Основи аналітичної хімії (стр. 18 из 26)
Типи хімічних речовин, що визначаються за методом кислотно-основного титрування
За допомогою методів нейтралізації можливо визначити: а) сильні основи (наприклад, NaOH);
б) слабкі основи (наприклад, NH4OH);
в) солі сильних основ і слабких кислот (наприклад, Na2CO3). У такому випадку як робочий розчин використовують, як правило, НСl.
г) сильні кислоти (наприклад, НСl );
д) слабкі кислоти (наприклад, оцтова кислота СН3СООН);
е) солі сильних кислот і слабких основ (наприклад, AlCl3). Ці речовини звичайно титрують розчином NаОН.
В основі усіх згаданих реакцій лежить зміна концентрації іонів водню в розчині (тобто рН розчину).
рН розчину в точці еквівалентності залежить від продуктів реакції. Наприклад:
1) NaOH + HCl = NaCl + H2O
Середовище було лужним (NaOH), в результаті реакції утворилась сіль сильної кислоти і сильної основи NaCl, тому рН у точці еквівалентності дорівнює 7. 2) CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O.
Середовище було слабкокислим (СН3СООН), після титрування утворилась сіль сильної основи і слабкої кислоти; рН в точці еквівалентності > 7.
3) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2CO3 – середовище було лужним (Na2CO3), утворилась слабка кислота, рН < 7.
Визначення точки еквівалентності
Для встановлення точки еквівалентності застосовують індикатори. Індикатори кислотно-основних методів - слабкі органічні кислоти або основи (або амфоліти), які за певних, характерних для кожного індикатора, значень рН, дисоціюють на іони; наприклад:
НInd = H+ + Ind-
Характерною їх особливістю є те, що забарвлення іонної форми індикатора відрізняється від забарвлення молекулярної форми. Таким чином, індикатори методу нейтралізаціії за певних значень рН розчину змінюють своє забарвлення.
Кількісною характеристикою індикаторів методу нейтралізаії є показник титрування - рТ індикатора. рТ чисельно дорівнює значенню рН розчину, при якому відбувається різка зміна забарвлення індикатора.
Для лакмусу рТ=7, тобто лакмус змінює своє забарвлення при рН=7; метилоранж має рТ=4, фенолфталеїн - рТ=9.
При титруванні індикатор підбирають таким чином, щоб його рТ був би найбільш близьким до рН розчину в точці еквівалентності.
Практично поступають таким чином:
1) пишуть рівняння реакції, яка відбувається при титруванні;
2) розраховують рН точки еквівалентності, виходячи з продуктів реакції;
3) рН точки еквівалентності порівнюють (за довідником) з рТ різних індикаторів і обирають найбільш близький за значенням. Приклад:
Nа2СО3 + 2HCl = H2CO3 = 2NaCl
У точці еквівалентності утворюється слабка кислота (рК1 = 6,5; Ск ∼ 0,1 н)
1pHточки екв. = pK1 −
lgCк = 3,25 + 0,5 = 3,752
З індикаторів, наведених вище, найбільше підходить метилоранж.
На практиці досить важко підібрати індикатор так, щоб рТ індикатора співпадав з рН розчину в точці евівалентності.. Чим більша різниця між значеннями рТ індикатора і рН точки еквівалентості, тим більша індикаторна помилка титрування. Індикатор необхідно вибирати так, аби індикаторна помилка не перебільшувала помилку, зумовлену точністю вимірювання об’ємів.
Інтервал кислотності розчину, в межах якого відбувається помітна для людського ока зміна забарвлення індикатора, називають інтервалом переходу індикатора. Цей інтервал, а також його рТ залежать від константи дисоціації індикатора
K Ind
, 
звідки
pH = pK Ind + lg
Зміну забарвлення індикатора можна помітити при десятивідсотковому вмісті забарвленої по-іншому форми індикатора. Підставивши в останнє рівняння вміст відповідних форм, одержимо:
pH1 = pK Ind
pK Ind −1pH 2 = pK Ind
pK Ind +1 тобто інтервал переходу індикатора знаходиться в межах: рН = рКInd ± 1У цьому інтервалі знаходиться рТ індикатора (рТ ≈ рКInd).
Індикатори методу нейтралізації бувають двокольоровими, коли забарвлені молекулярна й іонна форми (метилоранж), та однокольоровими, коли забарвлена тільки одна форма (фенолфталеїн). Індикатори також поділяють на сильні та слабкі. Перші змінюють своє забарвлення у кислому середовищі (метилоранж, рТ=4), а другі - Fe2O3 + 3H2O
O
Методика
В стаканчик ємністю 100 мл наливають розчин, що містить певну кількість Fe2(SO4)3, додають 0,5-1 мл концентрованого розчину HNO3, нагрівають суміш до кипіння і приливаюь одразу 1,5-2 мл концентрованого розчину NH4OH, потім перемішують. Якщо суміш не має слабкого запаху аміаку, додають ще розчин NH4OH. Потім додають 80-90 мл гарячої води, перемішують і залишають суміш нна 3-5 хв. За цей час готують все для фільрування (великий стакан для фільтрату, лієчку та беззольний фільтр для
фільтрування крупнозернистих осадів – “біла або рожева стрічка”.
Спочатку зливають на фільтр розчин над осадом, промивають??осад декантацією 3-4 рази (використовують щоразу по 5-10 мл гарячої води), потім кількісно переносять осад на фільтр, змиваючи його невеликими порціями води, протирають стакан і паличку шматочком беззольного фільтру, який теж
вміщують потім у ту ж лієчку.
Промивають осад на фільтрі 5-8 разів гарячою водоою, в кінці промивання
роблять пробу на повноту промивання (на вміст в останніх краплинах
промивнних вод іонів SO42- - додають ВаCl2. Після досягнення повноти промивання лієчку з осадоом накривають ??
фільтрувальним папером і ставлять в сушильну шафу на прибл. 1 год. Сухий
осад із фільтром переноосять у доведений пр жарюванням до сталої ваги і о
зважений фарфоровий тигель. Тигель з осадом прожарюють кілька разів при
900-1000о у муфелі, доводятть до сталої ваги.Перед зважуванням кожний раз охолоджують тигель в ексикаторі. Знаходять масу Fe2O3 (від маси тигля з
Fe2O3 відняти масу тигля) та розраховують кількість заліза. M(Fe2O3) - 2M(Fe) m(Fe2O3) - m(Fe)
EMBED Equation.3 (г)
Контрольні запитання
1. Закінчити??рівняння реакцій, що застосовуються в гравіметричному аналізі ??
для розкладу проб, осадження елементів:
FeS2 + HNO3 + Br2 + H2O SYMBOL 174 \f "Symbol"
FeS2 + O2 SYMBOL 174 \f "Symbol"
FeS2 + HNO3 SYMBOL 174 \f "Symbol"
Fe +?? Cl SYMBOL 174 \f "Symbol"
H
Fe + HCl + HNO3 SYMBOL 174 \f "Symbol2003 Fe + HCl + H2O2 .
Останній розраховують згідно з рівнянням реакції:
Na2B4O7 + 7H2O = 2NaOH + 4H3BO3 2NaOH + 2HCl = 2NaCl + 2H2O У сумі маємо:
Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O = 4H3BO4 + 2NaCl
Згідно з цією реакцією, одна молекула бури відповідає двом молям атомів водню, тому еквівалент її буде дорівнювати половині її молекулярної маси, тобто 190,71 г. Iз pівняння (1) одержимо g=4,7677 г. На аналітичних терезах зважують 4,7677 г бури, переносять її у вимірювальну колбу на 250 мл і розчиняють у воді. Потім розводять водою до риски і добре перемішують. Бура досить погано розчиняється в холодній воді, тому краще спочатку перенести наважку в склянку і розчинити в гарячій воді, розчин охолодити, перенести у вимірювальну колбу на 250 мл, добре помити склянку і цей розчин перенести до вимірювальної колби. Розчин у ній розводять, доводять до риски водою і перемішують.
Можна взяти й іншу, близьку до розрахованої, наважку ( зважити її також необхідно з точністю до 0,0001 г) і розрахувати нормальність розчину бури, що його отримали, таким чином:
з 4,7677 г - 250 мл 0,1 н розчину з А г - 250 мл х н розчину
x =
0,1⋅ A4,7677
(Вихідні речовини необхідно завжди зважувати з точністю до ± 0,0001 г, а нормальність розчину розраховуютьдо четвертого знаку).
Наважки на аналітичних терезах зважують в скляних бюксах. Попередньо зважують бюкс на аналітичних терезах також з точністью до 0,0001 г.
Встановлення нормальності розчину соляної кислоти
Методика
Бюретку заповнюють робочим розчином соляної кислоти і доводять до риски. Далі беруть три конічні колби на 150-200 мл і в кожну з них піпеткою вводять по 25 мл приготовленого розчину бури і по 1-2 краплини індикатора - метилового червоного або метилоранжу. Індикатор обирають з таких міркувань.
У точці еквівалетності розчин містить лише NаСl і Н3ВО3, це зумовлює слабкокислу реакцію його. рТ метилоранжу дорівнює 4, що відповідає необхідній кислотності розчину. Розчин бури титрують кислотою до переходу забарвлення з жовтого до оранжевого. У кінці титрування розчин кислоти додають по краплинах. Із трьох результатів беруть середній, якщо вони різняться між собою не більше як на 0,2 мл. В іншому разі титрування бури соляною кислотою повторюють.
Припустимо, що на титрування 25 мл 0,1 н розчину бури витрачено 24,7 мл; 24,6 мл; 24,5 мл розчину соляної кислоти. Знаходимо середній результат титрування як середнє арифметичне: 24,6 мл. Нормальність соляної кислоти знаходять за формулою:
NNa2B4O7 ⋅ VNa2B4O7 25,0⋅0,1
NHCl = = = 0,1016 г-мол/л VNaCl 24,6Приготування робочого розчину їдкого натру
Завдання. Приготувати 500 мл 0,1 н розчину NаОН
Їдкий натр не є вихідною речовиною, тому що завжди містить домішки карбонату і поглинає вологу з повітря. Тому готують спочатку розчин ∼ 0,1 н концентрації. Точну концентрацію визначають за щавлевою кислотою або робочим титрованим розчином соляної кислоти.