Титрование основано на реакции:
2NaOH+ Н2С2О4 = Na2С2О4 + 2Н2О
оксалат натрия
По реакции соотношение моль реагентов составляет:
n(NaOH) = 2n(Н2С2О4) = n(½H2С2О4), т.е. fэкв(Н2С2О4) = ½.
В точке эквивалентности раствор содержит соль Na2С2О4, которая подвергается гидролизу, и воду. Пренебрегая изменением объема в процессе титрования и учитывая, что рКII щавелевой кислоты 4,19, рассчитывают рН раствора в точке эквивалентности:
рН = 7 + ½ рКII + ½ lg Nсоли = 7 + ½ · 4,19 + ½ ∙ lg 10−1 = 8,595.
Следовательно, для титрования подойдет индикатор фенолфталеин (рТ= 9).
2.4.1. Приготовление раствора щавелевой кислоты
Расчет интервала навески щавелевой кислоты m1 ÷ m2 осуществляют на основании закона эквивалентов: q(Н2С2О4) = q(NaOH) и cучетом аликвотной части кислоты по методике (см. 2.2.1):
mн(Н2С2О4 · 2H2O) N(NaOH) · V(NaOH)
----------------------------- = --------------------------
10 Mэ(Н2С2О4 2H2O) 1000
Рассчитанную навеску взвешивают на аналитических демпферных весах. В мерную колбу со щавелевой кислотой порциями добавляют, обмывая воронку, 30-35 мл дистиллированной воды. Содержимое в колбе перемешивают круговыми движениями до полного растворения всех кристаллов кислоты. Затем раствор в колбе доводят до метки, колбу закрывают пробкой, и раствор тщательно перемешивают.
2.4.2. Определение точной концентрации раствора гидроксида натрия
Бюретку заполняют рабочим раствором NаОН (см. 1.4). Аликвотную часть раствора щавелевой кислоты из мерной колбы пипеткой переносят в коническую колбу для титрования, добавляют 1 каплю фенолфталеина и титруют раствором NаОН (см. 1.6). Титрование заканчивают при появлении бледно-розовой окраски раствора от одной избыточной капли щелочи. Объем раствора, ушедшего на титрование, записывают в рабочую тетрадь (V1, мл). Титрование повторяют трижды и рассчитывают средний объем щелочи Vср(NаОН), мл, который ушел на титрование аликвотной части навески щавелевой кислоты.
По результатам титрования проводят расчет точной концентрации приготовленного рабочего раствора NаОН:
1000 mн(Н2С2O4 · 2H2O)
N(NаОH) = ---------------------------------
10 Mэ(Н2С2O4 · 2H2O) · Vср(NаОН)
Раствор NаОН с установленным титром сохраняют для дальнейшего выполнения лабораторных работ.
2.5. Стандартизация рабочих растворов потенциометрическим методом
При прохождении реакции нейтрализации происходит изменение характера среды (рН) раствора. Изменение значения рН титруемого раствора при добавлении рабочего раствора графически отображается при построении кривой титрования. Вблизи точки эквивалентности в момент, когда количество добавленного рабочего раствора отличается на ±0,1% от эквивалентного объема, наблюдается резкое изменение рН раствора − скачок титрования. Он может быть зафиксирован безындикаторным потенциометрическим методом по изменению разности потенциалов между двумя электродами − индикаторным и стандартным, опущенными в анализируемый раствор (см.раздел 6). При определении значения рН в качестве индикаторного используют стеклянный электрод (мембранный), а в качестве стандартного − хлорсеребряный электрод (металлический электрод II-го рода). Для проведения анализа необходимо собрать схему гальванического элемента:
1. При определении концентрации рабочего раствора НСl по стандартному веществу тетраборат натрия
Ag│AgCl, HCl, OH− , KCl, AgCl│AgВ бюретке рабочий раствор
стеклянный исслед. хлорсеребряный НСl
электрод р-р электрод
3. При определении концентрации рабочего раствора NаОН по стандартному веществу щавелевой кислоты
Ag│AgCl, HCl, H+ , KCl, AgCl│AgВ бюретке рабочий раствор
стеклянный исслед. хлорсеребряный NаОН
электрод р-р электрод
Методика анализа
Аликвотную часть раствора стандартного вещества переносят пипеткой в стакан для титрования. Объем в стакане доводят до 50 мл дистиллированной водой. Стакан помещают на столик рН-метра, опускают в стакан электроды и магнитный стержень, на штативе укрепляют бюретку с рабочим раствором. Включают магнитную мешалку (необходимо отрегулировать скорость вращения магнитного стержня, чтобы исключить разбрызгивание раствора) и титруют исследуемый раствор рабочим раствором, добавляя его порциями по 0,2 мл. Объем добавленного раствора и соответствующие показания рН-метра заносят в таблицу (см.раздел 6). После достижения скачка титрования продолжают титрование и добавляют еще 2-3 порции рабочего раствора. По полученным данным строят кривую титрования на миллиметровой бумаге в координатах "рН − Vраб.р-ра" и определяют эквивалентный объем рабочего раствора (Vэкв). Более точное значение Vэкв определяют при построении по экспериментальным данным дифференциальной кривой в координатах "ΔрН/ΔV − V′ ". Значение Vэкв рабочего раствора подставляют в расчетную формулу для вычисления концентрации рабочего раствора:
1000 · mн(станд. в-ва)
Nпотенц. = ---------------------------------------------
10 · Мэ(станд. в-ва) · Vэкв(раб. р-ра)
По рассчитанным значениям Nпотенц и Nиндик вычисляют относительную ошибку определения Δ% (она не должна превышать 5 %), считая результат потенциометрического определения более достоверным:
Nпотенц − Nиндик
Δ = --------------------- · 100 %
Nпотенц
Лабораторная работа №1
"Определение содержания КОН в растворе"
В основе определения лежит реакция нейтрализации:
КОН + НСl = КСl + Н2О
раб. р-р
n(КОН) = n(НСl), следовательно fэкв(КОН) = 1.
Титрование щелочи рабочим раствором НСl проводят индикаторным способом. Для выполнения задачи студенты самостоятельно выбирают подходящий индикатор из предложенного списка индикаторов. Для этого необходимо рассчитать скачок титрования и сравнить это значение с рТ индикатора. Интервал рН изменения окраски индикатора должен захватывать хотя бы одну точку скачка титрования.
Методика анализа
Раствор задачи получают в чистую мерную колбу, доводят до метки дистиллированной водой, закрывают колбу пробкой и тщательно перемешивают.
В коническую колбу для титрования вносят пипеткой аликвотную часть раствора задачи, добавляют 1 каплю индикатора (по выбору) и титруют задачу рабочим раствором НСl. Титрование заканчивают в момент изменения окраски индикатора и записывают в рабочую тетрадь затраченный объем V1(НСl), мл. Титрование повторяют трижды и вычисляют средний объем Vср(НСl), затраченный на титрование аликвотной части задачи.
Результаты анализа выражают в граммах содержания КОН в задаче:
N(НСl) · Vср(НСl)
m(КОН) = 10 · ----------------------- · Мэ(КОН), г.
1000
Лабораторная работа №2
"Определение содержания серной кислоты в растворе"
В основе определения лежит реакция:
Н2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
раб. р-р
Пореакции: n(NaOH) = 2n(H2SO4) = n(½ H2SO4), т.е. fэкв(Н2SО4) = ½.
При титровании Н2SО4 рабочим раствором щелочи точку эквивалентности определяют индикаторным методом. Подходящий индикатор подбирают из предложенного списка после расчета скачка титрования. Интервал рН изменения окраски индикатора должен захватывать хотя бы одну точку скачка титрования.
Методика анализа
Раствор задачи получают в чистую мерную колбу, доводят до метки дистиллированной водой, закрывают колбу пробкой и тщательно перемешивают.
В коническую колбу для титрования вносят пипеткой аликвотную часть раствора задачи, добавляют 1 каплю индикатора (по выбору) и титруют задачу рабочим раствором NаОН. Титрование заканчивают в момент изменения окраски индикатора и записывают в рабочую тетрадь затраченный объем V1(NаОН), мл. Титрование повторяют трижды и вычисляют средний объем Vср(NаОН), затраченный на титрование аликвотной части задачи.
Результаты анализа выражают в граммах содержания Н2SО4 в задаче:
N(NаОН) · Vср(NаОН)
m(Н2SО4) = 10 · ----------------------------- · Мэ(Н2SО4), г.
1000
Лабораторная работа №3
"Определение содержания карбоната- и гидрокарбоната натрия при совместном присутствии"
При титровании смеси солей Nа2СО3 и NаНСО3 рабочим раствором НСl реакция нейтрализации протекает в две стадии. Сначала карбонат переходит в гидрокарбонат:
Nа2СО3 + НСl = NаНСО3 + NаСl, fэкв(Nа2СО3) = ½
раб. р-р
а затем суммарное содержание гидрокарбонатов титруется до угольной кислоты, которая самопроизвольно разлагается на углекислый газ и воду:
NаНСО3 + НСl = Н2О + СО2 + NаСl fэкв(NаНСО3) = 1
раб. р-р
При этом на кривой титрования будет наблюдаться два скачка титрования: рН в первой точке эквивалентности ~ 8,35 (нейтрализация карбоната до гидрокарбоната), рН во второй точке эквивалентности ~ 3,85 (нейтрализация суммы гидрокарбонат-ионов). Определение в смеси карбоната- и гидрокарбоната натрия можно провести, используя два индикатора: фенолфталеин (рН интервала перехода окраски 8 ÷ 9,8) и метиловый оранжевый (рН интервала перехода окраски 3,1 ÷ 4,3). В присутствии фенолфталеина оттитровывают половину Nа2СО3. Если продолжить титрование в присутствии метилового оранжевого, то будут оттитрованы НСО3−- ионы, образовавшиеся из Nа2СО3 и НСО3−-ионы собственно NаНСО3. Заметив по бюретке объем кислоты, затраченный на титрование с фенолфталеином V1(НСl), можно рассчитать содержание Nа2СО3 в задаче: на титрование всей Nа2СО3 расходуется 2·V1(НСl). Заметив по бюретке объем кислоты при титровании с метиловым оранжевым V2(НСl), можно рассчитать содержание NаНСО3 в задаче: на титрование NаНСО3 расходуется [V2(НСl) − 2·V1(НСl)].