отбирают аликвотные части приготовленного раствора и переносят в конические колбы для титрования. Каждую колбу оттитровывают стандартизируемым раствором до получения трех результатов, отличающихся не более чем на 0,1 мл.

4. Титрование раствора первичного стандарта приготовленным раствором кислоты

Навеску карбоната натрия количественно переносят в мерную колбу вместимостью 50 - 100 мл, доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и отбирают пипеткой 4 аликвотные части по 10 мл в конические колбы для титрования. Добавляют в каждую колбу по 1 капле метилового оранжевого. Одновременно готовят "свидетель" для удобcтва установления конечной точки титрования. Для этого в чистую коническую колбу отмеривают 30 мл воды, прибавляют 1 каплю кислоты и 1 каплю метилового оранжевого. При этом раствор приобретает слабое, но заметное розовое окрашивание. Все колбы устанавливают на лист белой бумаги, чтобы легче следить за изменением окраски раствора

Бюретку тщательно промывают дистиллированной водой, а затем приготовленным раствором хлороводородной кислоты для удаления остатков воды. Заполняют бюретку кислотой так, чтобы мениск раствора был немного выше нулевого деления. Проверяют заполненность кончика бюретки, выпустив из него пузырьки воздуха. Затем выпускают лишнюю кислоту, установив нижний край мениска на нулевом делении. В этом состоянии бюретка готова к работе.

На основание штатива для удобства тоже необходимо положить лист белой бумаги и после этого приступить к титрованию первой

колбы. Результаты первого титрования следует считать ориентировочными, но в последующем необходимо добиться, чтобы результаты параллельных определений отличались бы не более, чем на 0,1 мл при использовании макрометода и не более, чем на 0,02 мл - при полумикрометоде. Все результаты титрования сразу заносите в рабочий журнал в таблицу по форме 1.

Оттитровав 4 аликвотные части первой навески карбоната натрия, возьмите следующую навеску и повторите все операции со второй навеской. Результаты занесите в журнал в таблицу по форме 1. Затем оттитруйте третью навеску.

Форма 1

Результаты титрования первичных стандартов приготовленным раствором НСl

№ п/п	Навеска m(Na2CO3),	Показания шкалы бюретки
		h1	h2	h3	H4	hcр
1
2
3

5. Расчет результатов титрования и оценка относительной ошибки определения

Для расчета объема кислоты, пошедшей на титрование каждой навески, необходимо учесть разбавление: вместимость мерной колбы V_к и вместимость пипетки V_n :

V(HC1) = h_cp ∙ V_к / V_n

Затем рассчитайте отношения навесок карбоната натрия к соответствующим объемам кислоты (таблица по форме 2).

Форма 2 Отношения навесок карбоната натрия к объемам кислоты

№ п/п	Навеска m(Na2CO3), г	Объем V (НС1), мл	Отношения w(Na2CO3) / V(HC1), г/мл
1
2
3
4

Учитывая, что относительное отклонение полученных результатов должно быть меньше 0,3%, проведите оценку их сходимости. Для этого рассчитайте относительную ошибку определения D:

Если полученное значение величины относительной ошибки определения не превышает заданную величину 0,3% , то все результаты титрования пригодны для расчета точного значения концентрации приготовленного раствора кислоты.

Если же полученный результат превышает 0,3%, то необходимо сравнить два ближайших результата. Если полученное значение относительной ошибки вошло в заданный предел, то эти отношения можно усреднить и вычислить [ m(Na₂CO₃) / V(HC1) ]_cp.

В том случае, когда все полученные результаты отличаются более, чем на 0,3%, следует провести титрования дополнительных навесок установочного вещества до получения результатов с заданным уровнем сходимости.

6. Расчет точной концентрации приготовленного раствора кислоты

Полученное среднее значение отношения навески карбоната

натрия к объему хлороводородной кислоты представляет собой значение

величины титра по определяемому веществу T(HCl/Na₂CO₃). На

основании этой величины рассчитайте титр раствора кислоты Т(НС1),

молярную концентрацию эквивалента с(НС1), титр по гидроксиду натрия Т(НС1 / Na2CO3) по формулам:

молярную концентрацию эквивалента с(НС1), титр по гидроксиду натрия Т(НС1 / Na2CO3) по формулам:

Все расчеты производятся с точностью до четвертой значащей цифры.

IV. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

Цель работы.

Уравнения реакций, протекающих в растворе.

Результаты определения плотности исходной кислоты и расчет необходимого количества этой кислоты.

1. Расчет навески первичного стандарта - карбоната натрия.

2. Краткую методику определения.

3. Результаты титрования в таблице по форме 1.

1. Расчет отношения навески карбоната натрия к объему раствора хлороводородной кислоты в таблице по форме 2.

4. Расчет относительной ошибки определения.

5. Вычисление с(НС1), Т(НС1), Т(НС1 / NaOH), T(HCI / Na₂CO₃).

Литература: [1], с.129...154 .