Титрование с метиловым оранжевым. 4 страница

При этом используют следующие формы записи: например, 0,1 М HCl, или с (НСl) = 0,1 моль/л = 0,1 ммоль/мл.

Молярная концентрация эквивалента с_н– это количество моль эквивалентов вещества, находящегося в 1 л раствора.

При этом применяют такие формы записи: например, 0,1 н H₂SO₄, с (H₂SO₄) = 0,1 моль экв/л = 0,1 мэкв/мл; с (1/2 H₂SO₄) = 0,1 моль/л, где 1/2 – фактор эквивалентности (f). Если f = 1, то предпочтительнее использовать термин «молярная» концентрация.

Эквивалентом называется такая часть атома, иона или молекулы, которая химически равноценна (эквивалентна) одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. Единицей количества эквивалента вещества является моль.

Например, в реакции

или

эквивалент серной кислоты будет равен 1/2H₂SO₄,где 1/2 – фактор эквивалентности.

Фактор эквивалентности (f) – это число, показывающее, какая часть моля вещества равноценна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности может быть равен 1 или меньше 1, например, f (NH₄OH) = 1; f (H₂SO₄)=1/2; f (KMnO₄) = 1/5 и т. д.

Для нахождения фактора эквивалентности вещества обязательно надо указывать реакцию, в которой данное вещество участвует. В реакциях кислотно-основного взаимодействия фактор экивалентности равен

где (H⁺) – число ионов водорода, отдаваемое или присоединяемое одной молекулой или одним ионом.

Для нахождения f в окислительно-восстановительной реакции составляют полуреакции и вычисляют его значение по формуле

где z – число электронов, отдаваемое или присоединяемое одной молекулой или одним ионом в данной полуреакции.

Например, в полуреакции

f (I₂) =1/2, а f ( I^– ) = 1.

Молярной массой эквивалента вещества (М_э) называют массу одного моль эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества (М). Например:

г/моль экв;

М_Э(H₂SO₄) – молярная масса эквивалента серной кислоты.

Молярная концентрация эквивалента вычисляется по формуле

Взаимосвязь между молярной концентрацией и молярной концентрацией эквивалента отражена в следующей формуле

Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, в соответствии с которым вещества реагируют между собой строго в эквивалентных соотношениях. Другими словами, количество моль эквивалентов одного вещества (А) равно количеству моль эквивалентов другого вещества (В), если они взаимодействуют между собой без остатка. Если известна молярная концентрация эквивалента, например щелочи с (NaОН), и объем раствора V (NaOH), израсходованный на титрование кислоты V (HCI), то молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты можно легко рассчитать, воспользовавшись законом эквивалентов:

Массовая концентрация – это отношение массы растворенного вещества к объему раствора.

Численное значение этой концентрации выражается в г/л, мг/мл, г/мл. В титриметрическом анализе применяют единицу измерения массовой концентрации – г/мл. Это титр раствора, Т.

Например, Т(HNO₃) = 0,01232 г/мл:

Зная титр раствора, можно вычислить молярную концентрацию раствора вещества (A):

Аналогично рассчитывают молярную концентрацию эквивалента вещества (А):

В титриметрическом анализе для расчета массы определяемого вещества в серийных анализах используют такой способ выражения массовой концентрации, как титр рабочего раствора В по определяемому веществу А.

Титр рабочего раствора по определяемому веществу , Т(В/А), г/мл – это отношение массы m(А) определяемого вещества к эквивалентному объему V(В) рабочего раствора:

Другими словами, Т(В/А) показывает, какая масса (г) анализируемого вещества (А) реагирует с 1 мл рабочего раствора вещества (В).

Зная Т(В/А) и объем (мл) рабочего раствора (В), затраченного на титрование, можно рассчитать массу (г) определяемого вещества:

Например, . Кроме того,

Массовая доля w (А) вещества А – это отношение массы m(А) вещества А к общей массе m_общраствора или смеси веществ:

В количественном анализе массовую долю измеряют в процентах. Она характеризует содержание компонента в твердом веществе или растворе:

При этом возможны, например, следующие варианты употребления терминов: реактив чистотой 98 % (по массе); соль, содержащая по массе 3,1 % примесей, минерал с массовой долей SiO₂ 8,4 %, w(SiO₂)=8,4%; раствор плотностью 1,28 г/см³ с массовой долей H₂SO₄37 % или w(H₂SO₄)=37 %.Это означает, что 37 г серной кислоты содержится в 100 г раствора, плотность которого равна 1,28 г/см³.

В справочных таблицах для растворов кислот, оснований и некоторых солей приведены значения плотностей этих растворов r ( г/см³) и соответствующие массовые доли w ( %) веществ. Используя эти величины, можно рассчитать молярную концентрацию эквивалента или массовую концентрацию вещества в растворе.

Пример 1. В 45,0 мл воды растворили 5,0 г КOH. Вычислить массовую долю растворенного компонента.

Решение: воспользуемся приведенной выше формулой:

w = 5×100/(5 + 45) =10 %. Масса полученного раствора равна 50,0 г, т. к. плотность воды при комнатной температуре равна 1,0 г/см³.

Пример 2.Вычислить молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента и титр раствора H₂SO₄ по его массовой доле (30 %) и плотности (1,22г/см⁸).

Решение: в 100/1,22 мл раствора содержится 30 г H₂SO₄,а в 1000 мл – 1000×30×1,22/100 = 366 г. Тогда с (H₂SO₄) = 366/98 = 3,7 моль/л, a с (1/2 H₂SO₄) = 366/ 49 = 7,5 моль/л; T(H₂SO₄) = 366/1000= 0,3660 г/мл.

Взаимосвязь между молярной концентрацией, молярной концентрацией эквивалента и массовой долей растворенного компонента приводится в формулах, представленных в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Формулы пересчета концентрации растворов

Определяемая концентрация	Исходная концентрация
Определяемая концентрация	w, %	см	сн	Т
Массовая доля w, %
Молярная см_,моль/л		моль/л
Молярная концентрация эквивалента С_Н, моль экв/л			моль экв/л
Титр Т, г/мл				г/мл
Примечание	r – плотность раствора, г/см³; f – фактор эквивалентности вещества; М – молярная масса вещества, г/моль;m – масса вещества, г

2.3. Классификация титриметрических методов анализа

Титриметрические методы подразделяют по типу реакции, лежащей в основе метода, на четыре больших группы. Из этих групп вы-деляют частные методы, связанные с применением того или иного титранта (табл. 2.2).

Как следует из табл. 2.2, наибольшую группу составляют методы окислительно-восстановительного титрования. В группе методов комплексообразования широкое применение имеет комплексонометрия. Методы осадительного титрования используются редко в связи с тем, что серебро – ценный металл, а соли ртути ядовиты. Большое распространение имеют методы кислотно-основного титрования.

Таблица 2.2

Классификация титриметрических методов анализа

Тип реакции	Общее название метода	Титрант	Частное название метода
Взаимодействие кислот и оснований	Кислотно- основное титрование	Кислота (HCl, HNO₃, H2SO4). Основание (KOH, NaOH)	Ацидиметрия. Алкалиметрия
Окисление-восстановление	Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия, оксидиметрия)	KMnO₄ I2, Na2S2O3 K2Cr2O7 KBrO3 NH4VO3 Ce(SO4)2 TiCl3, Ti2(SO4)3	Перманганатометрия Иодометрия Дихроматометрия Броматометрия Ванадатометрия Цериметрия Титанометрия
Осаждение	Осадительное титрование	AgNO3 NH4SCN Hg2(NO3)2	Аргентометрия Тиоцианатометрия Меркурометрия
Комплексообразование	Методы комплексообразования (комплексометрия)	NaF KCN ЭДТА	Фторидометрия Цианидометрия Комплексонометрия

Способы титрования

В титриметрическом анализе различают прямое, обратное и косвенное титрование.

Прямое титрование. Прямое титрование основано на том, что к определенному объему раствора определяемого компонента по каплям приливают из бюретки стандартный раствор реагента (титранта). Окончание реакции узнают по изменению окраски индикатора или другим способом. Определение содержания HClв растворе соляной кислоты с помощью NaOHпредставляет собой пример прямого титрования. Зная концентрацию раствора титранта и его количество, израсходованное на реакцию с определяемым веществом, можно легко вычислить содержание вещества.

При анализе какого-либо вещества известны его навеска (а), объем титранта V (B), израсходованный на титрование растворенной навески (при анализе методом отдельной навески), и молярная концентрация эквивалента титранта c_Н(В).

При наличии таких данных массу вещества, m(А), рассчитывают по формуле

(г). (2.2)

Затем по массе определяют массовую долю вещества, w(А), в навеске:

(%). (2.3)

Пример 1.Для определения содержания Na₂CO₃ в содовом плаве навеска его (1,1000 г) растворена в воде и полученный раствор оттитрован (0,5012 н) раствором H₂SO₄ с индикатором метиловым оранжевым. Чему равно содержание Na₂CO₃, если на титрование было израсходовано 35,00 см³ кислоты?

Решение: из условия задачи видно, что определение проведено методом прямого титрования. При титровании с метилоранжем сода оттитровывается по реакции

Na₂CO₃+ H₂SO₄ = СO₂ + H₂О+ Na₂SO₄

Используя формулу (2.2), получим

г/моль экв.

По формуле (2.3)

Обратное титрование.Если по каким-либо причинам прямое титрование невозможно (например, из-за малой скорости реакции), то применяют метод обратного титрования (титрование по остатку). Этот прием состоит в том, что к определенному объему раствора определяемого компонента приливают точно измеренный объем стандартного раствора D, взятый в избытке. Избыток не вошедшего в реакцию стандартного раствора D оттитровывают стандартным раствором B(титрантом).

Например, для определения содержания CaO к определенному объему анализируемого раствора приливают точно отмеренное количество стандартизованного раствора HCl, взятого с избытком, а затем непрореагировавший остаток HСlоттитровывают раствором NaOH известной концентрации.

Зная объем титранта, израсходованный на реакцию с определяемым компонентом CaO, можно вычислить содержание вещества.

Пример 2. При определении содержания CaO в образце мела навеску в 0,1500 г обработали 50,00 мл 0,0999 М HCI, остаток кислоты оттитровали 10,00 мл NaOH (k =1,01). Вычислить массовую долю CaO в образце мела.

Решение:

CaO + изб. 2HCI = CaCI₂ +H₂O +ост. HCI

ост. HCI + NaOH = NaCl + H₂O

Из условия задачи видно, что определение CaO проводилось методом обратного титрования. Поэтому для расчета массы CaO в образце мела используем формулу (2.4):

Косвенное титрование. В некоторых случаях прибегают к особому приему титрования, называемому косвенным, или титрованием заместителя. Сущность его заключается в том, что к определенному объему анализируемого раствора прибавляют какой-либо вспомогательный реагент, реагирующий с определяемым компонентом с выделением эквивалентного количества нового вещества (заместителя), которое оттитровывают раствором титранта.

Например, K2Cr2O7определяют путем добавления к его раствору KI и H2SO4 . Выделившийся в результате реакции I2 (заместитель) титруют раствором титранта Na2S2O3. При этом протекают следующие реакции:

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4 K2SO4 + 7H₂O

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6

Зная количество титранта Na2S2O3, израсходованное на реакцию с I2, количество которого эквивалентно количеству K2Cr2O7, нетрудно вычислить содержание дихромата в анализируемом растворе.

Титрование как при определении концентрации растворов, так и при выполнении количественных определений можно проводить двумя способами: методом отдельных навесок и методом пипетирования.

В методе отдельных навесок берут отдельные, близкие по величине навески анализируемого вещества и, растворив каждую из них в произвольном объеме воды, целиком титруют. Для расчета используют формулу (2.2).

Пример 3.К 0,4900 г K2Cr2O7 в кислой среде добавили KI. Выделившийся йод оттитровали тиосульфатом натрия; на титрование израсходовано 10,00 мл Na2S2O3. Вычислить молярную концентрацию эквивалента тиосульфата натрия.

Решение. В данном случае используется заместительное титрование и метод отдельных навесок. При титровании протекают следующие реакции:

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4 K2SO4 + 7H₂O

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6

Для расчета используют формулу (2.2), из которой определяют значение молярной концентрации эквивалента тиосульфата натрия:

1,0 моль экв/л.

Молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности находят из полуреакции

Cr2O7^2- +14 H+ +6е = 2Сr3+ + 7H2O

М_Э(K2Cr2O7) =1/6×М =1/6×294 =49 г/моль.

В методе пипетирования для титрования берут не весь раствор, а только часть его (аликвоту), отмеренную пипеткой.

Если при анализе использован метод пипетирования, то в формулу (2.2) вводится коэффициент разбавления – отношение объема мерной колбы к объему аликвотной части раствора , взятой для анализа:

. (2.5)

Пример 4.Для стандартизации раствора соляной кислоты навеску 1,9072 г тетрабората натрия растворили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование 10,0 мл полученного раствора израсходовано 9,90 мл HCl. Вычислить молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.

Решение: при титровании протекает следующая реакция:

Na₂B₄O₇ +2HCl + 5H₂O = 2 NaCl + 4 H₃BO₃

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 37; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!