Часть II. К о л и ч е с т в е н н ы й а н а л и з

В данном практикуме изложены основные титриметрические методы химического анализа.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Титриметрический анализ основан на том, что вещества реагируют между собой в определенных количественных отношениях.

Грам – эквивалентом вещества называется количество граммов его, взаимодействующее с одним молем однозарядных ионов или электронов данной реакции, т.е. эквивалентное одному электрическому заряду в уравнении реакции.

За единицу объема в титриметрии принимают 1 л (объем, занимаемый водой массой 1 кг при 3,93° С).

Концентрация раствора, выраженная числом грамм – эквивалентов вещества в 1 л раствора, называется нормальностью (N).

Сущность титриметрического анализа заключается в установлении точки эквивалентности (ТЭ) при взаимодействии растворов веществ, концентрация одного из которых известна. Точка эквивалентности может быть зафиксирована визуально или инструментально, с введением индикатора или без него. В точке эквивалентности количество эквивалентов реагирующих веществ равно, т.е. n₁ = n₂. Основываясь на равенстве количеств эквивалентов реагирующих веществ в точке эквивалентности, получают основное соотношение, используемое для расчетов в титриметрическом анализе:

n₁ = n₂;

N₁ · V₁ = N₂ · V₂,

где n₁ и n₂ – количество эквивалентов реагирующих веществ;

N₁ и N₂ – нормальности реагирующих веществ;

V₁ и V₂ – их объемы.

Так как в титриметрическом анализе обычно пользуются растворами, взятыми в миллилитрах, то удобнее все расчеты первоначально производить в миллиграмм – эквивалентах: в 1 мл столько миллиграмм – эквивалентов, сколько в 1 л грамм – эквивалентов (мл – тысячная часть литра, мг – тысячная часть грамма). Поэтому произведение N ^. V, где V выражено в мл, равно числу миллиграмм – эквивалентов:

N₁ · V_{1 (мг - экв)} = N₂ · V_{2(мг - экв)}.

Концентрацию исследуемого раствора рассчитывают исходя из объема и концентрации титранта в точке эквивалентности:

N_x =

Методы титриметрии классифицируют в зависимости от типа используемой реакции, лежащей в основе титрования, а также по рабочему раствору метода (титранту):

1. Кислотно-основное титрование;

2. редоксиметрия или окислительно-восстановительное

титрование (перманганатометрия, иодометрия и др.);

3) осадительное титрование (аргентометрия, роданидометрия и др.).

4) комплексонометрическое титрование.

Во всех методах титриметрического анализа в качестве стандартных растворов с известной концентрацией используются 2 типа растворов:

а) растворы первичных стандартов; они приготовляются путем растворения известной навески исходного вещества в определенном объеме воды (в мерной посуде); нормальность таких растворов рассчитывается по формуле:

N =

б) растворы вторичных стандартов; они приготовляются примерно нужной нормальности в больших склянках; точная нормальность таких растворов устанавливается путем их стандартизации (методом титрования) по первичным стандартам.

Поскольку при титровании расходуется количество реагента, эквивалентное количеству титруемого вещества, нужно уметь зафиксировать окончание реакции, т.е. точку эквивалентности (ТЭ). Способы установления ТЭ разнообразны: визуальные (с помощью индикаторов и безиндикаторные), физико-химические. Для выбора метода установления ТЭ целесообразно рассчитать кривую титрования. Кривая титрования – это графическое изображение какого – либо параметра системы (например, величина рН, потенциала, электропроводности и т.п.), зависящего от изменяющегося состава раствора в процессе титрования. На любой кривой титрования имеются области плавного (до и после ТЭ) и резкого (вблизи ТЭ) изменения рассчитываемого параметра. Резкое его изменение называется скачком титрования.

Для установления ТЭ необходимо выбрать индикатор, окраска которого изменяется в пределах скачка титрования. Значение рН, при котором изменяется окраска индикатора, называется конечной точкой титрования (КТТ), а область рН, в которой человеческий глаз улавливает изменение окраски – интервалом перехода окраски индикатора. Несовпадение КТТ и ТЭ вызывает индикаторную ошибку титрования. Это систематическая ошибка, которую можно рассчитать.

В титриметрических методах анализа объемы растворов измеряются с помощью пипеток, бюреток и мерных колб. Вся мерная посуда перед работой должна быть проверена и тщательно вымыта.

При заполнении раствором пипетки или бюретки ее необходимо предварительно ополоснуть этим же раствором. Процесс титрования следует повторить не менее 3-х раз при расхождении в результатах, не превышающем ± 0,1 мл.

К и с л о т н о-о с н о в н о е т и т р о в а н и е

Основная реакция: H₃O⁺ + OH^- = 2H₂O или H⁺ + OH^- =H₂O

Первичные стандартные растворы исходных веществ	А. Для стандартизации кислот 1) Na2B4O7 ·10 H2O – тетраборат натрия; 0,1 н. раствор ЭМ = 2) Na2CO3 – карбонат натрия, х.ч., 0,1 н. раствор ЭМ = Б. Для стандартизации щелочей 1) H2C2O4 · 2H2O – щавелевая кислота; 0,1 н. раствор ЭМ = 2) H2C4H4O4 - янтарная кислота; 0,1 н. раствор ЭМ =
Вторичные стандартные растворы	А. HCl – соляная кислота; H2SO4 - серная кислота Готовят ~ 0,1 н. растворы Точную концентрацию устанавливают титрованием по первичному стандартному раствору (тетраборат натрия, карбонат натрия). Б. NaOH, KOH – щелочи Готовят ~ 0,1 н. растворы Точную концентрацию устанавливают титрованием по первичному стандартному раствору (щавелевая, янтарная кислоты).
Фиксирование точки эквивалентности (ТЭ)	Применяют кислотно-основные индикаторы, окраска которых изменяется в интервале рН= рК ± 1, совпадающем на кривой титрования с областью скачка титрования. а) Метиловый оранжевый: розовый <pH 3,1 – 4,4 > желтый б) Лакмус: красный <pH 5,0 – 8,0 > синий в) Фенолфталеин: бесцветный < pH < 8,0 – 10,0 > малиновый
Определяемые вещества	1) Кислоты: nHCl = nNаOH 2) Основания: nNаOH = nHCl 3) Соли, гидролизующиеся в водных растворах (Na2CO3, K2CO3, NaHCO3,соли аммония и др.)