Кондуктометрическое титрование

Краткая теория:

Измерение электропроводности растворов называют кондуктометрией или кондуктометрическим титрованием. Кондуктометрию используют не только для определения степени и константы диссоциации электролитов, но и для определения концентрации электролитов в растворах, их растворимости, основности кислот. Кондуктометрическое титрование применяется при исследовании мутных или окрашенных растворов, исключающих возможность применения индикаторов. Сущность кондуктометрического титрования заключается в измерении электропроводности раствора, меняющейся в ходе химической реакции после добавления очередной порции титранта. По полученным данным строят графическую зависмость электропроводности раствора от количества (мл) добавленного реагента. Подобные зависимости называются кривыми кондуктометрического титрования (рис.4). Для кондуктометрического определения вещества пригодны реакции, на кондуктометрических кривых титрования которых имеется четкий излом в точке эквивалентности. Если титруется смесь веществ, то число изломов на кривой будет соответствовать числу компонентов титруемой смеси.

Метод основан на присутствии в растворах кислот (или оснований) высокоподвижных ионов Н⁺ (или ОН^-), что обуславливает хорошую электропроводность. Аномально высокие подвижности гидроксония и гидроксила объясняются особым механизмом переноса электрического заряда этими ионами, называемым эстафетным:

При титровании происходит реакция нейтрализации, и вместо этих ионов в растворе накапливаются ионы солей, обладающие меньшей подвижностью. В тот момент, когда вся кислота (или основание) будет нейтрализована эквивалентным количеством основания (или кислоты), электропроводность раствора будет минимальной. Добавление избытка основания (или кислоты) приводит вновь к появлению высокоподвижных ионов ОН^- (или Н⁺), и электропроводность начинает резко возрастать.

а) б) в)

Рис.4. Кривые кондуктометрического титрования:

сильной кислоты (а) сильным основанием,

слабой кислоты (б) сильным основанием

смеси сильной и слабой кислот (в) сильным основанием

На кривой кондуктометрического титрования точке эквивалентности соответствует излом, и выполняется закон эквивалентных отношений:

С_к ∙V_к = C_щ ∙V_э (1.11)

где С_к и C_щ – концентрации кислоты и щелочи, V_к – объем кислоты, взятый для титрования, а V_э – эквивалентный объем щелочи, найденный из графика.

Кондуктометрия находит широкое применение в биохимических, физиологических, санитарно-гигиенических и клинических исследованиях. Этот метод используют для определения общего содержания и состояния электролитов в различных биологических объектах: плазме и сыворотке крови, желудочном соке, а также в водах минеральных источников и в продуктах питания.

Цель работы: Определить концентрацию раствора сильной кислоты методом кондуктометрического титрования.

Оборудование:  Портативный измеритель электропроводности и температуры для стандартных измерений, штатив с бюреткой, мерный цилиндр, стакан.

Реактивы: Раствор гидроксида калия концентрации 0,05 М, раствор соляной кислоты неизвестной концентрации, дистиллированная вода.

Порядок работы:

1. Промыть стакан и электрод с ячейкой дистиллированной водой.

2. С помощью мерного цилиндра налить в стакан 50 мл раствора соляной кислоты неизвестной концентрации.

3. Опустить в стакан электрод с ячейкой и поместить стакан под слив бюретки с раствором щелочи.

4. Измерить электропроводность раствора соляной кислоты в стакане, результат записать в таблицу 2.

5. Добавить в стакан 1 мл раствора щелочи, перемешать раствор и измерить его электропроводность. Добавление по 1 мл щелочи и измерение электропроводности раствора проводить до тех пор, пока не получите 4–5 возрастающих значений электропроводности раствора. Все результаты записать в рабочую тетрадь.

6. По окончании работы выключить прибор и привести в порядок рабочее место.

Таблица 2.

Vщ мл	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	…
æ, Ом1

7. По результатам измерений построить кривую кондуктометрического титрования  зависимость электропроводности раствора æ от объема добавленной щелочи V_щ.

8. По графику определить точку эквивалентности V_э, опустив перпендикуляр на ось абсцисс из точки пересечения двух ветвей кривой кондуктометрического титрования.

9. Рассчитать концентрацию соляной кислоты по формуле:

С_к = C_щ (V_э / V_к),

где C_к – искомая концентрация соляной кислоты;

C_щ – концентрация щелочи (0,05 М);

V_к – объем взятого для титрования раствора кислоты (50 мл);

V_э – эквивалентный объем щелочи, найденный по графику.

Вопросы к работе 1б

1. В чем заключается сущность кондуктометрии? Для каких целей используют этот метод в медико-биологических исследованиях?

2. Как определяют точку эквивалентности при кондуктометрическом титровании?

3. Когда заканчивают кондуктометрическое титрование?

4. Начертить кривую кондуктометрического титрования раствора пропионовой кислоты раствором щёлочи. Объяснить ход кривой и указать ионы, которые участвуют в электропроводности на всех участках этой кривой.

5. Изобразить на графике зависимость электропроводности раствора едкого натра при титровании его раствором азотной кислоты. Указать ионы, которые участвуют в электропроводности на всех участках этой зависимости.

6. Начертить кривую кондуктометрического титрования раствора соляной и уксусной кислот раствором щелочи. Объяснить ход кривой.

7. Начертить кривую кондуктометрического титрования раствора соляной кислоты раствором щёлочи. Указать ионы, которые участвуют в электропроводности на всех участках этой кривой.

8. Начертить кривую кондуктометрического титрования смеси NH₃ и KOH раствором сильной кислоты.

9. Почему электропроводность сильных кислот и щелочей значительно выше, чем электропроводность их солей?

10. Чем объясняется аномально высокая подвижность ионов Н⁺ и ОН^?

11. Записать закон эквивалентных соотношений.

12. В чем заключается преимущество кондуктометрического титрования по сравнению с титрованием с индикаторами?