Титриметрический метод

Титриметрический метод основан на том, что все вещества реагируют между собой в строго эквивалентных количествах.Аналитическим сигналом в титриметрии является объём. Эквивалент – это некая реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Условной частицей может быть атом, молекула, ион, часть молекулы. Например, в реакции

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl

условной частицей является молекула Na₂CO₃, а в реакции

Na₂CO₃ + 2HCl = Na₂CO₃ + 2NaCl

условной частицей является ½ Na₂CO₃.

В реакции

KMnO₄ + 5 e + 8H⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O + K⁺

условная единица – 1/5 KMnO_4.

Число, показывающее, какая доля молекулы эквивалентна в данной реакции одному иону водорода или электрону, называется фактором эквивалентности (f). Например, f_Na2CO3 = 1 – для первой реакции, f_Na2CO3 = 1/2 – для второй реакции и f _KMnO4= 1/5 – для третьей реакции.

На практике пользоваться молекулами, ионами, эквивалентами неудобно, так как они очень малы (~ 10^{-24 г). Используется моль, который содержит 6,02·1023} условных частиц. Масса одного моля называется молярной массой, а масса одного моля эквивалента называется молярной массой эквивалента Э. Молярной массой эквивалента вещества Х называют массу одного моля эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х:

Э = мол.масса ∙f (41)

Молярная масса имеет размерность г/моль. Например, мол. масса Na₂CO₃= 106 (г/моль), мол.масса ½ Na₂CO₃ = 53 (г/моль) или, по-другому, Э_Na2CO3(f=1) =106, Э_Na2CO3(f=1/2) =53.

В титриметрии используют растворы. Концентрация раствора выражается количеством вещества в единице объёма. За единицу объёма в титриметрии принят литр (1 дм³). Раствор, содержащий 1 моль условных частиц в литре, называется молярным. Например, С_HCl = 1 М (одномолрный раствор HCl), С_HCl= 0,1 М (децимолрный раствор HCl), С_{½ Na2CO3}= 0,1 М (децимолрный раствор ½ Na₂CO_3). Раствор, содержащий 1 моль эквивалентов в литре, называется нормальным; при этом необходимо указывать фактор эквивалентности. Например, 0,1 н Na₂CO₃ (f=1) или 0,1 н Na₂CO₃ (f=1/2), децимолрный раствор Na₂CO_3. Если f=1, то молрная и нормальная концентрации совпадают.

Если два вещества прореагировали в эквивалентных количествах, то количество вещества 1 (n₁) равно количеству вещества 2 (n₂). Поскольку n₁ = M₁V₁ и n₂= M₂V₂, то

M₁V₁ = M₂V₂.

Зная концентрацию одного из веществ и объёмы растворов, модно найти неизвестную концентрацию и, следовательно, массу другого вещества:

M₂= (42) или N₂ = (43) и

m = М₂ ·мол.масса (44) или m = N₂ ·Э (45).

Кроме молярной и нормальной концентрации используют ещё титр раствора. Титр показывает число граммов растворённого вещества в 1 мл раствора. Титр по определяемому веществу показывает массу определяемого вещества, с которой реагирует 1 мл данного раствора; например, Т _HCl/СаCO3= 0,006 г/см³, это означает, что 1 мл раствора HCl реагирует с 0,006 г СаСО₃.

Титрованный, или стандартный, раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для определения точно эквивалентного количества. Титрующий раствор часто называют рабочим раствором или титрантом. Момент титрования, когда количество добавленного титранта химически эквивалентно количеству титруемого вещества, называется точкой эквивалентности (т,э.). Способы обнаружения т.э. разнообразны: визуальные (с помощью индикатора и безиндикаторные), физико-химические.

Реакции, используемые в титриметрии должны удовлетворять следующим требованиям:

1. реакция должна протекать количественно, т.е. константа равновесия должна быть достаточно велика;
2. реакция должна протекать с большой скоростью;
3. реакция не должна осложняться протеканием побочных реакций;
4. должен существовать способ фиксирования т.э.

По способу фиксирования точки эквивалентности выделяют методы титрования с цветными индикаторами, методы потенциометрического титрования, кондуктометрического, фотометрического и т.д. при классификации по типу основной реакции, протекающей при титровании, обычно выделяют следующие методы титриметрического анализа:

1. Методы кислотно-основного взаимодействия связаны с процессом передачи протона:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

СН₃СООН + ОН^- = СН₃СОО^- + Н₂О

1. Методы комплексообразования используют реакции образования координационных соединений:

Hg²⁺ + 2Cl^- = HgCl₂ (меркуриметрия)

Mg²⁺ + H₂Y^2- = MgY^2- + 2H⁺ (комплексономерия)

1. Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений:

Ag⁺ + Cl^- = AgCl (аргентометрия)

Hg + 2Cl^- = Hg₂Cl₂ (меркурометрия)

1. Методы окисления-восстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций:

MnO + 5 Fe²⁺ + 8H⁺ = Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4 H₂O (перманганатометрия)

2S₂O + I₂ = S₄O + 2I^- (иодометрия)

Пример 10. Из 2,500 г Na₂CO₃ приготовлено 500 см³ раствора. Вычислить для этого раствора: а) Т(Na₂CO₃); б) молярную концентрацию; в) нормальную концентрацию.

Решение. Для вычисления титра нужно найти массу вещества в граммах, содержащуюся в 1 см³ раствора.

Т(Na₂CO₃) = ; Т(Na₂CO₃) = = 0,0050 г/см³,

Молярную концентрацию можно вычислить по известному титру:

С(Na₂CO₃) = ;

С(Na₂CO₃) = = 0,04717 моль/дм³.

Для вычисления нормальной концентрации раствора необходимо найти молярную массу эквивалентов Na₂CO₃:

М(1/2 Na₂CO₃) = 53 г/моль,

а затем воспользоваться величиной титра:

С(1/2 Na₂CO₃) = ;

С(1/2 Na₂CO₃) = 0,09434 моль/дм³;

или величиной навески:

С(1/2 Na₂CO₃) =

С(1/2 Na₂CO₃) = = 0,09434 моль/дм³.

Пример 11. На титрование 20 см³ 0,02М раствора HCl расходуется 15,00 см³ раствора NaOH. Определить молярную концентрацию этого раствора.

Решение. Так как вещества реагируют между собой в строго эквивалентных количествах, то количество HCl в точке эквивалентности должно быть равно количеству NaOH, т.е.

n(HCl) = n(NaOH); n(HCl) = C(HCl) · V(HCl); n(NaOH)= C(NaOH) · V(NaOH);

C(NaOH)= ;

C(NaOH) = = 0,02667 моль/дм³.

Пример 12. Раствор карбоната натрия титруют раствором хлороводородной кислоты с Т(HCl) = 0,003650 г/см³ в присутствии метилового оранжевого. Вычислить титр раствора HCl по определяемому веществу Na₂CO₃.

Решение. Между эквивалентами реагирующих веществ и титрами существует соотношение

М(HCl) ──── М(1/2 Na₂CO₃)

Т(HCl) ──── Т(HCl/Na₂CO₃)

Т(HCl/Na₂CO₃) = ;

Т(HCl/Na₂CO₃) = = 0,005300 г/см³.

Вариант 1.

9. Из 5,3 г Na₂CO₃ приготовили 1дм³ раствора. Для этого раствора вычислить молярную концентрацию, нормальность и титр.

10. Вычислить молярную концентрацию HNO₃, если на титрование 0,2500 г химически чистого Na₂CO₃ израсходовали 20,50 см³ этого раствора.

Вариант 2.

9. Титр раствора H₂SO₄ равен 0,004900 г/см³. Вычислить для этого раствора молярную и нормальную концентрации.

10. Вычислить молярную концентрацию раствора HCl, если на титрование 15,00 см³ его расходуется 10,00 см³ 0,3 М раствора NaOH.

Вариант 3.

9. Титр раствора HNO₃ равен 0,006300 г/см³. Вычислить молярную концентрацию этого раствора и Т(HNO₃/СаО).

10. Вычислить титр раствора NaOH, если на титрование 10,00 см³ его расходуется 12,00 см³ 0,1М раствора HCl.

Вариант 4.

9. Титр раствора HCl равен 0,007300 г/см³. Вычислить молярную концентрацию этого раствора и Т(HCl/Na₂O).

10. Вычислить титр раствора HCl, если на титрование 10,00 см³ его расходуется 12,00 см³ раствора NaOH с титром 0,004000 г/см³.

Вариант 5.

9. Какую массу (100 % NaOH) щёлочи следует взять для приготовления 1 дм³ раствора с титром 0,0040000 г/см³.

10. Вычислить титр и молярную концентрацию раствора HNO₃, если на титрование его 15,00 см³ расходуется 10,00 см³ 0,1 М раствора КОН.

Вариант 6.

9. Какую навеску Na₂CO₃ следует взять для приготовления 1 дм³ раствора с титром 0,005300 г/см³.

10. Навеску Na₂CO₃ 0,5300г растворили в мерной колбе вместимостью 250,00 см³;25,00 см³ этого раствора оттитровали 24,50 см³ раствора в присутствии метилового оранжевого. Вычислить нормальную концентрацию раствора карбоната натрия и молярную концентрацию раствора HCl.

Вариант 7.

9. Вычислить молярную концентрацию раствора NaOH, если Т(NaOH)=0,004020 г/см³.

10. На титрование 20,00 см³ раствора Ва(ОН)₂ израсходовали 15,00 см³ 0,2 М раствора HCl. Вычислить нормальность раствора Ва(ОН)₂ и титр.

Вариант 8.

9. Вычислить молярную концентрацию раствора HCl, если Т(HCl/КОН)=0,01353 г/см³.

10. Раствор уксусной кислоты (25,00 см³) нейтрализовали 20,00 см³ 0,15 М раствора КОН. Вычислить молярную концентрацию и титр раствора уксусной кислоты.

Вариант 9.

9. Вычислить молярную концентрацию раствора NaOH, если Т(NaOH/СаО)=

= 0,002914 г/см³.

10. Вычислить массу азотной кислоты в 10,00см³ её раствора, если на титрование этого раствора израсходовано 12,50 см³ 1,0100 М раствора NaOH.

Вариант 10.

9. Вычислить молярную концентрацию раствора HCl, если Т(HCl/К₂О) = 0.004615 г/см³.

10. Вычислить массу Na₂CO₃ в 20,00 см³ раствора, если на титрование этого раствора затрачено 15,75 см³ 0,1010 М раствора HCl.

Поиск по сайту: