Методы проведения титриметрического анализа

По способу проведения анализа различают следующие методы:

Прямое титрование

К раствору определяемого вещества непосредственно добавляют титрант. Например, при работе по этому методу для определения щелочи необходим рабочий раствор кислоты.

Обратное титрование

Определяемое вещество сначала реагирует с точно известным количеством реагента, взятого в избытке. Непрореагирующий избыток титруют рабочим раствором, затем рассчитывают количество реагента, вступившего в реакцию.

Метод замещения

Если непосредственная реакция не удовлетворяет требованиям для аналитического определения, проводят быструю реакцию определяемого вещества с каким-либо реагентом и титруют один из продуктов этой реакции

Расчеты в объемном анализе. Применение закона эквивалентов

Объемный анализ основан на законе эквивалентов: эквивалентные количества всех веществ, участвующих в реакции, одинаковы.

Для реакции aA + bB = cC + dD в соответствии с законом эквивалентов всегда будет справедливо равенство:

n_eqA = n_eqB = n_eqC = n_eqD

Поэтому, если эквивалентное количество одного из веществ (реагента или продукта) известно, то определены и эквивалентные количества всех остальных веществ, участвующих в данной реакции, а необходимость их расчета отпадает. В этом состоит преимущество проведения стехиометрических расчетов по закону эквивалентов.

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

Например: в реакции:

2NaOH + H₂C₂O₄ = Na₂C₂O₄ + 2H₂O

эквивалентом гидроксида натрия будет молекула гидроксида натрия (NaOH), а эквивалентом щавелевой кислоты 0,5 молекулы щавелевой кислоты(1/2 H₂C₂O₄).

Фактор эквивалентности ¦_ЭКВ представляет число, показывающее какая доля реальной частицы данного вещества эквивалента одному иону водорода в данной конкретной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной конкретной окислительно-восстановительной реакции.

Для данной реакции:

¦_ЭКВ (NaOH) = 1; ¦_ЭКВ (H₂C₂O₄) = 1/2

Количество вещества эквивалента n_eq - это количество данного вещества в моль, в котором частицами являются эквиваленты. 1 моль эквивалента содержит 6,02·10²³ эквивалентов.

Например:

n (NaOH) = 0,1 моль Это означает, что имеется 0,1моль молекул гидроксида натрия (0,1· 6,02 · 10²³ молекул гидроксида натрия).

n ( 1/2 H₂C₂O₄) = 0,5 моль Это означает, что имеется 0,5 моль половинок молекул щавелевой кислоты( 0,5·6,02·10²³ половинок молекул щавелевой кислоты).

Молярная масса эквивалента вещества X – это масса 1 моль эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу этого вещества: M (¦экв(x) X) = ¦экв(x) M (X),

М(Х) – молярная масса вещества Х (масса 1 моль) численно равная значению относительной молекулярной массы М вещества Х, но в отличие от этой безразмерной величины выражается в г/моль или в кг/моль.

Например:

M(NaOH) = 40г/моль; М (1/2 (H₂C₂O₄)) = 45 г/моль

Молярная концентрация эквивалента – отношение количества вещества эквивалента (в молях) в растворе к объему раствора.

С (¦_ЭКВ(Х)Х) = n_ЭКВ / V

Молярная концентрация эквивалента данного вещества в растворе, имеющая наименование моль эквивалента/л, называется также нормальной концентрацией или нормальностью раствора и обозначается н.

Нормальную концентрацию обычно выражают в моль/л или моль/мл, реже в моль/дм³, моль/см³, моль/м³.

Раствор, содержащий в 1 литре один моль эквивалента вещества, называется однонормальным раствором: n моль эквивалентов вещества – n – нормальным.

Например: если C(NaOH) = 0,1 моль/л, то это означает, что в 1 литре раствора содержится 0,1 моль эквивалентов NaOH и этот раствор называется 0,1 нормальным или децинормальным раствором NaOH – 0,1 н NaOH.

Отношение молярной концентрации к нормальной также называется фактором эквивалентности.

В соответствии с этими определениями, какое-либо число эквивалентов одного вещества n_экв1должно быть равно числу эквивалентов реагирующего с ним вещества n_экв2 (закон эквивалентов) .

Рассмотрим реакцию между серной кислотой и щелочью:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

В соответствии с законом эквивалентов число эквивалентов кислоты равно числу эквивалентов щелочи n(1/2H₂SO₄) = n(NaOH).

Но С(1/2H₂SO₄) = n(1/2H₂SO₄) / V(H₂SO₄) ,

а С(NaOH) = n(NaOH) / V(NaOH)

Следовательно, С(1/2H₂SO₄) · V(H₂SO₄) = С (NaOH) ·V(NaOH).

Таким образом, для любой реакции между веществами A и B, где С(A) и С(B)- нормальные концентрации этих веществ, а V(A) и V(B) – объемы растворов этих веществ, закон эквивалентов имеет вид:

С(A) · V(A) = С(B) · V(B).

МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

С помощью метода нейтрализации определяют кислоты (алкалиметрия) и основания (ацидиметрия). Реакциями нейтрализации в водных растворах являются все реакции между кислотами и основаниями, один из продуктов которых является вода.

В соответствии с протолитической теорией Бренстеда-Лоури кислотой является любое вещество-донор протона , а основанием- акцептор протона. Кислота и получившееся при отдаче протона основание составляют сопряженную пару. Таким образом, реакция нейтрализации согласно протолитической теории представляет собой протолитическое равновесие:

НА + В = ВН⁺ + А^-

кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1

Одним из компонентов протолитической реакции является растворитель. С точки зрения кислотно-основных свойств растворители можно разделить на три группы:

1.Апротонные растворители, не обладающие ни кислотными, ни основными свойствами (например, бензол, гексан, хлороформ).

2.Протофильные растворители, обладающие только основными свойствами (например, ацетон, диоксан, диэтиловый эфир, пиридин).

3.Амфипротные растворители, обладающие как кислотными, так и основными свойствами(вода, спирты, карбоновые кислоты, первичные и вторичные амины).

Важнейшая особенность амфипротных растворителей - способность к передаче протона от одной молекулы к другой. Такие процессы называются автопротолизом. Например,

для воды: Н₂О + Н₂О = Н₃О⁺ + ОН^-

для аммиака NH₃ + NH₃ = NH₄⁺ + NH₂^-

для муравьиной кислоты НСООН + НСООН = НСОО^- + НСООН₂⁺

Характеристикой равновесия автопротолиза служит константа автопротолиза.

Для воды константа автопротолиза обозначается К_w и называется ионным произведением воды: K_w = ан₃о⁺ ·аон^- = 1,0 · 10^-14 (25^оС).

Величина, равная –lgан₃о⁺ обозначается рН.

Если ан₃о⁺ = аон^- рН = ½ рК_w среда нейтральная

ан₃о⁺ > аон^- рН < ½ рК_w среда кислая

ан₃о⁺ < аон^- рН = ½ рК_w среда щелочная

При взаимодействии с амфипротными растворителями растворенные вещества могут проявлять как кислотные, так и основные свойства:

CH₃COO^- + H₂O = OH^- + CH₃COOH

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-

В неводных растворителях:

NH₃ + HCOOH_безв. = NH₄⁺ HCOO^-

NH₄⁺ + CH₃OH_безв_. = CH₃OH₂⁺ + NH₃

Простейшей реакцией нейтрализации является взаимодействие сильной кислоты со щелочью в водном растворе:

Н₃О⁺ + ОН^- = 2Н₂О

Реакция между ионами гидроксония и гидроксила сильно смещена вправо в соответствии с малой величиной ионного произведения воды. Таким образом, эта реакция является практически необратимой. Кроме того, реакция переноса протона является очень быстрой.

Поэтому в эквивалентной точке ан₃о⁺ = аон^- и рН=7

Если в реакции нейтрализации участвует слабая кислота, например, уксусная кислота (СН₃СООН + ОН^- = СН₃СОО^- + Н₂О), то реакция нейтрализации заметно обратима. В эквивалентной точке реакция среды отличается от нейтральной и вследствие наличия в равновесной смеси группы ОН^- рН >7.

В объемном анализе применяется также взаимодействие сильной кислоты и слабого основания. Слабыми основаниями являются аммиак, амины, анионы слабых кислот, входящие в состав солей.

Примеры таких реакций:

NH₃ + H₃O⁺ = NH₄⁺ + H₂O

CO₃^2- + H₃O⁺ = HCO₃^- + H₂O

Реакция нейтрализации слабого основания является заметно обратимой, и в момент эквивалентности имеются ионы Н₃О⁺. Следовательно, в точке эквивалентности в этом случае рН <7.

Таким образом, используя метод нейтрализации, можно определять количество кислот, оснований и других веществ, реагирующих с кислотами и основаниями. Используя ионообменники, можно также определять вещества, не реагирующие с кислотами и основаниями (например, NaCl, Na₂SO₄.и др.).

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 396; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!