Лабораторный практикум по титриметрии

12

При завершении титрования в момент достижения эквива­

э

лентности количество вещества титранта n Т, добавленного к

титруемому раствору, будет равно количеству вещества опреде-

о

ляемого компонента n х, содержавшегося в титруемом растворе.

Выражая количества вещества через молярные концентрации и

объемы растворов, можем записать:

о	х == С	О	(Тeq) . V	Э	Т.
C(Xeq) . V

Молярную концентрацию определяемого компонента можно найти по следующему уравнению:

C(Xeq) = CO(Teq)·VЭТ I VOx, или C(Xeq) =к· VЭт,

где К = С	О	(тeq) I V	О	х -	коэффициент пропорциональности.

Градуировка аналитического сигнала в титриметрии заклю­ чается в нахождении с требуемой точностью коэффициента про­

порциональности в уравнении, связывающем измеряемую в ходе

эксперимента физическую величину VЭТ с определяемой физи­

ческой величиной C(Xeq). Числовое значение коэффициента К

можно найти расчетным путем, предварительно определив вхо­

дящие в него физические величины. Методы анализа, в которых используют такой способ градуировки аналитического сигнала, называют аБСОЛЮТНblМИ.

Большинство титриметрических методик позволяет выпол­

нить анализ с относительной погрешностью, не превышающей

1+2 %. При такой величине общей погрешности анализа объемы

и концентрации нужно измерять с меньшей относительной по­

грешностью, например, 0,1+0,2 %, так как погрешности измере­

ния величин, входящих в уравнение, могут суммироваться и дать

большую погрешность для концентрации определяемого компо­

нента.

Чтобы измерять объем растворов с относительной погреш­ ностью на уровне ±0,1 %, пользуются калиброванной мерной по­ судой (см. раздел 3.2.).

www.mitht.ru/e-library

13

Точную концентрацию (с погрешностью ±0,1+0,2 %) титран­

та обычно устанавливают с помощью веществ, называемых пер­ вичными стандартами. Первичные стандарты обладают сле­ дующими свойствами:

•высокой степенью чистоты (менее 0,05+0,1 % примесей);

•соответствием реального химического состава химической

формуле;

•постоянством химического состава во времени;

•большой молярной массой.

По точной навеске готовят раствор первичного стандарта (см. раздел 3.3.), затем титруют его раствором титранта и по ре­

зультатам титрования рассчитывают концентрацию титранта.

Молярную концентрацию первичного стандарта рассчиты­

вают по формуле:

где mR - масса навески первичного стандарта;

VK - вместимость мерной колбы;

M(R) - молярная масса первичного стандарта.

Массу навески определяют с помощью аналитических ве­

сов, которые дают абсолютную погрешность взвешивания около

±п·10-4 г. При этом, чтобы относительная погрешность определе-

ния массы навески была на уровне десятых долей процента,

масса навески должна составлять не менее десятых долей грам­

ма.

Молярная масса - величина справочная. Обычно ее значе­ ние берут из справочных таблиц с точностью до четырех знача­ щих цифр.

www.mitht.ru/e-library

14

2.МЕТОДИКИ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

2.1.Определение карбоната натрия в водном растворе

методом ацидиметрического титрования

2.1.1. Сущность метода Содержание карбоната натрия в водном растворе опреде­

ляют прямым титрованием, используя в качестве титранта рас­

твор хлороводородной кислоты. При титровании протекают сле­

дующие химические реакции:

СОз2- + НзО+ =НСОз- + Н20 (ступень 1); НСОз- + НзО+ =Н2СОз + Н20 (ступень 11).

Рабочие растворы хлороводородной кислоты готовят раз­ бавлением более концентрированных растворов. Концентриро­

ванные растворы хлороводородной кислоты меняют свой состав

при хранении вследствие летучести хлороводорода. Поэтому

точную концентрацию рабочих растворов хлороводородной ки­

слоты устанавливают путем предварительного титрования стан­

дартного раствора основания.

В качестве стандартного вещества используют декагидрат

тетрабората натрия Na2B407·10H20.При титровании стандартно­ го раствора декагидрата тетрабората натрия раствором хлорово­

дородной кислоты протекает химическая реакция, уравнение ко­

торой может быть записано следующим образом:

2- + =

В407 + 2НзО + 3Н20 4НзВОз.

Для определения момента окончания титрования ис­

пользуют индикатор метиловый оранжевый с интервалом пере-

хода окраски ~pHMO = З,1+4,4.

2.1.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы:

-раствор хлороводородной кислоты с плотностью 1,09+1,12

з

г/см;

-декагидрат тетрабората натрия Na2B407'10H20квалифика­

ции "ч.д.а." или "х.ч." перекристаллизованный;

-водный раствор индикатора метилового оранжевого с мас­ совой долей 0,1 %.

www.mitht.ru/e-library

15

Набор посуды для приrотовления растворов и выпол-

нения титрования:

-бюретка вместимостью 25 мл;

-стакан вместимостью 50 мл или 100 мл для слива избытка

раствора из бюретки;

-стакан вместимостью 50 мл или 100 мл для заполнения бю­

ретки раствором титранта;

-колбы конические для титрования вместимостью 100+200

мл;

-мерная пипетка вместимостью 10 мл;

-резиновая груша для отбора пипеткой титруемых растворов;

-мерная колба вместимостью 100 мл для анализируемого (контрольного) раствора;

-мерная колба вместимостью 200 мл или 250 мл для стан­

дартного раствора;

-колба вместимостью 500 +1000 мл для приготовления и хра­ нения рабочего раствора хлороводородной кислоты;

-бюкс для взятия навески стандартного вещества;

-воронка для переноса навески стандартного вещества.

Аппаратура:

-технохимические весы с погрешностью ±п·10-1 + п·10-2 г;

-аналитические весы с погрешностью ±п·10-4 г.

2.1.3. Предварительные расчеты

Раствор стандартного вещества готовят по точной навеске. Перед приготовлением раствора рассчитывают необходимую

массу навески реактива.

При расчете массы навески исходят из того, что при исполь­

зовании бюретки вместимостью 25 мл на одно титрование долж­

но расходоваться 10+20 мл титранта (от 1/3 до 2/3 вместимости

бюретки). При малом расходе титранта относительная погреш­

ность определения объема раствора по бюретке слишком воз­ растает. Примем для определенности, что на одно титрование расходуется 10 мл титранта. В колбу ДЛЯ титрования раствор от­ бирают мерной пипеткой, у которой вместимость тоже 10 мл. Мо­

лярная концентрация эквивалента карбоната натрия в титруемом

растворе составляет приблизительно 0,1 молЫл. Тогда по урав­ нению, аналогичному уравнению связи (раздел 1.3.), легко полу-

www.mitht.ru/e-library

16

чить, что концентрация раствора стандартного вещества должна

составлять также около 0,1 моль/л.

Зная примерную концентрацию раствора стандартного веще­

ства и вместимость мерной колбы, рассчитывают массу навески, используя формулу, приведенную в разделе 1.3.

Молярная концентрация эквивалента использована не слу­ чайно. При переходе к эквивалентам не нужно учитывать стехио­ метрические коэффициенты в уравнении титриметрической ре­

акции.

Концентрацию титранта выбирают исходя из концентрации определяемого компонента. В нашем случае можно использовать

растворы с примерно равными молярными концентрациями экв"1-

валентов:

С(1/2В4072-) =С(НзО+) =С(1/2СОз2-) =0,1 моль/л.

Объем рабочего раствора выбирают исходя из его плани­

руемого расхода в ходе эксперимента. При определении концен­

трации раствора путем титрования расходуется около 75+100 мл

рабочего раствора: 25+30 мл - на ополаскивание бюретки и 50+70 мл на выполнение 3+5 титрований.

Раствор хлороводородной кислоты используют при выпол­

нении двух лабораторных работ, поэтому его готовят в количест­

ве 500+600 мл.

2.1.4. Ход определения

Приrотовление растворов. Титрант готовят разбавлением

концентрированного раствора хлороводородной кислоты. Рас­

считанный объем концентрированного раствора хлороводород­ ной кислоты отмеряют под тягой мерным цилиндром с точностью

до десятых долей мл и переносят в колбу, туда же добавляют

необходимый объем дистиллированной воды.

Раствор стандартного вещества готовят по точной навеске

Na2B407·10H20.

Стандартизация раствора титранта. Стандартизацию рас­

твора хлороводородной кислоты проводят методом пипетиро­

вания. В колбы для титрования пипеткой отбирают раствор тет­

рабората натрия, добавляют 1+2 капли раствора метилового

оранжевого и проводят титрование раствором хлороводородной

кислоты. Титруют до появления светло-оранжевой окраски 01 последней капли титранта. По результатам титрования (не менее

www.mitht.ru/e-library

17

3-+5 воспроизводимых результатов - значения объемов раствора

титранта расходятся в сотых долях мл) рассчитывают концен­ трацию раствора хлороводородной кислоты с использованием среднего значения объема титранта.

Отбор и подготовка пробы. Пробу раствора карбоната на­ трия объемом 10+20 мл отбирают с помощью бюретки в специ­ альную колбу. Эту операцию вЫполняет лаборант или препода­

ватель.

Пробу анализируемого раствора карбоната натрия количе­

ственно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, Дове­

дят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Количественное перенесение раствора из одного сосуда в

другой означает, что потери титруемого вещества должны быть

малы (потери не должны превышать нескольких сотых долей

процента). Для этого раствор аккуратно переливают в мерную колбу, затем смывают остатки раствора с внутренних стенок кол­

бы и промывные воды снова переНОСят в мерную колбу. Опера­

цию ополаскивания повторяют не менее трех раз.

Техника приготовления растворов с точной концентрацией с помощью мерных колб описана в разделе 3.

Титрование анализируемого раствора. В колбы ДЛЯ тит­ рования отбирают пипеткой раствор карбоната натрия, добав­

ляют 1+2 капли индикатора и проводят титрование раствором

хлороводородной кислоты. Титруют до появления слабо­ розовой окраски от последней капли титранта.

2.1.5. Представление результата аНализа По результатам титрования рассчитывают массу карбоната

натрия (мг) в анализируемом растворе (в мерной колбе на 100

мл), получают у преподавателя значение объема пробы и рас­

считывают титр раствора карбоната натрия (мг/мл).

Затем проводят статистическую обработку результатов

единичных определений (см. раздел 4), полученных несколькими

студентами (по указанию преподавателя). При выявлении ре­

зультатов, являющихся промахами (Q-критерий), или при боль­

шом разбросе результатов единичных определений проводят до­

полнительные эксперименты для устранения промахов и умень­

шения погрешностей отдельных стадий анализа.

www.mitht.ru/e-library

18

2.2. Определение гидроксида натрия и карбоната натрия в

водном растворе при совместном присутствии методом

ацидиметрическоrо титрования

2.2.1. Сущность метода Содержание гидроксида натрия и карбоната натрия в смеси

определяют прямым ацидиметрическим титрованием с использо-

ванием двух индикаторов фенолфталенина (~рНфф =8,2+10,0,

рТ =9,0) и метилового оранжевого (~pHMO =З,1+4,4, рТ =4,0).

В колбу для титрования сначала добавляют фенолфталеин, титруют до обесцвечивания раствора и записывают в лаборатор-

ный журнал значение объема израсходованного титранта (Vфф). Затем добавляют метиловый оранжевый и продолжают титрова-

ние. При титровании протекают следующие реакции:		.
он- + НзО+ =2Н20;	Vфф - VMO
СОз2- + НзО+ = НСОз- + Н20 (ступень 1);	VMO
НСОз- + НзО+ =Н2СОз + Н20 (ступень 11).	VMO

При титровании с фенолфталеином опитровываются гидро- ксид-ионы (до Н20) и карбонаТ-ИОI:lЫ по первой ступени (до

НСОз-). Расходуемый при этом объем раствора титранта обо­

значим Vфф. После добавления метилового оранжевого гидро­ карбонат-ионы титруются по второй ступени (до Н2СОз). Расхо­

дуемый на титрование объем раствора титранта обозначим VMO '

Теоретически (см. уравнения титриметрических реакций) на

титрование карбонат-ионов по обеим ступеням затрачивается

одинаковое количество кислоты. С учетом этого расход титранта на титрование гидроксид-ионов будет равен Vфф- VMO •

2.2.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы (СМ.П.2.1.2), дополнительно: спиртовой (60%)

раствор индикатора фенолфталеина с массовой долей 0,1 %. '

Набор посуды для приrотовления растворов и выпол­

нения титрования (см. п. 2.1.2). Аппаратура (см. п. 2.1.2).

2.2.3. Ход определения

Приrотовление растворов. Используются растворы, приго­

товленные для определения карбоната натрия.

www.mitht.ru/e-library

19

Стандартизация раствора титранта. Используются рас­ творы тетрабората натрия, правильность приготовления которых

установлена в ходе определения карбоната натрия.

Отбор и подrотовка пробы. Пробу раствора, содержащего

гидроксид натрия и карбонат натрия, объемом 10+20 мл отбира­

ют с помощью бюретки в специальную колбу. Эту операцию вы­ полняет лаборант или преподаватель.

Пробу анализируемого раствора количественно переносят в

мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят до метки дистил­ лированной водой и тщательно перемешивают.

Титрование анализируемоrо раствора. Титрование рас­

твора смеси карбоната и гидроксида натрия осуществляют с дву­

мя индикаторами. Сначала к титруемому раствору добавляют 1+2 капли фенолфталеина и проводят титрование до обесцвечи­ вания раствора. Затем добавляют 1+2 капли метилового оранже­

вого и продолжают титрование до появления слабо-розовой ок­ раски от последней капли титранта.

2.2.4. Представление результата анализа

По результатам титрования рассчитывают количество вещества п(ОН-) + п(1/2СОз2-) (ммоль) в пробе и, по указанию пре.,.

подавателя, проводят статистическую обработку результатов

единичных определений.

2.3. Определение маrния в водном растворе методом

комплексонометрическоrо титрования

2.3.1. Сущность метода Определение содержания магния в водном растворе прово­

дят методом прямого титрования магния (11) раствором комплек­

сона 111 в щелочной среде. При рН=9 магний взаимодействует ~

комплексоном 111 следующим образом:

Mg2-+- + НУ3- =Mgy2- + н-+-

	Условная константа устойчивости комплексоната магния
f3	,2 -	7	Для поддержания постоянства рн титруемого
	(MgY	) =2,5'10.

раствора используют аммиачный буферный раствор.

Титрование проводят с индикатором эриохром черный Т.

При добавлении индикатора к раствору, содержащему магний,

www.mitht.ru/e-library

20

образуется комплексное соединение, окрашивающее раствор в малиновый цвет. Условная константа устойчивости комплекс~

p'(Mglnd)=4,0·103.

В процессе титрования образуется более прочный бесцвет­

ный комплекс магния с комплексоном 111. Вблизи точки эквива­

лентности титруемый раствор приобретает синюю окраску. Про­ цесс, происходящий при этом, можно изобразить следующей схе­

мой:

Mglnd- + НУ3- =MgY2- + Hlnd2-

малиновая

синяя окраска

окраска

В качестве стандартного вещества используют гептагидрат

сульфата магния. При титровании его комплексом 111 протекают

химические реакции, описанные выше.

2.3.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы:

-раствор комплексона 111 с концентрацией О,1моль/л;

-гептагидрат сульфата магния (M9S04"7H20) квалификации

"ч.д.а." или "х.ч.";

-индикатор эриохром черный Т;

-аммиачный буферный раствор с рН 9+10.

Набор посуды для приготовления растворов и выпол­ нения титрования; аппаратура (см. п. 2.1.2).

2.3.3. Ход определения Приготовление растворов. Рабочий раствор титранта го­

товят разбавлением более концентрированного раствора KO~- плексона 111 или растворением навески Na2H2Y·2H20. Раствор

стандартного вещества готовят по точной навеске M9S04·7H20. Стандартизация раствора титранта. Индикатор эриохром черный Т образует комплексы малинового цвета с рядом ионов

2+	,Мп	2+	2+	, РЬ	2+	2+	~
металлов (Zn			, Cd			, Hg	), причем более устоичи-

вые, чем с катионами магния. Поэтому при наличии небольших количеств этих металлов ("следов") в дистиллироваt-tной воде и в реактивах возможно "блокирование" индикатора. При этом окра­

ска раствора в конце титрования не становится чисто синей, а

www.mitht.ru/e-library

21

остается сиреневой из-за того, что часть индикатора прочно свя­

зана с имеющимися примесями металлов.

Для проверки качества используемой воды и реактивов обя­ зательно проводят титрование "холостой" пробы. В колбу для титрования вносят 10 мл дистиллированной воды, 3 мл аммиач­

. ного буферного раствора и 30+40 мг индикатора эриохрома чер­ ного Т (на кончике шпателя).

При недостаточном количестве индикатора титруемый рас­ твор приобретает слабо-розовую окраску, при избыточном - тем.,

но-малиновую.

Проводят титрование полученного раствора, добавляя по

каплям раствор комплексона 111 до прекращения изменения окра­ ски. Если при добавлении 1+3 капель раствора комплексона 111

окраска титруемого раствора становится чисто синей, то приме­

сей тяжелых металлов нет. Объем раствора комплексона 111, за.­

траченный на титрование "холостой" пробы, вычитают из резуль­

татов титрования стандартного раствора. Опитрованный раствор

используют в качестве раствора-свидетеля при выполнении дру­

гих титрований.

Стандартизацию раствора комплексона 111 проводят мето­ дом пипетирования. В колбу для титрования мерной пипеткой вносят 10 мл раствора сульфата магния, цилиндром добавляют 3+5 мл аммиачного буферного раствора, добавляют 10 мл дис­ тиллированной воды, шпателем добавляют 30+40 мг эриохрома черного Т. Содержимое колбы перемешивают до полного раство­ рения индикатора. Титруют раствором комплексона 111 до перехо­

да окраски из малиновой в чисто синюю.

В конце титрования скорость реакции образования компле~­

сона магния невелика, поэтому титрант добавляют по каплям, тщательно перемешивая раствор. Для получения воспроизводи­

мых результатов рекомендуется при определении конечной точки

титрования использовать раствор-свидетель и наблюдать изме­ нение окраски титруемого раствора на белом фоне.

Отбор и подготовка пробы. Пробу раствора, содержащего

магний, объемом 10+20 мл отбирают бюреткой в специальную

колбу. Эту стадию анализа выполняет лаборант или преподава­

тель.

Пробу количественно переносят в мерную колбу вместимо­

стью 100 мл, доводят до метки дистиллированной водой и тща­

тельно перемешивают.

www.mitht.ru/e-library