Титрование с метиловым оранжевым. 5 страница

М_Э(Na₂B₄O₇×H₂O ) =1/2×М =1/2×381,4 =190,7 г/моль.

Из формулы (2.5) вычислим молярную концентрацию эквивалента HCl:

Метод отдельных навесок, при котором объем измеряют только один раз (бюреткой), дает более точные результаты, чем метод пипетирования, при котором объем измеряют три раза (в мерной колбе, пипеткой и по бюретке). Однако метод пипетирования требует меньшей затраты времени вследствие уменьшения количества взвешиваний.

2.4. Расчеты при приготовлении растворов

Стандартные растворы. В титриметрическом анализе растворы с точно известной концентрацией называют рабочими, или стандартными. Их можно приготовить несколькими способами: а) по точной навеске исходного вещества; б) по приблизительной навеске вещества с последующим определением точной концентрации (стандартизацией) приготовленного раствора по соответствующему стандартному раствору; в) по стандарт-титру (фиксаналу).

В первом способе в качестве исходных веществ для приготовления раствора можно применять только химически чистые, устойчивые соединения, состав которых строго соответствует химической формуле. Такие вещества называют установочными, или первичными стандартами. Стандартные растворы таких веществ приготавливают растворением точной навески в воде и разбавлением полученного раствора до требуемого объема. Зная массу (m) растворенного в воде химически чистого соединения и объем (V) раствора, легко вычислить титр (Т) приготовленного раствора: (г/мл).

Пример 1. В 100 мл воды растворили 5,3000 г Na₂CO₃. Вычислить титр полученного раствора.

Решение: титр раствора равен Т = 5,3000/100 = 0,05300 г/мл.

Второй способ основан на приготовлении растворов веществ, не удовлетворяющих перечисленным выше требованиям. В этом случае сначала готовят раствор приблизительной концентрации по навеске вещества, взятой на технических весах. Параллельно с этим готовят стандартный раствор какого-либо подходящего установочного вещества (первичный стандарт). Далее первичный стандарт титруют раствором, приготовленным по приблизительной навеске, и, зная концентрацию стандартного раствора, вычисляют концентрацию приготовленного раствора. Растворы, концентрацию которых находят в результате титрования, называются стандартизованными(или титрованными) растворами (или вторичными стандартами), а установление точной концентрации раствора титрованием называют стандартизацией раствора. Для каждого титриметрического метода разработаны методики стандартизации применяемых титрантов, даются рекомендации по выбору первичных стандартов.

Пример 2. На титрование 10,0 мл 0,1000 н стандартного раствора буры израсходовано 9,90 мл раствора соляной кислоты. Вычислить молярную концентрацию эквивалента кислоты.

Решение: воспользуемся законом эквивалентов (формула (2.1)):

Приготовление стандартного раствора из фиксанала сводится к тому, чтобы количественно перенести содержимое ампулы, в которую запаяно точно дозированное количество или различных твердых веществ, или растворов известной концентрации в мерную колбу определенной емкости (чаще всего 1 л), после чего растворить вещество в дистиллированной воде и полученный раствор разбавить водой до метки.

Для приготовления растворов из твердых веществ рассчитывают величину навески m_А, необходимой для приготовления определенного объема раствора V_A заданной концентрации сн (А):

. (2.6)

Пример 3. Рассчитать навеску Н₂С₂O₄ ×2H₂O, необходимую для приготовления 200,0 см³ 0,1 н раствора.

Решение: используя формулу (2.6), получим

г.

Для приготовления растворов кислот, например HClили H2SO4, исходят из соответствующих растворов концентрированных кислот. При этом на основании их плотности (r) и отвечающей ей массовой доли (w %) вычисляют объем концентрированной кислоты (V_конц.), необходимый для получения заданного объема V_разб.и концентрации с_Н(разб.)раствора, используя уравнение (2.7), т. е. при приготовлении разбавленных растворов из более концентрированных используют в расчетах математическое выражение закона сохранения количества вещества, т. к. количество вещества, выраженное в моль эквивалентах, молях, а также в граммах, до разбавления и после разбавления остается постоянным, изменяются только концентрация и объем раствора:

. (2.7)

Пример 4.Вычислить объем 18,24 н H₂SO₄, необходимый для приготовления 500 см³ 0,1 н раствора.

Решение: для расчета используем формулу (2.7):

, откуда

см³.

Пример 5. Рассчитать, какой объем 3 М Н₃PO₄ следует прибавить к 1 дм³ 0,6 М Н₃PO₄, чтобы получить 1,5 М раствор?

Решение:

;

Решив полученное уравнение, получим V = 600 см³.

При выполнении расчетов следует учитывать некоторые математические правила. Если точность анализа не ограничивается заранее, то следует иметь в виду, что концентрация вычисляется до четвертой значащей цифры после запятой, процентное содержание – до сотых долей. Каждый результат не может быть точнее, чем это позволяют измерительные приборы, и математическими расчетами точность анализа повысить нельзя. Лишние цифры рекомендуется округлять.

Часто в расчетах применяют поправочный коэффициент k , который показывает, во сколько раз практическая концентрация, полученная при стандартизации раствора, больше или меньше заданной (теоретической):

Тогда, с учетом поправочного коэффициента,

. (2.8)

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение титриметрического метода анализа.

2. Перечислите требования, предъявляемые к реакциям в титриметрии.

3. Что такое точка эквивалентности (т.э.) и конечная точка титрования (к.т.т.)?

4. Какой закон используется в титриметрических определениях?

5. Сформулируйте закон эквивалентности.

6. Что такое концентрация раствора?

7. Что такое моль?

8. Укажите единицы измерения молярной концентации.

9. Дайте определение эквивалента.

10. Что такое фактор эквивалентности?

11. Дайте определение молярной концентрации эквивалента.

12. Поясните физический смысл массовой доли растворенного компонента.

13. Приведите классификацию методов титриметрии по типу химической реакции.

14. Изложите сущность метода пипетирования и метода отдельных навесок.

15. Что такое обратное титрование?

16. Поясните смысл косвенного титрования (титрования «заместителя»).

17. Дайте определение первичного и вторичного стандарта.

18. Что такое стандартизация раствора?

19. Укажите способы приготовления стандартных растворов.

20. Что такое аликвота?

Глава 3. Метод кислотно-основного титрования

К методу кислотно-основного титрования (нейтрализации) относятся все определения, в основе которых лежит реакция нейтрализации:

H₃O⁺ + OH^– = 2H₂O или H⁺ + OH^– = H₂O

По этому методу можно, пользуясь титрованным раствором какой-либо кислоты, проводить количественное определение щелочей, или, пользуясь титрованным раствором щелочи, количественно определять кислоты. При помощи этого метода проводят ряд других определений, например, определение некоторых солей, имеющих, подобно Na₂CO₃ и Na₂B₄O₇, щелочную реакцию вследствие гидролиза, определение солей аммония, определение азота в органических соединениях и т.д.

3.1. Рабочие растворы и стандартные вещества метода кислотно-основного титрования

Основными рабочими растворами в этом методе являются растворы сильных кислот или растворы щелочей. Эти вещества не отвечают требованиям, которые предъявляются к стандартным веществам, и поэтому титрованные растворы их приготовить по точной навеске нельзя. В связи с этим сначала готовят рабочие растворы приблизительной концентрации, после чего точную концентрацию таких растворов устанавливают титрованием растворов, приготовленных из стандартных веществ.

В качестве стандартных (установочных) веществ для стандартизации растворов кислот применяют тетраборат натрия Na₂B₄O₇×10H₂O, безводный карбонат натрия Na₂CO₃, оксид ртути HgO, иодат калия KJO₃ и другие.

Для стандартизации растворов щелочей используют щавелевую кислоту H₂C₂O₄× 2H₂O, янтарную кислоту H₂C₄H₄O₄, бензойную кислоту С₆H₅COOH (первичные стандарты), а также стандартизованные растворы соляной или азотной кислот (вторичные стандарты).

3.2. Индикаторы метода кислотно-основного титрования

Так как реакция нейтрализации не сопровождается видимыми изменениями, например, переменой окраски раствора, для фиксирования точки эквивалентности приходится прибавлять к титруемому раствору какой-либо подходящий индикатор.

Индикаторами в методе кислотно-основного титрования служат вещества, меняющие свою окраску при изменении рН среды. Поэтому их называют кислотно-основными, или рН -индикаторами. Наиболее широко используются в анализе: метиловый оранжевый, фенолфталеин, лакмус, метиловый красный, тимолфталеин, бромтимоловый синий.

Сделать правильный выбор индикатора для титриметрического анализа можно, лишь зная теорию индикаторов.

Существует так называемая ионно-хромофорная теория, объясняющая свойства кислотно-основных индикаторов.

Индикаторы, используемые в методе кислотно-основного титрования – это слабые органические кислоты (или слабые органические основания); согласно ионной теории, недиссоциированные молекулы индикаторов и образуемые ими ионы имеют различную окраску.

Индикаторы, обладающие свойством присоединять протоны, называют основными индикаторами (IndOH). Такие индикаторы диссоциируют по схеме

Индикаторы, обладающие свойством отдавать протоны, называют кислотными индикаторами (HInd).

Если упрощенно обозначить молекулы фенолфталеина HInd, а анионы его – , то можно записать следующее уравнение:

Если к раствору, содержащему фенолфталеин, добавить немного щелочи, ОН^–-ионы будут связывать Н⁺-ионы с образованием малодиссоциирующих молекул Н₂О. Равновесие диссоциации индикатора сместится вправо и накопление анионов вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет.

Наоборот, если к раствору фенолфталеина прилить несколько капель кислоты, то будет подавляться диссоциация молекул индикатора. Равновесие сместится влево, и раствор обесцветится.

Согласно хромофорной теории, молекулы кислотно-основных индикаторов содержат так называемые хромофоры (носители цветности), т. е. особые группы атомов с сопряженными двойными связями и неподеленными парами электронов:

При изменении рН раствора или при диссоциации индикатора хромофоры могут перегруппировываться. Перемена окраски индикаторов – результат изменений в их внутреннем строении. У одноцветных индикаторов это связано с появлением или исчезновением хромофоров. У двухцветных индикаторов эти изменения обусловлены превращением одних хромофоров в другие, имеющих различную окраску. Этот процесс называется таутомерией.

Переход из одной таутомерной формы в другую происходит под действием ионов Н+ и ОН^–, поскольку одна из форм индикатора является слабой органической кислотой или слабым органическим основанием. На окраску индикаторов влияет также присутствие в соединениях других группировок, называемых ауксохромами. К ним относятся группы –OH, –NH2, –OCH3, –N(CH3)2 и т. д. Ауксохромы сами не сообщают окраску индикаторам, но обладают свойством усиливать действие хромофоров, повышать интенсивность вызываемой ими окраски.

Таким образом, в растворах кислотно-основных индикаторов одновременно происходят как равновесные процессы, обусловленные диссоциацией молекул, так и равновесные процессы, связанные с внутримолекулярной группировкой.

Свойство молекул различных индикаторов диссоциировать в нейтральной среде характеризуется константами диссоциации. Например, для метилового оранжевого , для фенолфталеина .

Взаимосвязь между константой диссоциации индикатора и значением рН, где происходит изменение его окраски, можно вывести из общих соображений диссоциации индикатора (уравнение (3.3)) с учетом закона действующих масс для равновесных концентраций

С учетом того, что обычно способность человека к восприятию окраски возможна, когда концентрация одной из окрашенных форм приблизительно в 10 раз больше концентрации другой, получим

т. е. интервал значений рН, в пределах которого индикатор изменяет свою окраску, простирается обычно на одну единицу рН в ту или другую сторону от величины рК индикатора. Этот интервал перехода окраски индикатора называют также областью перехода. В Приложении (табл. V) указаны интервалы перехода окраски некоторых индикаторов. Например, область перехода окраски метилового оранжевого простирается от 3,1 до 4,4. При рН > 4,4 метилоранж сохраняет желтую окраску, при рН < 3,1 – розовую. Внутри этого интервала происходит изменение окраски от розового цвета до желтого.

В ходе титрования раствор титранта приливают до отчетливого изменения окраски индикатора.

Значение рН, при котором наблюдается резкое изменение окраски индикатора, называют показателем титрования рТ.

Например, у фенолфталеина значение рТ = 9, у метилового оранжевого рТ = 4. Обычно величина рТ находится внутри интервала перехода.

Для того чтобы ошибка титрования была наименьшей, надо чтобы изменение окраски индикатора происходило как можно ближе к точке эквивалентности (т. е. конечная точка титрования как можно больше соответствовала точке эквивалентности).

Неправильный выбор индикатора может исказить результат анализа. Чтобы этого не произошло, необходимо в каждом определении представлять, каким образом происходит изменение рН в процессе титрования, в какой среде лежит точка эквивалентности, как резко изменяется рН вблизи точки эквивалентности. Эти процессы описывают кривые титрования.

При выборе индикатора руководствуются следующим правилом: для каждого данного титрования можно применять только те индикаторы, показатели титрования которых лежат в пределах скачка рН на кривой титрования, т. е. у правильно выбранного индикатора интервал перехода полностью или частично перекрывается скачком титрования на данной кривой.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое кислотно-основная реакция?

2. Что такое водородный и гидроксидный показатели?

3. Чему равно значение ионного произведения воды при 25⁰ С?

4. Дайте определение степени электролитической диссоциации.

5. Дайте определение гидролиза.

6. Приведите примеры гидролизующихся солей.

7. Что такое кислотно-основное титрование?

8. Назовите рабочие растворы метода кислотно-основного титрования.

9. Укажите исходные вещества для стандартизации щелочей.

10. Укажите вещества, используемые для установки титра кислот.

11. Что такое метод алкалиметрии и ацидиметрии ?

12. Что такое рН-индикаторы?

13. Приведите примеры кислотно-основных индикаторов.

14. Назовите теории, объясняющие действие кислотно-основных индикаторов.

15. Что такое хромофоры, ауксохромы?

16. Что такое показатель титрования (рТ)?

17. Что такое интервал перехода окраски индикатора?

18. Что такое кривая титрования в методе нейтрализации?

19. Что такое скачок на кривой титрования?

20. Назовите правило выбора индикатора в методе кислотно-основного титрования.

3.3 Практические работы по методу нейтрализации

Работа №1. Приготовление раствора соляной кислоты

Цель работы. Приготовить 200 мл ~ 0,1 М раствора HСl из концентрированной соляной кислоты (r = 1,16 г/см³).

Выполнение работы. Рассчитывают объем концентрированной HCl (r = 1,16 г/см³), необходимый для приготовления 200 мл ~ 0,1 М раствора. Для расчета пользуются таблицей плотностей и концентраций растворов кислот, по которой находят, что соляная кислота плотностью 1,16 г/см³ содержит ~ 32% HCl и соответствует молярной концентрации, приблизительно равной 10 моль/л. Объем концентрированной HCl рассчитывают из соотношения:

Отмерив рассчитанный объем концентрированной HCl и дистиллированной воды при помощи мерного цилиндра, смешивают их, приливая кислоту к воде. Полученный раствор тщательно перемешивают.

Исходные данные	Расчеты
r (конц. HCl) = 1,16 г/см³ С_М(конц. HCl) 10 моль/л С_М(разб. HCl) 0,1 моль/л V(разб. HCl) = 200 мл

Работа №2. Приготовление стандартного раствора тетрабората натрия

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!