Основи аналітичної хімії (стр. 16 из 26)

ДРFe(OH)3 =1⋅10−36

9. Розрахувати розчинність Fe(OH)₃ при рН = 3,8; ДР_Fe(OH)3 =1⋅10⁻³⁶

10. У чому полягає причина співосадження при утворенні кристалічних та аморфних осадів:

а) утворення ізоморфних кристалів;

б) утворення нових хімічних сполук;

в) внутрішня адсорбція;

г) адсорбція на поверхні осаду;

д) утворення твердих розчинів ?

Титриметричні методи аналізу

Суть методу титриметричного аналізу полягає у вимірюванні об’єму розчину реактиву відомої концентрації, який витрачено на взаємодію з розчином досліджуваної речовини. Кількість останньої розраховують за рівнянням хімічної реакції. Розчин реактиву з відомою концентрацією називають робочим або титрованим. Процес додавання робочого розчину до розчину речовини, що визначають, називають титруванням. Робочий розчин поступово додають до розчину, що його аналізують, до тих пір, поки кількість реагенту не стане еквівалентною кількості досліджуваної речовини. Цей момент при титруванні називають точкою еквівалентності. Її звичайно встановлюють за допомогою речовин, які змінюють свій колір при введенні робочого розчину в еквівалентній кількості. Речовини такого типу називають індикаторами. Залежно від способу застосування вони бувають внутрішніми і зовнішніми. Внутрішні індикатори вводять безпосередньо в розчин, який титрують. У більшості випадків користуються внутрішніми індикаторами. Зовнішні - це смужки паперу, змочені розчином індикатора. У процесі титрування поблизу точки еквівалентності краплю розчину, який титрують, наносять на індикаторний папір і спостерігають за зміною його кольору. Застосування зовнішніх індикаторів менш точне і зручне.

Точність об’ємного аналізу визначається точністю виміру об’єму, який здійснюють за допомогою бюретки. Візуально можна визначити його до 0,05 мл, а за допомогою спеціальних пристроїв можна виміряти з точністю до 0,01 мл. Загальний об’єм розчину, що його аналізують, дорівнює, як правило, 20 або 25 мл. Підставивши ці цифри у формулу для розрахунку відносної похибки титрування (ПТ), одержимо:

ПТ

%

Якщо об’єм розчину, який аналізують, прийняти за 10 мл, то ПТ буде дорівнювати 0,1%.

Титрування зразків повторюють кілька (три і більше) разів; розбіжність між отриманими

даними (об”єм V, що пішов на титрування) не повинна перебільшувати 0,2 мл. Для розрахунків беруть середнє арифметичне з отриманих даних.

Точність об’ємного аналізу залежить також від вірного вибору індикатора. Похибка титрування, пов’язана з вибором індикатора, не повинна перевищувати похибки, пов’язаної з точністю вимірювання об’єму.

Переваги об’ємних методів аналізу:

1) можливість використання різних типів хімічних реакцій;

4) невелика витрата часу на проведення аналізу.

Обмеження об’ємних методів аналізу:

1) реакція між робочим розчином і визначуваною речовиною повинна відбуватись у певних стехіометричних співвідношеннях.

2) у визначуваному розчині не повинно бути інших речовин, які реагуть з робочим розчином;

3) реакція між робочим розчином та розчином досліджуваної речовини повинна проходити швидко.

Залежно від типу хімічної реакції, що відбувається при титруванні, методи об’ємного аналізу поділяють на:

1) методи кислотно-основного титрування або нейтралізації;

2) методи осадження і комплексоутворення; 3) методи окиснення і відновлення.

Вимірювальний посуд

Для точного вимірювання об’ємів розчинів використовують вимірювальні колби, бюретки, піпетки.

Вимірювальні колби - це колби з подовженими шийками малого діаметра з пришліфованими (або без них) скляними пробками. На шийці колби нанесено колову риску, яка обмежує певний об’єм. Крім того, на бічній поверхні колби позначено її місткість у мілілітрах і температуру, при якій налитий до риски розчин займає зазначений об’єм. Об’єм вимірювальних колб розрахований на вливання. Вимірювальні колби призначені для розведення розчинів у певне число разів. Перед використанням вимірювальні колби старанно промивають дистильованою водою.

Піпетки призначені для відбирання певної кількості розчині і відповідно до цього калібровані на виливання: об’єм вилитого розчину дорівнює номінальній місткості піпетки. Перед використанням піпетки ретельно миють. Не можна користуватись піпетками, на стінках яких затримуються окремі краплини, тому що розчин у цьому разі вимірюється не точно.

При користуванні піпетками треба додержуватись певних правил. Піпетку промивають водою, а потім тим розчином, об’єм якого будуть вимірювати. При наповненні піпетки її кінчик весь час повинен бути занурений у розчин. Рідину обережно втягують грушею через верхній отвір піпетки, стежачи, щоб рівень розчину піднявся трохи вище риски. Після цього вказівним пальцем закривають отвір, виймають із розчину піпетку і зайвий розчин випускають, послаблюючи тиск пальця. Нижній меніск розчину повинен бути на одному рівні з рискою.

Після виливання розчину в кінчику піпетки залишається трохи розчину. Не слід видувати цей залишок, тому що його враховують при нанесенні риски.

Бюретки призначені для титрування, тобто для повільного вливання робочого розчину в розчин досліджуваної речовини. Вони дозволяють виміряти точно об’єм розчину, який використаний на титрування. Бюретки промивають водою, а потім робочим розчином.

Циліндри призначені для приблизного виміру об’єму рідини.

Способи визначення концентрації розчинів

Процентна концентрація речовини в розчині (%) - концентрація, яка визначається кількістю грамів речовини у 100 г розчину.

Молярна концентрація або молярність, моль/л - кількість молей речовини в 1 літрі розчину.

Нормальна концентрація або нормальність, N - число, що показує, скільки еквівлентів речовини міститься в 1 літрі розчину. Розчин, в 1 л якого розчинений 1 еківалент речовини, називається однонормальним розчином. Титр - кількість грамів речовини, яка міститься в 1 мл розчину.

Еквівалент

Хімічним еквівалентом сполуки називають таку її кількість, яка взаємодіє з 1 моль атомів (одним еквівалентом) водню або іншого одновалентного елементу. Маса одного еквівалента речовини називається еквівалентною. Речовини реагують у вагових співвідношеннях, пропорційних їхнім хімічним еквівалентам (закон еквівалентів). Еквівалент не є сталою величиною, а залежить від хімічної реакції, в якій бере участь речовина. Якщо порівняти дві хімічні реакції

Na₂CO₃ + HCl = NaCl + NaHCO₃ Na₂CO₃ + 2HCl = H₂O + 2NaCl + CO₂

то в першій еквівалент соди дорівнює її молекулярній масі (заміщується один атом водню кислоти), тобто 106. У другу реакцію вступають 2 атоми водню (з двох молекул НСl). Тому еквівалент соди буде дорівнювати половині її молекулярної маси, тобто 53 г.

Розрахунки в титриметричному аналізі

В об’ємному аналізі найчастіше використовують нормальні концентрації розчинів. Це пов’язано з двома обставинами:

1) розчини з однаковими нормальностями реагують в однакових об’ємах;

2) нормальність розчину - це число, множенням на яке ми зводимо об’єм розчину будь-якої нормальності до об’єму точно однонормального розчину. При титриметричних визначеннях розчин речовини невідомої нормальності N_x, взятий у певному об”ємі V₁, титрують відповідним робочим розчином, нормальність якого N_pp відома. Об’єм робочого розчину, витраченого на титрування (відрахованого за допомогою бюретки), - V_pp. Добуток V_ppN_pp згідно з 2), дорівнює кількості мілілітрів точно однонормального робочого розчину визначуваної речовини. Однонормальні розчини реагують у рівних об’ємах.

Тому

V₁N_x= V_ppN_pp (1)

Звідси знаходимо невідому нормальність N_x:

N^ppV^pp

N_x =

(2)

V₁

Часто виникає необхідність розрахувати масу речовини В у грамах, що міститься в певному об”ємі розчину. Розрахунок проводять, виходячи з таких міркувань. В 1 мл однономального розчину міститься одна тисячна еквівалента речовини; ми ж маємо V₁N_x мл однономального розчину. Тому

B, _{г =}

^Едр V₁N_x (г) (3)

1000 де Едр – еквівалент досліджуваної речовини в грамах. Виходячи з рівняння (1),

можна (3) переписати так

B,_{г =}

^Едр V_ppN_pp (г) (4)

1000

Для розрахунку результатів титрування в процентах (ω) необхідно знайдену

масу речовини В, виражену в грамах, поділити на масу наважки g і помножити на 100:

NwsVwsEдр ω,% ₌

100% (5)

1000g

Якщо для титрування беруть не весь визначуваний розчин (Vзадачі) , а певну його частину (аліквоту) – V_A, формула для розрахунку (4) буде мати такий вигляд:

N^ppV^ppE^др V^задачі

_В,_г=⋅ (6)

1000 V_A

При аналізі розчинів результат розраховують у грамах, при аналізі твердих речовин - у процентах:

N^wsV^wsEV³ ω,% ₌

100% (7) 1000gV_A

де Vзадачі - загальний об”єм розчину, що визначають.