Методика приготовления

1. Измерить ареометром плотность концентрированного раствора кислоты или щелочи.

2. Используя справочную литературу, найти отвечающую этой плотности концентрацию (массовую долю, молярность).

3. По правилу эквивалентности Н₁V₁ = Н₂V₂ рассчитать объем концентрированного раствора, необходимый для приготовления раствора заданной концентрации и объема.

4. Отмерить с помощью мензурки или пипетки с грушей рассчитанный объем в мерную колбу, растворить и довести до метки. Если готовится раствор серной кислоты, то надо соблюдать правила разбавления ее.

б) Приготовление растворов из фиксаналов или стандарт – титров.

Фиксанал- это запаяное в стеклянную ампулу, точно отвешенное количество твердого вещества или точно измеренный объем раствора, необходимый для приготовления 1,0 л раствора заданной концентрации, чаще всего 0,1н.

Методика приготовления

Тщательно моют мерную колбу на 1,0 л. Вставляют в горло воронку с бойком. Об острие бойка разбивают тонкое дно предварительно вымытой ампулы. Сверху ампулу пробивают заостренной стеклянной палочкой и через образовавшееся отверстие тщательно ополаскивают внутреннюю часть ампулы водой из промывалки. Промывают воронку, удаляют ее и доводят объем после полного растворения вещества до метки дистиллятом. Закрывают пробкой, перемешивают. Для точных анализов необходимо полученный раствор стандартизовать по стандартному веществу, используя соответствующий метод титрования.

КИСЛОТНО – ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ

К методу кислотно-основного титрования относят все титриметрические определения, в основе которых лежит реакция: Н₃О⁺+ ОН^- = 2Н₂О.

При помощи этого метода проводят определение кислот, оснований, некоторых солей, азота, серы в органических соединениях и т.п.

Рабочими растворами метода являются растворы сильных кислот (соляной, серной, хлорной) и щелочей. Эти растворы обычно готовят путем разбавления концентрированных и далее они стандартизуются по стандартным веществам. Для стандартизации раствора соляной кислоты используются Na₂B₄O₇ .10H₂O; Na₂CO₃ б/в; KIO₃ и др.

В качестве стандартных веществ для установления концентрации щелочей применяются H₂C₂O₄.2H₂O; C₆H₅COOH; KH(IO₃)₂, бифталат и др.

Работа 1. Стандартизация раствора хлористоводородной кислоты

по тетраборату натрия

Химически чистый и соответствующий формуле тетраборат натрия Na₂B₄O₇ 10H₂O готовится путем перекристаллизации при 60⁰С и выдерживания в гигростате с определенным давлением паров. Кроме того, М_Э тетрабората натрия достаточно велика и вещество устойчиво в широких пределах влажности. При растворении в воде происходит реакция:

B₄O₇^2- + 5Н₂O  2H₂BO₃^- + 2Н₃BO₃,

Т.е. разбавленный раствор тетрабората натрия можно рассматривать как раствор борной кислоты (К=6,4.10^-10 ), наполовину нейтрализованный до сопряженного основания Н₂ВО₃^- (буферный раствор). При добавлении соляной кислоты в раствор тетрабората натрия протекает протолитическая реакция:

H₂BO₃^- + H⁺  H₃BO₃

и равновесие смещается в сторону образования кислоты. Суммарное уравнение можно представить следующим образом:

B₄O₇^2- + 2H⁺ + 5H₂O  4H₃BO₃ ;

В точке эквивалентности рН раствора определяется присутствием слабой

борной кислоты.

Реагенты.

НС1, 0,05н раствор;

Индикатор – метиловый оранжевый;

Методика. Готовят в калиброванной колбе на 100 мл раствор тетрабората натрия по точной навеске с концентрацией, соответствующей концентрации рабочего раствора НС1. Так как Na₂B₄O₇.10H₂O плохо растворяется в холодной воде, его растворяют в горячей воде, охлаждают до комнатной температуры и затем доводят объем до метки. В бюретку наливают раствор соляной кислоты. Для титрования используют метод пипетирования: отбирают пипеткой аликвоту тетрабората в коническую колбу для титрования, добавляют 20 мл дистиллированной воды, одну – две капли индикатора – метилового оранжевого и титруют кислотой до изменения окраски раствора от желтой в розовую. Для приготовления свидетеля (раствора, имеющего окраску, до которой нужно титровать исследуемый раствор) в коническую колбу на 100 мл вносят 40 мл дистиллята, одну каплю индикатора и 1-2 капли раствора НС1 до изменения окраски индикатора. Титрование повторяют 3-4 раза. Результаты заносят в таблицу и обрабатывают с применением методов математической статистики.

Работа 2. Стандартизация раствора гидроксида натрия по щавелевой кислоте методом отдельных навесок

Щавелевая кислота является двухосновной. При титровании многоосновных кислот встречаются два случая. Если отношение констант ионизации по отдельным ступеням велико, например, для двухосновной кислоты К₁ : К₂ не менее, чем 10⁴, то каждый из катионов водорода кислоты Н₂А будет оттитрован отдельно, на кривой титрования будут два скачка и две точки эквивалентности. Если же отношение констант меньше, чем 10⁴, то кислоты будут ионизировать в растворе и оба водорода будут оттитровываться одновременно, на кривой титрования такой кислоты будет один скачок и одна точка эквивалентности. У щавелевой кислоты К₁=5,6.10^-2 и К₂=5,4.10^-5, следовательно, будут оттитровываться оба иона водорода одновременно и на кривой титрования будет одна точка эквивалентности.

Описание работы в лабораторном журнале сделать по следующему плану:

1. Уравнение реакции, лежащее в основе титрования.

2. Расчет скачка титрования и обоснование выбора индикатора.

3. Расчет величины навески и взятие трех навесок .

4. Описание методики работы. Титрование.

5. Расчет результатов титрования: Н и Т едкого натра и статистическая обработка результатов титрования.

Реагенты

NaOH ~ 0,05н раствор;

Н₂С₂О₄.2Н₂О, кристаллическая;

Индикатор – фенолфталеин.

Методика. На аналитических весах берут три навески по массе, близкой к теоретической и растворяют в колбах для титрования в произвольном объеме воды, удобном для титрования. Бюретку заполняют раствором щелочи, концентрацию которой надо определить. Бюретку закрывают трубкой с натронной известью. В колбу для титрования добавляют 2-3 капли фенолфталеина и титруют щелочью до появления бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 сек. Титрование нужно проводить по возможности быстро и раствор не следует слишком интенсивно перемешивать во избежание поглощения им СО₂ из воздуха. Результаты титрования заносят в таблицу и обрабатывают как в предыдущей работе. При расчете нормальности используют видоизмененное правило эквивалентности.

Работа 3 .Титрование фосфорной кислоты.

Фосфорная кислота является трехосновной. Отношение К₁: К₂ и К₂: К₃ больше, чем 10⁴, поэтому теоретически можно оттитровать каждый из катионов водорода; но так как К₃ очень мала, практически титруются только первые два иона водорода, т.е. кислоты Н₃РО₄ и Н₂РО₄^- с применением соответствующих индикаторов. Первая точка эквивалентности фиксируется по метиловому оранжевому, вторая – по тимолфталеину.

План работы:

1. Расчет кривой титрования фосфорной кислоты.

2. Обоснование выбора индикаторов для фиксирования точек эквивалентности.

3. Описание методики и титрование.

4. Расчет Н, С и Т фосфорной кислоты, математическая обработка результатов титрования.

5. Выполнение экспериментальной контрольной работы.

Реагенты:

Н₃РО₄, 1М раствор;

NаОН, 0,05М раствор, стандартизованный;

Индикаторы: метиловый оранжевый, тимолфталеин.

Методика. В мерной колбе на 100 мл путем разбавления готовят раствор фосфорной кислоты с концентрацией примерно0,05 моль/л. Бюретку заполняют раствором щелочи, закрывают ее трубкой с натронной известью, В колбу для титрования отбирают пипеткой 10 мл исследуемого раствора фосфорной кислоты, прибавляют 10 мл дистиллята и 1 каплю метилового оранжевого, титруют щелочью до изменения окраски раствора из розовой в желтую. В качестве свидетеля применяют раствор NаН₂РО₄ примерно 0,025М. Для приготовления свидетеля в коническую колбу мерным цилиндром отбирают 30 мл раствора, к которому прибавляют 1 каплю индикатора.

Для титрования до НРО₄^- при последовательном титровании к той же пробе прибавляют 10 капель тимолфталеина и продолжают титровать щелочью до появления бледнозеленой окраски (сочетание желтой с голубой). Рассчитывают Н, С и Т исходного раствора Н₃РО₄.

Для выполнения контрольной экспериментальной работы получают неизвестный объем Н₃РО₄ в мерную колбу на 100 мл, разбавляют до метки и методом пипетирования его титруют, аналогично описанному, с двумя индикаторами. Рассчитывают выданный объем или массу фосфорной кислоты.

Можно как для тренировочного, так и контрольного титрования использовать последовательное и параллельное титрование.

Работа 4. Титрование карбоната натрия

СО₃^2- является двукислотным основанием, способным последовательно присоединять протоны:

СО₃^2- + Н⁺  НСО₃^-

НСО₃^- + Н⁺  Н₂СО₃

К₁,в = 2,0.10^-4, К₂,в = 2,2.10^-8. Прямое титрование возможно, но отношение К₁/К₂= 0,91.10⁴, на границе допустимого. Следовательно, фиксация первой точки эквивалентности сопровождается погрешностью. Титрование поэтому чаще проводят до конца и фиксируют вторую точку эквивалентности. рН первой точки экивалентности 8,34, поэтому в качестве индикатора можно использовать фенолфталеин. Если титруют до Н₂СО₃ (рН т.э.= 4,25 ), в качестве индикатора применяют метиловый оранжевый (рТ = 4).

Реагенты.

НС1, 0,05н стандартизованный раствор;

Индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый.

Методика. В бюретку наливают раствор соляной кислоты. Пипеткой отбирают 10 мл анализируемого раствора карбоната натрия., переносят в коническую. колбу для титрования, добавляют 15-20 мл дистиллированной воды, 1-2 капли метилового оранжевого и титруют до изменения окраски индикатора. Рассчитывают Н, С и Т анализируемого раствора.

Работа 5. Определение карбоната натрия и гидроксида натрия в смеси

Это определение имеет значение при контроле чистоты препаратов гидроксида натрия и в некоторых других случаях. Можно применять метод с двумя индикаторами. При титровании с фенолфталеином происходит нейтрализация всего гидроксида натрия и половины карбоната:

Н⁺ + ОН^- Н₂О

Н⁺ + СО₃^2- НСО₃^-

Первая точка эквавилентности характеризуется присутствием гидрокарбоната натрия, рН раствора 8,35.

Вторая точка эквивалентности наступает после того, как гидрокарбонат нейтрализован до угольной кислоты:

НСО₃^- + Н⁺  Н₂О + СО₂.

Фиксирование второй точки эквивалентности, содержащей хлорид натрия и угольную кислоту, ведется с помощью метилового оранжевого. Для удаления избытка СО₂ раствор можно перед конечной последней точкой прокипятить, охладить и дотитровать до оранжевой окраски.

Реагенты

Раствор NаОН, загрязненный карбонатом натрия;

НС1, 0,05н;

Индикаторы : фенолфталнин, метиловый оранжевый.

Методика. В мерной колбе на 100 мл приготовить раствор гидроксида натрия, загрязненный карбонатом примерно 0,05н. Пипеткой на 10 мл перенести в колбу для титрования анализируемый раствор, добавить 6-7 капель фенолфталеина и титровать до обесцвечивания. Отметить объем титранта, пошедший на титрование. Этот объем идет на титрование щелочи и половины карбоната. Добавить 1-2 капли метилового оранжевого и продолжать титровать раствором НС1 до перехода окраски в оранжевую. Отметить общий объем титранта. Разница в объемах идет на титрование половины карбоната. Рассчитать загрязненность гидроксида натрия карбонатом, выражая ее в %.

Работа 6. Определение соляной и борной кислот при совместном присутствии с двумя индикаторами.

При титровании смеси сильной и слабой кислот встречаются два случая:

1. Константа кислотности слабой кислоты очень мала (< 10^-7);

2. Константа кислотности слабой кислоты 10^-5.

В последнем случае ионизация слабой кислоты начинается задолго до точки эквивалентности, соответствующей нейтрализации сильной кислоты. Если же титруют смесь сильной и слабой кислоты с К  10^-7, то до начала титрования концентрация Н⁺ будет практически равна концентрации сильной кислоты, т.к. в ее присутствии ионизация слабой кислоты будет полностью подавлена. Поэтому вначале будет оттитрована практически вся сильная кислота, а затем – слабая. Борная кислота является очень слабой (К=6,4.10^-10), непосредственно ее оттитровать нельзя. Но если в раствор добавить некоторые органические вещества (например, маннит, глицерин и т.п.), то они образуют с борной кислотой более сильные комплексные кислоты, которые можно оттитровать прямым методом с фенолфталеином в качестве индикатора.

Реагенты

NаОН, 0,05н раствор, стандартизованный;

Глицерин (маннит);

Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.

Методика. В бюретку наливают раствор щелочи и закрывают бюретку трубкой с натронной известью. Раствор, содержащий соляную и борную кислоты, помещают в мерную колбу на 100 мл, доводят до метки и хорошо перемешивают. Затем отбирают аликвоту, переносят в колбу для титрования, добавляют 1 каплю метилового оранжевого и титруют раствором щелочи до перехода окраски в желтую. Отмечают объем щелочи, пошедший на титрование (он соответствует содержанию соляной кислоты в пробе). Затем в титруемый раствор добавляют 10 мл глицерина, 6-7 капель фенолфталеина, хорошо перемешивают и продолжают титрование до перехода окраски раствора из желтой в оранжево- красную. Добавляют еще 5 мл глицерина и, если оранжево- красная окраска исчезает, продолжают титрование до ее появления. Отмечают общий объем титранта. Разница в объемах щелочи, мл, соответствует содержанию борной кислоты. Рассчитывают С соляной и борной кислот в смеси.

Контрольные вопросы по теме “Введение в титриметрический анализ”

1. Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования к реакциям в титриметрическом анализе.

2. Основные понятия титриметрии: титрование, титрант, стандартные и стандартизованные растворы. Виды кривых титрования (s– образные, линейные). Скачок титрования. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Первичные стандарты, требования, предъявляемые к ним. Фиксаналы. Вторичные стандарты.

3. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент. Молярная масса эквивалента. Молярная концентрация. Титр.

4. Виды титриметрических определений: прямое и обратное титрование, определение по замещению. Метод пипетирования и метод отдельных навесок.

5. Расчеты в титриметрии: формулы, связывающие титр, молярность, нормальность. Расчет концентрации, массы, массовой доли определяемого компонента.

Контрольные вопросы по теме “Кислотно-основное титрование”

1. Построение кривых титрования. Влияние величины констант

кислотности или основности, концентрации кислот или оснований и

температуры на характер кривых титрования.

2. Индикаторы в методе кислотно-основного титрования. Ионная и хромофорная теории индикаторов. Константа ионизации, интервал перехода окраски и показатель титрования индикатора. Выбор индикатора для установления конечной точки титрования.

3. Ошибки титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многокомпонентных систем.

4. Стандартные вещества и рабочие растворы метода.

5. Практическое применение метода: титрование фосфорной, борной кислот; смеси фосфатов, карбонат и гидрокарбоната натрия; щелочи,загрязненной карбонатом. Определение временной и постоянной жесткости воды. Определение азота по методу Кьельдаля и солей аммония прямым и косвенным методами.

6. Кислотно-основное титрование в неводных и смешанных растворах.

Задачи по теме «Кислотно-основное титрование»

1. Построить кривые титрования:

а) 0,200М раствора соляной кислоты 0,100М раствором гидроксида натрия;

б)0,050М раствора муравьиной кислоты 0,050М раствором гидроксида натрия;

в) 0,100М раствора маннитборной кислоты 0,100М раствором гидроксида натрия;

г) 0,050М раствора угольной кислоты 0,100М раствором гидроксида натрия;

д) 0,100н раствора фосфорной кислоты 0,100н раствором гидроксида натрия;

е) 0,050н раствора тетрабората натрия 0,1..н раствором соляной кислоты;

ж) раствора, содержащего 0,10М гидрокарбоната натрия и 0,20М карбоната натрия, 0,10М раствором соляной кислоты.

Для построения кривых вывести формулы и рассчиать рН в следующие моменты: 1. исходный раствор, 2. добавлено 90%, 3. 99%,

4. 99,9%, 5. 100%; 6. 100,1%; 7. 101%; 8. 110% титранта.

Для каждого из указанных титрований подобрать такой индикатор, чтобы ошибка титрования не превышала 1%.

1. Раствор содержит одно или несколько из следующих веществ:

NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ или смеси: NaOH+ Na₂CO₃, Na₂CO₃+NaHCO₃ и титруется раствором соляной кислоты с фенолфталеином и метиловым оранжевым, применяемыми последовательно. Какое вещество или смесь титруется, если объем израсходованной кислоты составляет:

Вариант а б в г д е ж з и

НС1, ф-ф, мл 10 7 18 13 - 20 9 10 23

НС!, м-о, мл 10 15 - 1 16 - 9 23 7

2. Стандартный раствор гидроксида натрия загрязнен примесью карбоната натрия. При титровании на холоду 50,00мл 0,5010н раствора соляной кислоты в присутствии фенолфталеина потребовалось 30,50 мл этой щелочи. Для титрования того же количества кислоты в присутствии метилового оранжевого, с кипячением непосредственно перед конечной точкой, потребовалось 30,00 мл щелочи. Рассчитать количество молей:

а) щелочи, б)карбоната на 1л раствора.

3.Смешивают 25мл 0,4М фосфорной кислоты и 30мл 0,5М фосфаата натрия и разбавляют до100мл. Рассчитать объем (мл) 0,10н кислоты или щелочи, которое потребуется для титрования 25 мл исходного раствора до изменения окраски а) метилового-оранжевого; б) фенолфталеина. Вычислить: в) ионную силу; г) рН ; д) буферную емкость раствора.

4.При титровании 25 мл смеси фосфатов и борной кислоты до изменения окраски фенолфталеина потребовалось 15 мл стандартного раствора щелочи. После добавления маннита повторное изменение окраски фенолфталетна наблюдалось при добавлении 20 мл щелочи.

При титровании 25 мл этой же смеси в присутствии метилового оранжевого потребовалось 5 мл стандартного раствора кислоты. Рассчитать % содержание фосфатов и борной кислоты в пробе, растворением которой получен исходный раствор.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. М.,: Мир, 1979, т.1.,гл.7, 9-12; т.2, гл.31.

2. Золотов Ю.А .Основы аналитической химии .М.,:Высш.шк., 2000, Т.2, гл. 9.2.

3. Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. М :Химия, 1979, гл.3-5.

4. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и вопросы по аналитической химии. М.:Изд-во МГУ, 1984, гл.2.,7

5. Янсон Э.Ю, Путнинь Я.К. Теоретические основы аналитической химии. М.:Высш.шк., 1980, гл.12-16.

6. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М.: Химия, 1972, гл.5-7.

7. Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М.:Мир, 1978, гл. 9-11.

8. Ушакова Н.Н., Николаева Е.Р., Моросанова С.А. Пособие по аналитической химии. М.: Изд-во МГУ, 1978, ч.1, гл.2.

Методические указания по гравиметрии и титриметрии (кислотно-основной метод) для студентов 2 курса специальности <химия>

Составители:

Панова Элеонора Павловна,

Кацева Галина Николаевна

Редактор Н.А.Василенко

______________________________________________________________Подписано к печати .Формат 60х84/16.Бумага тип.ОП.

Объем 2,0п.л. Тираж 50. Заказ Бесплатно

-______________________________________________________________

Таврический национальный университет

95007, Симферополь, Ялтинская 4.