Способы титрования в объемном анализе
Прямое титрование.Титрант (рабочий раствор) добавляют в небольшом количестве из бюретки к анализируемому раствору до состояния эквивалентности. Определяют объем титранта по бюретке, результат записывают в журнал. Расчет концентрации производят исходя из закона эквивалентов.
Пример: определить эквивалентную концентрацию и титр раствора соляной кислоты, если на титрование 2 мл соляной кислоты пошло 3 мл 0,0205 моль/л раствора NaOH.
Решение: реакция, заложенная в определении:
HCl + NaOH=NaCl + H2O
По закону эквивалентов Cн(HCl)∙ ∙V(HCl) = Cн(NaOH)∙∙ V(NaOH)
Обратное титрование.Метод заключается в последовательном использовании двух титрантов.
Первый из них добавляется к определяемому раствору точно отмеренным объемом и в избытке. При этом титрант вступает в реакцию с определяемым веществом, а избыток его (первого рабочего раствора) оттитровывают вторым титрантом до момента эквивалентности.
Пример: определить количество в (г) хлорида натрия в растворе, если к его раствору добавили в избытке 10 мл 0,1н раствора AgNO3, избыток нитрата серебра оттитровали в присутствии индикатора железоаммиачных квасцов и на титрование пошло 4 мл 0,1н раствора роданида калия.
Решение: Реакции, заложенные в определении:
NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3
AgNO3 (изб.) + KNCS = KNO3 + AgNCS↓
По второй реакции определяют избыток раствора нитрата серебра:
Cн(AgNO3)∙ ∙V(AgNO3) =Cн(KNCS)∙∙V(KNCS)
Объем нитрата серебра, затраченный на реакцию с хлоридом натрия, определяют следующим образом:
V (AgNO3)общ. ─V(AgNO3)изб.=10 − 4 =6 (мл)
Количество грамм хлорида натрия определяют по закону эквивалентов:
Косвенное титрование или титрование по замещению.
В этом случае, как и в прямом титровании, используется один титрант, но титруют им не анализируемое вещество, а продукт реакции, образующийся при взаимодействии определяемого вещества со вспомогательным компонентом.
Пример: определить количество активного хлора в белильной извести, навеска которой -равна 0,402 г, если на образовавшийся иод израсходовано 10 мл 0,02н раствора тиосульфата натрия (индикатор – крахмал).
Решение: Реакции, заложенные в определении:
CaOCl2 + 2HCl =CaCl2 + Cl2 + H2O
Cl2 + 2KJ = 2KCl + J2
J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6
Количество хлора, характеризующее активность хлорной извести, косвенно вступает в реакцию с тиосульфатом натрия:
Э(Cl2) − Э(Na2S2O3)
m(Cl2) ─ (T V) Na2S2O3
Отсюда:
Навеска хлорной извести была 0,402 г, активного хлора в ней 0,0071 г, что в % составляет 0,0071∙100/0,402 = 17,1%
Ответ: активный хлор в хлорной извести составил 17,1%, что по ГОСТу указывает: данная хлорка может быть использована для дезинфекции.
Расчеты в титриметрическом анализе
В системе СИ основная единиц а массы – килограмм ( в клиническом анализе – г, мг), а основная единица количества – моль, моль. Эта единица количества вещества относится к любым видам реальных частиц: атомам, ионам, молекулам, электронам, протонам, радикалам и к любым условным частицам, участвующим в химических реакциях: 1/5KMnO4,1/2Ca2+и т.д.
Моль– это количество вещества, которое содержит столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. Обозначается символом-n (моль).
Молярная масса–(М) –это масса одного моля вещества. Единицей молярной массы является кг/моль, а на практике г/моль.
Эквивалентомназывают реальную или условную частицу вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода. В окислительно-восстановительных реакцияхэквивалентомназывается такая часть молекулы окислителя(восстановителя), которая соответствует одному присоединенному (отданному) электрону в данной ОВР. Например, в химической реакции:
H2S + KOH = KHS + H2O (f=1)
эквивалентом сероводорода будет одна молекула H2S(реальная частица), а в реакции:
H2S + 2KOH = К2S + 2H2O (f=1/2)
эквивалентом того же вещества будет ½ молекулы H2S(условная частица). А для окислительно-восстановительной реакции:
2H2S+ 3O2= 2SO2+ 2H2O (f=1/6)
Эквивалент сероводорода равен 1/6 молекулы H2S, посколькуS2-- 6e→S4+.
Фактор эквивалентности f(X) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода:f(X)-безразмерная величина, меньше или равная ∙единице.
Молярная масса эквивалента или эквивалентная масса – это масса одного моля эквивалента этого вещества, выражена в г/моль экв., и она равна:
Э(Х) = f(X)∙М(Х)
Факторы эквивалентности для сложных веществ определяются по формулам:
f(оксидов) = 1/(число атомов элемента)∙(валентность элемента)
f(кислоты) = 1/основность кислоты
f(основания) = 1/кислотность основания
f(соли) = 1/(число атомов металла)∙(валентность металла)
Для простых веществ f= 1/(число атомов в молекуле)∙∙(валентность атома)
Пример: Вычислить эквивалентные массы H2SO4,CaO,Ca(OH)2,Al2(SO4)3:
1) Э(H2SO4) = 1/2∙98 = 49г/моль.
2) Э(СаО) = 1/2∙56 = 28 г/моль
3) Э(Ca(OH)2,=1/2∙74=37 г/моль
4) Э (Al2(SO4)3) = 1/2∙3∙342 = 57 г/моль
Для определения эквивалента элемента необязателоьно исходить из его соединения с водородом. Эквивалентную массу можно вычислить по составу с любым другим, эквивалент которого известен. По закону эквивалентов: массы регирующих веществ относятся между собой как эквивалентные массы этих веществ:
mA/mB = ЭА/ЭВилиmA/ ЭА=mB/ЭВ, где
mA/ ЭА=N1иmB/ЭВ=N2– это количество эквивалентов вещества А и вещества В. Можно записать:N1=N2.Следовательно, возможна другая формулировка закона эквивалентов:вещества реагируют друг с другом в равных количествах эквивалентов.
При соединении элементов друг с другом и при замещении одних элементов другими в качестве постоянных принято считать эквивалентную массу кислорода равной 8 г/моль, а водорода 1 г/моль.