mн(А) · 1000
= N*(В) · V(В)
Мэ(А)
1.4. Подготовка бюретки.
Перед титрованием бюретку промывают дистиллированной водой, а затем дважды новыми порциями стандартного (рабочего) раствора. При заполнении бюретки рабочим раствором в третий раз носик бюретки заполняют раствором. Для этого носик задирают кверху, и зажим бюретки медленно отпускают. Раствор плавно вытесняет воздух из носика бюретки. Уровень раствора устанавливают на нулевой отметке. При этом глаза наблюдателя должны находиться на уровне мениска, чтобы не возникала погрешность из-за неправильного угла зрения. Если раствор бесцветен или бледно окрашен, уровень измеряют по нижнему темному краю вогнутого мениска, который четко виден на фоне освещенного листка белой бумаги. Уровень установлен правильно, если метка имеет вид прямой, касательной к нижнему темному краю мениска. При работе с темно окрашенными или непрозрачными растворами уровень измеряют по верхнему «ровному» краю мениска, который должен совпадать с нулевой отметкой.
По окончании титрования бюретку промывают и наполняют дистиллированной водой.
1.5. Взятие навески
На столе возле аналитических весов должен находиться рабочий журнал, ручка для записей, фарфоровый тигель для взвешивания, мерная колба и разновесы. Пустой, чистый тигель ставят на левую чашку весов и определяют его точный вес (mт). Затем массу на левой чашке весов увеличивают на желаемую величину навески и всыпают в тигель столько вещества, чтобы равновесие устанавливалось в пределах положительной части шкалы, наблюдаемой на светящемся экране весов. Массу тигля с навеской записывают в рабочий журнал (mт+н). Вещество из тигля количественно переносят в мерную колбу через сухую воронку, тигель вновь взвешивают и результат записывают в рабочий журнал (mт+о). Потери вещества при пересыпании в мерную колбу недопустимы.
Массу навески перенесенную в мерную колбу, вычисляют по разности двух взвешиваний: mн = mт+н − mт+о.
1.6. Титрование
Аликвотную часть исследуемого раствора (пипетка), взятую из мерной колбы, переносят в коническую колбу для титрования. К раствору в конической колбе при постоянном перемешивании постепенно из бюретки приливают стандартный (рабочий) раствор до достижения точки эквивалентности. Сначала раствор добавляют по нескольку капель, а ближе к концу титрования его добавляют уже по одной капле, чтобы не перетитровать исследуемый раствор (не пропустить точку эквивалентности). Объем стандартного раствора, ушедшего на титрование, отмечают по бюретке с точностью до 0,01 мл. Результат записывают в рабочий журнал. При титровании в присутствии индикатора колбу с титруемым раствором на время титрования помещают на белый лист бумаги. Результат первого титрования в большинстве случаев неточен, поэтому считается ориентировочным. Каждый исследуемый раствор титруют не менее трех раз, повторяя заново весь процесс титрования. Если результаты трех титрований отличаются не более чем на ±0,02 мл, титрование заканчивают и проводят расчет, учитывая, что титровалась только аликвотная часть.
2. МЕТОДЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ
Методы основаны на взаимодействии кислот с основаниями, в результате которых изменяется характер среды. В общем виде процесс может быть выражен реакцией нейтрализации:
Н+ + ОН− = Н2О или Н3О+ + ОН− = 2Н2О
Реакции такого типа протекают с большой скоростью, строго стехиометрично, поэтому данный метод характеризуется высокой точностью (погрешность составляет 0,1-0,2%).
Методы кислотно-основного титрования позволяют определить содержание большого числа органических и неорганических сильных и слабых кислот и оснований, а также солей, подвергающихся гидролизу.
При титровании используют рабочие растворы кислот или оснований. Чаще всего их готовят приблизительной концентрации, а точную концентрацию устанавливают с помощью стандартных веществ путем титрования.
2.1. Приготовление раствора хлороводородной кислоты
Раствор готовят из концентрированной соляной кислоты (~ 34,18%) путем разбавления. Приготовить раствор НСl точно заданной концентрации технически трудно, так как концентрация кислоты в исходном растворе указывается приближенно (раствор НСl гигроскопичен), поэтому готовится раствор приблизительной концентрации ~ 0,1 М (разбавленный) из концентрированного раствора.
По закону эквивалентов: qконц.НСl = qразб.НСl или
Vконц.НСl · ρ · ω · 1000
= Nразб.НСl Vразб.НСl , откуда
100% · Мэ НСl
Nразб.НСl Vразб.НСl 100% Мэ НСl 0,1 250 100 36,5
Vконц.НСl = ------------ = -------------- ≈ 2,3 мл.
ρ ω 1000 1,17 34,18 1000
Рассчитанный объем концентрированной соляной кислоты вливают цилиндром в склянку на 250 мл к 247÷248 мл дистиллированной воды. Склянку закрывают стеклянной притертой пробкой и раствор тщательно перемешивают. При работе с кислотой необходимо соблюдать все меры предосторожности!
2.2. Стандартизация 0,1 М раствора НСl
В качестве стандартного вещества используют кристаллический тетра-борат натрия (буру), который хранят таким образом, чтобы его состав точно соответствовал химической формуле Na2B4O7 · 10H2O.
Титрование основано на суммарной реакции:
2НСl + Na2B4O7 + 5H2O = 4H3BO3 + 2NaCl
По реакции соотношение моль реагентов составляет:
n(НСl) = 2n(Na2B4O7) = n(½ Na2B4O7),
т.е фактор эквивалентности буры fэкв(Na2B4O7 · 10Н2О) = ½.
В точке эквивалентности раствор содержит смесь NaClи свободной борной кислоты H3BO3, поэтому величина рН раствора определяется присутствием слабой кислоты H3BO3. Пренебрегая изменением объема в процессе титрования и учитывая, что показатель рКI борной кислоты равен 9,24, рассчитываем рН раствора в точке эквивалентности:
рН = ½ рКкисл − ½ lgNкисл. = ½ ∙ 9,24 − ½ lg 10-1 = 5,12
Скачек титрования соответствует рН = 4,0 ÷ 6,2. Следовательно, для титрования лучше всего подойдут индикаторы метиловый красный (рТ = 5,5) и метиловый оранжевый (рТ = 4).
2.2.1. Приготовление раствора тетрабората натрия
Расчет интервала навески буры осуществляется на основании закона эквивалентов: q(Na2B4O7 · 10Н2О) = q(HCl).
При расчетах необходимо учитывать, что титруется только 1/10 часть навески буры:
mн(Na2B4O7 10H2O) N(HCl) V(HCl)
-------------------------- = ---------------------
10 Mэ(Na2B4O7 10H2O) 1000
Для уменьшения относительной ошибки определения навеска буры должна быть такой величины, чтобы на ее титрование затрачивался объем рабочего раствора, не превышающий объема бюретки. Предпочтительнее, чтобы объем находился в средней части бюретки. Если бюретка рассчитана на 10 мл, то объем рабочего раствора должен быть не менее 5 и не более 7 мл. Подставляя в приведенную формулу соответствующие объемы кислоты V1 = 5 мл и V2 = 7 мл, при расчете получим интервал навесок m1 ÷ m2, г.
Рассчитанную навеску буры взвешивают на аналитических демпферных весах (см. 1.5) и переносят в мерную колбу. Оставшиеся на воронке кристаллы буры смывают горячей (60-70°С) дистиллированной водой (30-35 мл), содержимое колбы перемешивают круговыми движениями до полного растворения кристаллов в горячей воде, раствор в мерной колбе охлаждают до комнатной температуры с помощью холодной водопроводной воды и затем объем в мерной колбе доводят до метки. Колбу закрывают пробкой, и раствор тщательно перемешивают.
2.2.2. Определение точной концентрации раствора хлороводородной кислоты
Бюретку заполняют рабочим раствором НСl (см. 1.4). Аликвотную часть раствора буры из мерной колбы переносят пипеткой в коническую колбу для титрования. К раствору добавляют 1 каплю метилового оранжевого и титруют раствором кислоты до перехода окраски индикатора из желтой в оранжевую от одной избыточной капли кислоты. Объем кислоты записывают в рабочую тетрадь (V1, мл). Титрование повторяют трижды и рассчитывают средний объем Vср(НСl), мл, который ушел на титрование аликвотной части навески буры.
По результатам титрования производят расчет точной концентрации приготовленного раствора НСl:
1000 mн(Na2B4O7 · 10H2O)
N(HCl) = --------------------------------------------
10 Mэ(Na2B4O7 10H2O) Vср(НСl)
Рабочий раствор НСl с установленным титром сохраняют для выполнения лабораторных работ.
2.3. Приготовление раствора гидроксида натрия
Приготовить раствор NaOH точно заданной концентрации невозможно, так как NaOHвзаимодействует с СО2 и Н2О, содержащимися в воздухе, а потому не отвечает химической формуле. Раствор готовят приблизительной концентрации ~ 0,1н из 1н раствора NaOH путем разбавления.
По закону эквивалентов: qконц.NaOH= qразб.NaOHили
Nконц.NaOHVконц.NaOH = Nразб.NaOH· Vразб.NaOH
Подставив соответствующие значения концентраций и объема, получим равенство: 1 Vконц.NaOH = 0,1 250, откуда Vконц.NaOH = 25 мл.
Таким образом, для приготовления 250 мл рабочего раствора NaOH в чистую склянку цилиндром отмеряют (250 − 25 = 225 мл) дистиллированной воды и туда же добавляют 25 мл 1н раствора NaOH. Приготовленный раствор плотно закрывают стеклянной притертой пробкой и тщательно перемешивают.
2.4. Стандартизация 0,1н раствора NaOH
В качестве стандартного вещества используют кристаллическую щавелевую кислоту, которую хранят таким образом, чтобы ее состав точно соответствовал химической формуле Н2С2О4 2Н2О.