3.3.2. Выбор индикатора

Кривые титрования позволяют проанализировать процесс титрования, установить скачок титрования, положение точки эквивалентности и подобрать необходимый индикатор, с помощью которого будет фиксироваться окончание реакции. Чем ближе интервал перехода окраски индикатора к рН точки эквивалентности, тем точнее она будет фиксироваться. При выборе индикатора следует руководствоваться следующими правилами:

значение рТ индикатора должно быть близко к значению рН в точке эквивалентности;

величина интервала перехода окраски индикатора должна полностью или частично входить в пределы скачка титрования.

Если интервал перехода индикатора нанести на кривую титрования, то можно легко определить области применения отдельных индикаторов. В рассматриваемом примере рисунок показывает, что интервалы перехода метилового оранжевого не перекрывается скачком титрования уксусной кислоты и, следовательно, для данного титрования индикатор непригоден. Наиболее подходящим индикатором для уксусной кислоты является фенолфталеин, окрашивающий раствор в т.э. в пурпурный цвет.

Индикаторы, применяемые в кислотно-основном титровании сами являются слабыми кислотами или основаниями и при титровании часть стандартного раствора может быть израсходована на титрование индикатора. Поэтому всегда следует брать 1 – 2 капли индикатора, причем одно и то же количество при параллельных измерениях. На изменение окраски кислотно-основных индикаторов влияют присутствие нейтральных электролитов, растворители, температура. Можно сказать, что взаимодействие индикаторной системы с другими компонентами анализируемого раствора имеет сложный характер и определяется многими факторами. В результате возникают систематические погрешности титрования, основной из которых является несовпадение перехода окраски индикатора с концом реакции. Если изменение окраски произошло раньше, чем вещества прореагировали в эквивалентных количествах, то раствор будет недотитрован и результат анализа занижен. Если индикатор меняет окраску после точки эквивалентности, то раствор будет перетитрован, а результат анализа занижен. Погрешности такого рода называют индикаторными.

Пример: Определить величину погрешности при титровании 0,1 М раствора уксусной кислоты 0,1 М раствором NaOH при использовании индикаторов:

а). метилового оранжевого;

б). фенолфталеина.

Решение: В точке эквивалентности рН 8,73:

а) титрование с метиловым оранжевым заканчивается при рН 4 (справочные данные), т.е. до точки эквивалентности, следовательно, в растворе присутствуют недотитрованные молекулы СН₃СООН и будет иметь место кислотная ошибка титрования, которая вычисляется по формуле:

∆ _НА= ^.100 = ^. 100 = 85 %

Погрешность очень велика, применить метиловый оранжевый при титровании уксусной кислоты нельзя.

б) показатель титрования фенолфталеина рТ 9, т.е после точки эквивалентности, поэтому раствор будет немного перетитрован (погрешность гидроксильная).

∆_ОН = ^. 100 = +0,02 %

Погрешность мала, следовательно, индикатор пригоден для титрования.

3.3.3. Расчеты в титриметрическом анализе

Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, согласно которому вещества реагируют между собой в количествах пропорциональных их эквивалентам.

Если известны объем раствора вещества (V_B), израсходованный на титрование; нормальная концентрация вещества с_{н (А)} и его объем (V_A), то концентрацию вещества В можно найти из уравнения:

с_{н (А)} V_A = c_{н (В)}V_B

Масса определяемого вещества (m_А) рассчитывается по известным объемам реагирующих веществ и известной нормальной концентрации одного вещества с_{н (В)}.

m_А = c_н(В) V_B M_A f_экв(А)

Если титруют не весь раствор (V_общ.), а только часть его (аликвоту) — V_а, то масса рассчитывается по выражению:

m_A = ,

где f_экв(А) — фактор эквивалентности определяемого вещества А, М_А — его молярная масса, г/моль.

В серийных анализах при расчетах используют титр по определяемому веществу (Т_В/A), который показывает, с какой массой определяемого вещества реагирует 1 см³ стандартного раствора (В), тогда результат анализа рассчитывается:

m_А = Т_В/А ^. V_В

Часто в расчетах используют поправочный коэффициент К, показывающий ,во сколько раз практическая нормальная концентрация больше или меньше концентрации стандартного раствора.

Пример 1: Навеску хлорида натрия массой 1,4987 г растворили в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрование 20,00 мл этого раствора пошло 20,20 мл 0,1 М раствора нитрата серебра (К = 0,98). Найти массовую долю (%) примеси в образце.

Решение: Определение относится к прямому титрованию. Масса NaCl в образце рассчитывается по уравнению:

m _NaCl = = 1,4476 г

Примеси будут составлять 1,4987 – 1,4476 = 0,0511 г

ω = 3,41 %

Пример 2: Какую навеску NaOH следует взять, чтобы на титрование ее расходовалось 22,00 мл раствора HCl (Т_HCl/NaOH = 0,005682 г/мл?

Решение: m_NaOH = Т_{HCl / NaOH} ^. V_NaOH = 0,005682 ^. 22,0 = 0,1250 г.

Пример 3: Навеска мрамора в 0,2834 г растворена в 30,00 мл 0,3933 Н раствора HCl. На титрование избытка кислоты израсходовано 14,10 мл 0,4409 Н раствора NaOH. Вычислить массовую долю (%) СаСО₃ в образце.

Решение. Определение относится к обратному титрованию.

Определяем объем раствора HCl, пошедший на взаимодействие с NaOH:

V_HCl = = = 15,81 мл

Следовательно, на взаимодействие с СаСО₃ пойдет 30,00 — 15,81 = 14,19 мл

М (СаСО₃) = 100,09 г/моль

m_СаСО = 0,001 ^. с_HCl ^. V_HCl ^. М (СаСО₃) ^. f_экв.(СаСО₃) = 0,001 ^. 0,3933 ^. 14,19 ^. 100,09 ^. ½ = 0,2790 г

ω = 0,2790*100/0,2834 = 98,44 %