close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2447.Количественный анализ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверской государственный университет»
Кафедра неорганической и аналитической химии
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
МЕТОД КИСЛОТНО - ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ
Учебно-методические материалы по неорганической химии
для студентов Ι курса специальностей:
специальность 020101 – Химия
направление 020100 – Химия
специальность 011600 – Биология
специальность 012500 – География
специальность 013600 – Геоэкология
специальность 071900 – Информационные системы
специальность 351100 – Товароведение и экспертиза товаров
ТВЕРЬ 2011
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составители: канд. техн. наук, доцент Г. И. Андреева
канд. хим. наук, доцент Н. В. Баранова
канд. хим. наук, доцент С. С. Рясенский
канд. хим. наук, доцент М. А. Феофанова
Учебно–методические
материалы
предназначены для студентов
химических, биологических и географических специальностей университетов
для более глубокого самостоятельного изучения раздела общей и
неорганической химии «Количественный анализ. Метод кислотно-основного
титрования». Могут быть самостоятельно использованы при подготовке к
лабораторным работам, семинарам, коллоквиумам, контрольным работам,
зачетам и экзаменам.
Представлены теоретические аспекты раздела «Количественный анализ.
Метод кислотно-основного титрования»– примеры решения задач, вопросы и
задачи, ряд лабораторных работ по данной теме и список литературы.
Печатается по решению кафедры неорганической и аналитической химии
(протокол № 8 от 21.03. 2011 г.).
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Задачи и методы количественного анализа
Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы
химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы
обнаружения, разделения, определения и идентификации химических
элементов и их соединений.
Идентификация компонентов и определение качественного состава
вещества или смеси веществ являются предметом качественного анализа.
Качественный анализ обычно предшествует количественному. Цель
последнего – найти количественные соотношения между компонентами
исследуемого материала.
Задача количественного анализа – определение количественного
содержания химических элементов (или их групп) в соединениях, количества
вещества или его концентрации в растворе. Методы количественного анализа
делятся на химические, физические и физико–химические. К химическим
методам относятся гравиметрический (весовой), титриметрический (объёмный)
и газовые анализы.
По
способу
измерения
определяемого
компонента
методы
количественного анализа можно классифицировать следующим образом:
1. Методы, основанные на измерении массы вещества, – гравиметрические
методы.
2. Методы, основанные на измерении объёмов реагирующих веществ, –
титриметрические (объёмные) методы.
3. Методы, основанные на измерении какого–либо физического параметра,
связанного
с
концентрацией
определяемого
компонента,–
физико–химические и химические методы.
2. Титриметрический (объёмный) анализ
2.1. Сущность и особенности титриметрического метода
Титриметрический
анализ
имеет
ряд
преимуществ
перед
гравиметрическим,
а
именно:
скорость
выполнения
определений,
относительная простота (несложность) операций, достаточная точность
получаемых результатов. Указанные положения ставят титриметрические
методы анализа на одно из первых мест в лабораторной практике химических,
пищевых, металлургических и других производств.
Область вопросов, которые решаются методами титриметрического
анализа, не так и обширна, но реакции, которые могут быть использованы для
этой
цели,
достаточно
многочисленны
и
разнообразны.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Их делят на четыре группы:
1. Методы кислотно–основного титрования (нейтрализации). В основе
метода положена реакция Н3О+ + ОН- → 2Н2О.
2. Методы окисления–восстановления (редоксиметрия). Данная группа
методов основана на
окислительно-восстановительных реакциях,
которые протекают между рабочим раствором и определяемым
веществом.
3. Методы осаждения основаны на реакциях обмена, при которых
определяемый элемент (ион) переходит в осадок.
4. Методы комплексообразования.
В титриметрическом анализе количество химических веществ определяют
путём точного измерения объёмов растворов двух веществ, вступающих между
собой в определённую реакцию. Реагент берут в количестве, эквивалентном
определяемому веществу.
Процесс, в котором количество нужного вещества определяют по
количеству израсходованного стандартного реагента, называют титрованием.
Стандартный, или титрованный, раствор – это раствор реагента с точно
известной концентрацией. Титрующий раствор часто называют рабочим
раствором, или титрантом. Например, если кислота титруется щелочью, то
раствор щелочи называют титрантом. Различают приготовленные и
установленные растворы титрантов. Приготовленные растворы точной
концентрации получают растворением точной навески тщательно очищенного
исходного вещества в определенном объеме воды. Так готовят, например,
титрованный раствор NaCl.
Однако многие растворы, например титрованный раствор HСl,
приготовить этим путем нельзя. В таких случаях готовят раствор титранта,
концентрация которого известна лишь приблизительно, а затем его
стандартизуют, т. е. устанавливают концентрацию точно. Эти растворы
называются установленными. Для стандартизации растворов применяют
специальные установочные вещества – первичные стандарты, которые должны
иметь высокую степень чистоты, быть устойчивыми, не содержать гидратную
воду, иметь достаточно высокую эквивалентную массу. Этим условиям отвечает
ряд веществ: Na2CO3, КНСН4О4, Н2С2О4 · 2Н2О, Na2C2O4. Нередко для целей
стандартизации используют вторичные стандартные растворы – титрованные
растворы веществ, способных взаимодействовать с титрантом.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2. Основные приемы титрования
Различают
заместителя.
прямое
титрование,
обратное
титрование,
титрование
В методах прямого титрования определяемое вещество непосредственно
реагирует с титрантом. Титрование щелочи кислотой является типичным
примером прямого титрования:
NаOH + HCl = NаCl + H2O
Метод обратного титрования (титрования по остатку) применяют в том
случае, если основная реакция протекает недостаточно быстро или невозможно
подобрать подходящего индикатора для данной реакции. Например, для
определения CaCO3 навеску вещества обрабатывают избытком титрованного
раствора HCl:
СаСО3 + 2Н+ ↔ Са2+ + Н2О + СО2 ↑
Оставшуюся после реакции HCl титруют раствором щелочи и тем самым
определяют ее количество, не вошедшее в реакцию с CaCO3, а затем
рассчитывают содержание CaCO3 в пробе.
Метод титрования заместителя, или титрования по замещению
(косвенное титрование), применяют в случае, если по тем или иным причинам
трудно определить точку эквивалентности, например, при работе с
неустойчивыми веществами и т. п. Так, при определении Cr2+, который легко
окисляется кислородом воздуха,
поступают следующим образом: к
определенному объему соли хрома (II) прибавляют избыток титрованного
раствора соли железа (III), происходит реакция
Cr2+ + Fe3+ ↔ Cr3+ + Fe2+
В результате реакции образуется эквивалентное содержанию Cr2+
количество Fe2+, титрование которого окислителями не вызывает затруднений.
3. Метод кислотно-основного титрования
3.1. Сущность метода кислотно-основного титрования
Метод кислотно-основного титрования основан на реакциях кислотноосновного взаимодействия, которое в общем виде можно представить как
НА + В
↔
кислота основание
НВ+
+ А-
сопряженная сопряженное
кислота
основание
В результате взаимодействия растворов сильных кислот и оснований
раствор становится нейтральным, поэтому метод кислотно-основного
взаимодействия иногда называют методом нейтрализации.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.1.1. Метод нейтрализации
В основе метода нейтрализации лежат реакции нейтрализации.В
зависимости от того, какой рабочий раствор применяется для титрования.
В методе кислотно-основного титрования различают алкалиметрию (титрант –
стандартный раствор основания) и ацидиметрию (титрант – стандартный
раствор кислоты). Различают следующие варианты титрования: а) титрование
сильной кислоты сильным основанием; б) титрование сильного основания
сильной кислотой; в) титрование слабой кислоты сильным основанием;
г)титрование слабого основания сильной кислотой; д) титрование
многоосновных кислот или многоосновных оснований; е) титрование смесей
кислот или смесей оснований разной силы.
Все эти методы отличаются друг от друга природой использованных
равновесий, индикаторами, реагентами, а также способами определения
мольной массы эквивалента.
При ацидиметрии (от acidum – кислота) в качестве рабочих
растворов применяют 0,1 н. и 0,01 н. стандартные растворы НСl и H2 SO 4 ,
при алкалиметрии (от alkalis – щелочь) – 0,1 н. и 0,01 н. стандартные
растворы NaOH, Ba(OH) 2 .
Ацидиметрию применяют для определения сильных и слабых
оснований, основных солей, солей сильных оснований и слабых кислот,
органических соединений. При титровании сильных оснований,
например NaOH, проходит реакция нейтрализации сильного основания
сильной кислотой:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
OH - + H + = H 2 O
При этом получается соль сильной кислоты и сильного основания и
вода. Раствор имеет нейтральную реакцию. Если титруется слабое основание,
проходит реакция нейтрализации слабого основания сильной кислотой:
NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O
NH4Cl + H2O = NH4OH + HCl
При этом образуется соль слабого основания и сильной кислоты, которая
при взаимодействии с молекулами воды вступает в реакцию гидролиза, образуя
малодиссоциированное слабое основание и сильную кислоту. Таким образом, в
точке эквивалентности полученный раствор будет иметь кислую реакцию.
При титровании солей сильных оснований и слабых кислот образуются
слабая малодиссоциированная кислота и соль сильного основания и сильной
кислоты:
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Na2CO3 + HCl = 2 NaCl + H2CO3
CO32- + 2H + = H 2 CO 3
В точке эквивалентности реакция среды вследствие присутствия в
растворе слабой кислоты будет слабокислой. Если соль сильного основания и
слабой кислоты образована многовалентным ионом, то при титровании будет
наступать несколько точек эквивалентности:
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2CO3
В первой точке эквивалентности в данном случае образуется кислая соль,
во второй – средняя соль. При титровании основных солей образуются средние
соли:
Bi(OH)2Cl + 2 HCl = BiCl3 + 2 H2O
В зависимости от силы основания металла средние соли могут
подвергаться гидролизу:
BiCl3 + 2 H2O = Bi(OH)2Cl + 2 HCl
В итоге реакция среды в точке эквивалентности может быть кислой.
Таким образом, при ацидиметрии в зависимости от титруемого вещества точка
эквивалентности наступает в нейтральной, слабощелочной или слабокислой
среде.
Аналогичные явления происходят и при титровании по методу
алкалиметрии. Метод этот применяют для титрования сильных и слабых
кислот, кислых солей, солей сильных кислот и слабых оснований. Определение
точки эквивалентности в методе нейтрализации проводят разными способами: с
помощью индикаторов и физико-химическими методами по изменению рН
среды
(потенциометрически)
и
электропроводности
раствора
(кондуктометрически).
3.2. Кривые титрования
Ход процесса титрования выражают с помощью кривых титрования,
представляющих собой зависимость изменения рН среды от количества
добавленного рабочего раствора. Для получения кривой титрования строят
график в прямолинейных осях координат. На оси абсцисс откладывают
количество миллилитров прибавленного раствора титранта, на оси ординат –
значение рН среды.
Рассмотрим случай ацидиметрического титрования 100 мл 0,1 н. раствора
NаOH рабочим раствором HCl. Полученные данные занесем в таблицу:
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Количество
титранта, мл
0
90,0
99,0
99,9
100,0 100,1 101,0 110,0
рН раствора
13
12
11
10
7
4
3
2
рОН раствора
1
2
3
4
7
10
11
12
Если к 100 мл 0,1н. раствора NaОН не добавлен раствор титранта, то рН
этого раствора – 13, рОН = 1. При добавлении 90,0 мл 0,1н. HCl концентрация
NaOH уменьшается в 10 раз и рН = 12, рОН = 2 (без учета разбавления). При
добавлении еще 9 мл (всего 99,0 мл) 0,1н. HCl концентрация NаОН уменьшится
еще в 10 раз и рН = 11, рОН = 3. При дальнейшем добавлении 0,1н. раствора
получаем цифры, которые заносим в таблицу. Отложив полученные значения
рН и число миллиметров титранта на графике, получим кривую титрования
(рис.1).
Рис.1. Влияние концентрации растворов кислот и оснований на характер кривой
титрования
Анализ кривой титрования сильного основания сильной кислотой
показывает, что изменение рН среды сначала происходит плавно, среда остается
щелочной, затем наступает резкое изменение величины рН и среда из щелочной
становится кислой, дальнейшее изменение рН происходит плавно в кислой
среде. Зона резкого изменения величины рН называется скачком титрования. На
кривой титрования скачок титрования наблюдается от 99,1 мл добавленной
0,1н. HCl до 100,1 мл.
В этом интервале происходит изменение рН среды от 10 до 4. Точка
эквивалентности находится посредине скачка титрования при рН = 7. Кривая
титрования сильной кислоты сильным основанием (рис.1) имеет обратный вид.
Она начинается в кислой среде (титруется кислота). Скачок титрования
находится в интервале от рН = 4 до рН = 10. Точка эквивалентности также
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
находится посредине скачка титрования при рН = 7.
При титровании многоосновных кислот и солей многоосновных слабых
кислот и сильных оснований
число скачков титрования соответствует
основности кислоты (рис.1). При титровании многокислотных оснований и
солей многокислотных слабых оснований и сильных кислот число скачков
титрования соответствует кислотности основания. Таким образом, кривые
титрования позволяют проанализировать процесс титрования, установить
скачок титрования, точку эквивалентности процесса титрования и подобрать
необходимый индикатор.
3.3. Индикаторы метода кислотно-основного титрования
Цель любого титрования – добавление стандартного раствора в количестве,
химически эквивалентном количеству реагирующего вещества. Это условие
достигается в точке эквивалентности.
Для определения точки эквивалентности при титровании применяют
специальные вещества – индикаторы ( от латинского indicare – показывать,
обнаруживать), которые меняют свой цвет при изменении рН среды вследствие
изменения концентрации ионов водорода Н+. В растворе между
диссоциированной и недиссоциированной формой индикатора возникает
равновесие:
HInd ↔ H+ + Ind-
IndOH ↔ Ind+ + OH-
Диссоциированная и недиссоциированная формы индикатора имеют
различную окраску. При изменении концентрация ионов водорода в растворе
происходит сдвиг равновесия и наблюдается изменение окраски раствора.
Изменение окраски индикатора происходит не скачком, а в некотором интервале
изменений рН среды, который называют интервалом перехода индикатора из
одной формы в другую. Каждый индикатор имеет свой интервал перехода,
который зависит от особенностей структуры индикатора. Величину рН, до
которой титруют раствор с данным индикатором, называют показателем
титрования рТ.
При методе нейтрализации применяют следующие индикаторы:
Метиловый оранжевый. В кислой среде индикатор изменяет окраску до
красной. Интервал перехода окраски от красной до желтой находится в
пределах изменений рН среды от 3,1 до 4,4; рТ=4,0. Применяют в виде 0,1%
водного раствора.
Метиловый красный. В щелочной среде имеет желтую окраску, в кислой
переходит в форму с красной окраской. Интервал перехода от красной окраски к
желтой находится в пределах изменений рН среды от 4,2 до 6,2; рТ=5,5.
Применяют 0,2% раствор в 60% растворе этанола.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фенолфталеин. Водные растворы в кислой среде бесцветны, в щелочной –
приобретают малиново-красный цвет. Переход окраски происходит в интервале
рН 8,0-10,0; рТ= 9,0. Применяют в виде 0,1% раствора в 50% этаноле.
Тимолфталеин. В кислой среде бесцветен, в щелочной – приобретает синюю
окраску. Интервал перехода от бесцветной окраски к синей находится при рН от
9,0 до 10,5; рТ= 9,5. Применяют 0,1% раствор в 90% этаноле.
Лакмус. В щелочной среде синий, в кислой – приобретает красную окраску.
Интервал перехода от синей окраски к красной находится при рН от 5,0 до 8,0;
рТ= 7,0. Применяют в виде индикаторных бумажных полосок.
Для правильного применения индикатора необходимо, чтобы интервал
перехода окраски индикатора находился в пределах скачка титрования на
кривой титрования.
3.4. Индикаторы погрешности
Причиной возникновения индикаторных погрешностей в кислотноосновном титровании является несовпадение показателя титрования (pТ)
индикатора с рН точки эквивалентности.
Типы индикаторных погрешностей:
1)
водородная (Н+–погрешность),
2)
гидроксильная (ОН- –погрешность),
3)
кислотная (НАn –погрешность),
4)
основная (МеОH–погрешность).
Погрешности типа 1 и 2 возникают, когда индикатор изменяет свою
окраску при избытке в растворе сильной кислоты (1) или щелочи (2). Кислотная
и основная погрешности связаны с оставшейся в растворе неоттитрованной
слабой кислотой (слабым основанием) в момент изменения окраски индикатора.
Важен знак погрешности. Если титруют кислоту и получают Н+–погрешность
(НАn–погрешность), то какая-то часть кислоты остается неоттитрованной и
погрешность получается со знаком минус (–). Наоборот, если при титровании
кислоты получают ОН-–погрешность (МеОН–погрешность), то эта
погрешность имеет знак плюс (+), так как вызвана избытком ОН- –ионов. При
титровании щелочей или слабых оснований знаки у Н+–погрешности (НАn–
погрешности) и ОН-–погрешности (МеОН–погрешности), естественно,
меняются на обратный.
Ниже представлены расчетные формулы для каждого вида погрешностей:
,
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где N – нормальность титруемой сильной кислоты,
V1 – объем сильной кислоты (мл),
V2 – общий объем раствора в конце титрования (мл),
;
;
.
Следует помнить, что индикатор подобран правильно лишь в том случае,
если погрешность лежит в пределах 0,1–0,2%.
3.5. Расчеты результатов анализа
Расчет результатов анализа основан на принципе эквивалентности, в
соответствии с которым вещества реагируют между собой в эквивалентных
количествах:
N1·Vl=N2·V2 , если индекс 1 отнести к стандартному раствору.
Как основу расчетов обычно используют понятие «эквивалентная масса».
Эквивалентная масса вещества, участвующего в кислотно-основной реакции,
равна массе, которая либо реагирует с одним грамм-ионом водорода, либо
вызывает его образование в данной реакции. Так, для реакции
Н3РО4 + КОН ↔ КН2РО4 + Н2О
эквивалентная масса Н3РО4 равна молекулярной массе, а для реакции
Н3РО4 + 2 КОН ↔ К2НРО4 + 2 Н2 О
эквивалентная масса H3PO4 будет равна половине молекулярной массы.
Соответствующей единицей концентрации является нормальность – число
грамм-эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в одном литре
раствора. Широко распространен способ расчета результатов анализа с помощью
титра раствора и титра по определяемому веществу. Титр показывает число
граммов растворенного вещества в одном миллилитре раствора. Титр по
определяемому веществу показывает массу определяемого вещества, которая
соответствует одному миллилитру рабочего раствора.
3.6. Ошибки определения
Различают абсолютную и относительную ошибки определения.
Разность между полученным результатом и истинным значением определяемой
величины, выраженная в абсолютных единицах, называют абсолютной ошибкой
определения. Отношение абсолютной ошибки к истинному значению
определяемой величины называется относительной ошибкой. Если истинное
значение определяемой величины неизвестно, то вместо него берут среднее
арифметическое из результатов проделанных определений. Абсолютная ошибка
опыта не должна превышать 5%.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Вопросы для самостоятельной подготовки к коллоквиуму по теме
«Кислотно-основное титрование»
1.
Сущность титриметрического анализа. Требования, предъявляемые к
реакциям в титриметрическом анализе. Точка эквивалентности и конечная точка
титрования. Основные расчетные формулы.
2.
Классификация методов титриметрического анализа по характеру
реакций, лежащих в основе определения, и по способу титрования (прямое и
обратное, определение по замещению).
3.
Рабочие растворы
в
методе кислотно-основного титрования.
Первичные стандартные растворы. Первичные стандарты, требования,
предъявляемые к ним. Вторичные стандартные растворы. Приготовление
стандартных растворов из фиксаналов.
4.
Графический метод изображения титрования. Расчет и построение
кривых титрования сильных и слабых протолитов. Скачок титрования.
Зависимость величины скачка титрования от константы кислотности или
основности, концентрации растворов, температуры. Титрование смеси
протолитов и многопротонных кислот. Титрование солей.
5.
Кислотно-основное титрование в неводных средах. Классификация
неводных растворителей по протолитическим свойствам и по влиянию
на
силу электролитов.
Автопротолиз.
Влияние диэлектрической
проницаемости растворителя на силу кислот и оснований.
6.
Кислотно-основные индикаторы. Ионная и хромофорная теории
индикаторов. Ионно-хромофорная теория. Интервал перехода окраски
индикатора. Показатель титрования (рТ). Наиболее часто применяемые
кислотно-основные индикаторы, их характеристика. Выбор индикатора для
различных типов кривых титрования. Влияние различных факторов на
показания индикатора. Смешанные индикаторы. Индикаторные
ошибки
титрования, их вычисление.
7.
Примеры практического применения кислотно-основного титрования.
Определение кислот и щелочей. Определение жесткости воды.
5. Задачи и упражнения
1.
Из 5,3 г Na2CO3 приготовили 1 дм3 раствора. Для этого раствора
вычислить молярную концентрацию, нормальность и титр. (Ответ: С=0,1000
моль/дм3; N=0,2000 моль/дм3; T=0,0053 г/дм3).
2.
Титр раствора
HNO3, равен 0,0063 г/см3. Вычислить молярную
концентрацию этого раствора и Т (HNO3/CaO). (Ответ: T=0,0028 г/см3).
3.
Какую массу (100% NaOH) щелочи следует взять для приготовления одного
3
дм раствора с титром 0,0040 г/см3? (Ответ: m=4,00 г).
4.
Какую навеску буры (Na2B4O7 ∙10H2O) следует взять для приготовления
0,5 дм3 0,1 М раствора? ( Ответ: m=19,0685 г).
5.
Сколько раствора НС1 плотностью 1,1 г/см3 (20,39% HCl) следует взять
для приготовления 1 дм3 0,2 М раствора? (Ответ: V=32,5 см3).
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Сколько раствора HNO3 плотностью 1,15 г/см3 (20,48% HNО3) следует
взять для приготовления 1 дм3 раствора с T(HNO3)=0,0063 г/см3? (Ответ: V=
21,5 см3).
7.
До какого объема следует разбавить 1 дм3 0,2 М раствора HNO3, чтобы
получить раствор с T(HNO3)=0,0063 г/см3? (Ответ: до 2,000 дм3).
8.
Сколько 2 М раствора НСl следует добавить к 1 дм3 0,15 М раствора HCl,
чтобы получить 0,2 М раствор? (Ответ:V=27,78 см3).
9.
Вычислить молярную концентрацию раствора HNO3, если на титрование
0,2500 г химически чистой Na2CO3 израсходовали 20,50 см3 этого раствора.
(Ответ: С=0,2301М).
10. Растворением навески тетрабората натрия (буры) 0,6227 г приготовили
200 см3 раствора; 20 см3 этого раствора оттитровали 19,5 см3 раствора HCl.
Вычислить нормальность раствора буры и молярную концентрацию
раствора НС1. (Ответ: С(буры)=0,01633 моль/дм3; С(HCl)=0,1675 М).
11. Вычислить массовую долю индифферентных примесей в образце
технической азотной кислоты, если навеска ее 1,000 г оттитрована 24,00 см3
КОН; Т(КОН)=0,01120 г/см3. (Ответ: 68.56%).
12. Навеска уксусной кислоты 1,000 г растворена в мерной колбе
вместимостью 200 см3. На титрование 20 см 3 этого раствора израсходовали
15,50 см3 раствора NaOH; T(NaOH)=0,004088 г/см3. Вычислить массовую
долю CH3СООН в образце. (Ответ: 95,12%).
13. К анализируемому раствору хлорида аммония прибавили 25,00 см3
раствора NaOH с T(NaOH)=0,004500 г/см3. Затем кипячением удалили из
раствора аммиак, а избыток NaOH оттитровали 10,50 см3 раствора НС1 с
Т(HCl)=0,003750 г/см3. Вычислить массу аммиака в анализируемом растворе.
(Ответ: m=2945 мг).
14. Вычислить величину навески химически чистого СаСО3, если после
обработки ее 50,00 см3 0,2 М раствора НС1 на титрование остатка кислоты
израсходовано 10,00 см3 раствора NaOH. Установлено, что на титрование
25,00 см3 NaOH расходуется 24,00 см3 HCI. (Ответ: m=404,3 мг).
15. Вычислить рН раствора, полученного при титровании в момент, когда к
20 см3 0,2 М раствора добавлен 0,2 М раствор NaOH в количестве: а) 17,00 см3;
б) 20,00 см3; в) 21,00 см3.(Ответ: а) 1,8; б) 7; в) 12,8).
16. Определить скачок титрования при нейтрализации 0,01 М раствора HCI
0,01 раствором NaOH и подобрать индикатор для этого титрования.
17. Определить скачок титрования при нейтрализации 0,05 М раствора
CН3СOOH 0,1 М раствором NaOH и подобрать индикатор для этого
титрования.
18. Вычислить рН раствора, полученного при титровании в момент, когда к
10 см3 0,2 М раствора NH4OH добавлен 0,1 М раствор НС1 в количестве: а)
10,00 см'; б) 15,00 см3; в) 20,00 см3. (Ответ: а) 9,3; б) 9,9; в) 5,1).
19. Можно ли точно оттитровать 0,01 М раствор HCI 0,01 М раствором
NaOH с бромфеноловым синим (рТ=3.8)?(Ответ: нет).
20. Можно ли точно оттитровать 0,01 М раствор СН3СООН 0,1 М раствором
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
NaOH с нейтральным красным (рТ=7)? (Ответ: нет).
21. Вычислить погрешность титрования 20 см 3 0,1 М раствора СН3СООН
0,1 М раствором NaOH до pH=10 (Ответ: OH=0,2%).
22. Вычислить погрешность титрования 20 см 3 0,1 М раствора NH4OH 0,2 М
раствором НС1 до рН=4. (Ответ: Н+=0,075%).
23. На титрование навески 0,7092 г натриевого щелочного вещества в
присутствии фенолфталеина расходуется 12,95 мл, а в присутствии метилового
оранжевого 26,02 мл 0,5100 н. раствора серной кислоты. Что является основным
продуктом в исследуемом веществе и какова его массовая доля? (Ответ: Na2СО3;
98,7%).
24. Какую навеску 80% карбоната натрия надо взять, чтобы на титрование
ее с фенолфталеином пошло 20 мл 0,1000 н. раствора HСl.(Ответ: m=0,2650 г).
25. Какой из индикаторов (метиловый оранжевый, фенолфталеин, лакмус)
пригоден для титрования: a) C6H5COOH+NaOH; б) HCOOH+NaOH;
в) HNO3+NaOH; г) NH3+HCl; д) Na2CO3+HCl; e) Nа2СО3+2 НС1; ж) KCN+HCl;
з) Na3PO4+HCl; и) Na3PO4+2 HCl?
26. В каком случае (из двух сравниваемых) величина скачка титрования
будет больше: а) 0,1 М NH3+0,1 М HCl и 0,1 М NaOH+0,1 М HCl; б) 0,1 М
СH3СОH+0,1 M NaOH и 0,1 М HCl+0,1 М NaOH; в) 0,1 М HF+0,1 М NaOH и
0,1 М HIO3+0,1 M NaOН?
27. Для нейтрализации 5,0 мл раствора серной кислоты потребовалось 4,82 мл
0,1012 н. раствора едкого натра. Вычислить нормальность и титр кислоты.
28. Сколько мл 0,16 н. раствора хлорида натрия необходимо для осаждения
всего серебра из раствора, содержащего 3,4 г серебра?
29. К 12,0 мл раствора гидроксида калия добавили 20,0 мл 0,12 н. раствора
серной кислоты. Для нейтрализации избытка кислоты потребовалось прилить к
раствору 6,0 мл 0,09 н. раствора гидроксида натрия. Вычислить нормальность
взятого раствора гидроксида калия.
30. К 10,0 мл раствора синильной кислоты добавили нитрат серебра в
избытке. На нейтрализацию полученного раствора, содержащего азотную
кислоту, потребовалось 7,65 мл 0,01966 н. раствора едкого натра. Рассчитать
нормальность раствора синильной кислоты.
31. Сколько мл 36% раствора соляной кислоты ( ρ=1,18 г/мл) потребуется для
приготовления 10 л 0,05 н. раствора?
32. На титрование раствора, содержащего 0,4980 г Na2B4O7•10H2O,
израсходовано 25,2 мл соляной кислоты. Вычислить нормальность и титр
соляной кислоты.
33. Смешали разные объемы 0,004 н раствора едкого натрия и 0,002 н
раствора соляной кислоты. Каково значение рН полученного раствора?
34. Вычислить рН для растворов, в которых [Н+] составляет 0,2; 0,04; 4•10-3;
5•10-6 моль/л.
35. Вычислить [Н+] и [ОН-] для растворов, имеющих следующие значения рН:
1,6; 4,0; 4,52; 9,16; 12,7.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36. Вычислить степень ионизации уксусной кислоты в 0,001 н. раствора и рН
этого раствора ( Кк =1,8•10-5 ).
37. Приготовили раствор, содержащий уксусную кислоту и ацетат натрия в
равных молярных концентрациях. Вычислить рН раствора (Кк=1,8•10-5).
38. Чем можно объяснить, что раствор дигидрофосфата калия имеет кислую
реакцию, а раствор гидрофосфата – щелочную?
39. Что такое интервал перехода индикатора и показатель титрования?
40. Каково соотношение между точкой нейтральности и точкой
эквивалентности?
41. Вычислить рН 0,1н. растворов следующих кислот: азотистой
( Кк =5,1· 10-4), борной (5,8·10-10 ), дихлоруксусной (5,0·10-2), муравьиной (1,8·
10-4 ), сероводородной ( КI=1·10-7 ).
42. Вычислить рН в точке эквивалентности при нейтрализации тех же
растворов кислоты (см. упр. 41) 0,1 н. раствором едкого натра.
43. К 15 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты добавили 21 мл 0,1н. раствора
едкого натра. Вычислить рН полученного раствора.
44. Построить кривую титрования 0,02 н. раствора едкого натра 0,02 н.
раствором соляной кислоты.
45. Содержание соляной кислоты в желудочном соке человека составляет
0,4–0,5 %. Вычислить рН желудочного сока приняв его плотность за 1г/мл.
6.Экспериментальная часть
6.1. Лабораторная работа № 1. Приготовление рабочего титрованного
раствора соляной кислоты
Реактивы:
1. НСl 0,1 н.
2. Na2B4O7 ·10 H20 0,1 н.
3. Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин, смешанный.
Стандартный
раствор
НС1
обычно
готовят
разбавлением
соответствующего объема концентрированной HCl,
полученный раствор
стандартизируют по первичному стандарту (в данном случае Na2B4О7 ·10 H2О).
Тетраборат в водном растворе подвергается гидролизу
Н2ВО3 - – недотитрованная борная кислота, которая ведет себя как основание,
которое может быть оттитровано кислотой:
Суммарное уравнение –
Следовательно, эквивалент тетрабората равен половине молекулярной
массы.
Кроме того, исходный раствор тетрабората натрия представляет собой
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
буферный раствор, у которого СА= СВ, и рН = рК (Н3ВО3) =9,24, то есть
действительно имеет щелочную реакцию.
В точке эквивалентности в растворе будет присутствовать слабая борная
кислота, рН которой можно рассчитать (С=0,1н.):
;
рН = 5,12.
Следовательно, в качестве индикатора можно использовать метиловый
оранжевый (рТ=4,1), смешанный (бромкризоловый синий и метиловый
оранжевый в соотношении 3:1, рТ=5,1) или метиловый красный (рТ=5,2).
Возможно также использование другого смешанного индикатора
(метиленовый красный и метиленовый синий в соотношении 1:1, рТ=5,4),
переход окраски из зеленой (щелочная среда) в красно-фиолетовую (кислая
среда).
Методика. Аликвоту 10 мл первичного стандартного раствора
(Na2B4O7·10 Н2O) переносят в колбу для титрования, разбавляя 20 мл
дистиллированной воды (отмеряют цилиндром или мерным стаканом),
добавляют 1–2 капли индикатора метилового оранжевого и титруют при
перемешивании из бюретки раствором НС1 до перехода окраски раствора из
желтой в оранжевую. Если используют индикатор метиловый красный, то
титрование заканчивают, когда желтая окраска раствора переходит в оранжеворозовую, если смешанный – зеленая окраска переходит в вино-красную.
При титровании с метиловым оранжевым или метиловым красным удобно
пользоваться раствором свидетеля. Готовят его следующим образом. В колбу для
титрования вносят 40 мл воды, 1–2 капли метилового оранжевого и 1–2 капли
0,1 н. раствора НС1 до изменения окраски раствора.
Титрование проводят до тех пор, пока параллельные определения (не
менее трех) не будут отличаться более чем на 0,1–0,2 мл. Данные титрования
занесите в таблицу и рассчитайте нормальность НС1.
V
экв/л
мл
Индикатор VHCl, мл
HCl,
мл
NHCl,
экв/л
6.2. Лабораторная работа № 2. Определение нормальности раствора NaOH
по титрованному раствору НСl
Реактивы:
1. НС1 ( 0,1 н. титрованный раствор).
2. NaOH ( 0,1 н.).
3. Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.
Методика. В колбу для титрования вносят 10 мл раствора NaOH, 1–2
капли индикатора и титруют точным раствором НСl до перехода окраски
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
индикатора. Или делают наоборот: титруют аликвоту кислоты раствором
NaOH из бюретки до появления характерной окраски индикатора, устойчивой в
течение 30 секунд.
При титровании кислоты со щелочью перемешивание не должно быть
слишком интенсивным во избежание поглощения раствором СО2 из воздуха.
Данные титрования занесите в таблицу, аналогичную таблице в
лабораторной работе № 1, и рассчитайте нормальность щелочи.
6.3. Лабораторная работа № 3. Определение содержания хлороводородной
кислоты в растворе с различными индикаторами.
Расчет нндикаторной ошибки
Реактивы:
1. NaOH (0,1н. титрованный раствор).
2. НСl (анализируемый раствор).
3. Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин, смешанный.
Титрование ведется так же, как и в случае стандартизации раствора щелочи.
По данным титрования рассчитывают содержание соляной кислоты в pacтворе (г),
относительную ошибку эксперимента, индикаторную ошибку, ее знак.
6.4. Лабораторная работа № 4. Определение фосфорной кислоты
Реактивы:
1. NaOH (0,1 н. титрованный раствор).
2. Н3Р04.
3. Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.
4. NaH2PO4 ( 0,033 М).
Фосфорная кислота является трехосновной кислотой и не принадлежит к
числу сильных кислот. Константы диссоциации равны:
К1=7,6×10-3; рК1=2,21;
К2=6,2×10-8; рК2=7,21;
К3=4,2×10-13; рК3=12,38.
Прямое дифференцированное титрование возможно по первым двум
ступеням (К1/К2≈105 и К2/К3≈105). Третьего скачка на кривой титрования
наблюдаться не будет.
Подобрать индикаторы можно, рассчитав рН в 1-й и 2-й точках
эквивалентности.
1-я т.э. Состав раствора: NaH2PO4, Н2О.
H2PO4 – амфолит, то есть может быть и кислотой, и основанием.
Индикаторы: метиловый оранжевый и смешанный.
2-я т.э. Состав раствора: Na2HPO4, Н2О.
HPO42- – амфолит, то есть может быть и кислотой, и основанием.
Индикатор: фенолфталеин.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для определения фосфорной кислоты проводят два титрования с двумя
индикаторами. Эквивалентная масса но метиловому оранжевому равна 98 г/моль,
а по фенолфталеину – 49 г/моль.
Методика. В бюретку наливают стандартный раствор щелочи. Для
титрования Н3РО4 до NaH2PO4 отбирают пипеткой 10 мл исследуемого раствора
фосфорной кислоты, прибавляют 10 мл дистиллированной воды, 1–2 капли
метилового оранжевого и титруют щелочью до перехода окраски раствора из
розовой в желтую. (Титрование лучше проводить в присутствии свидетеля. В
качестве свидетеля применяют 0,033 М раствор NаН2РО4. Для приготовления
свидетеля в коническую колбу мерным цилиндром отбирают 30 мл раствора, к
которому прибавляют 1–2 капли метилового оранжевого.) Титрование проводят
не менее трех раз.
Для титрования Н3РО4 до Na2HPO4 отбирают пипеткой 10 мл раствора
фосфорной кислоты, прибавляют 2 капли фенолфталеина и титруют щелочью до
появления розовой окраски.
Данные титрования занести в таблицу:
,мл
,мл
Индикатор
, мл
По данным титрования рассчитайте содержание фосфорной кислоты и
относительную погрешность эксперимента.
6.5. Лабораторная работа № 5. Определение хлороводородной и борной
кислот при совместном присутствии
Реактивы:
1. NaOH (0,1 н. титрованный раствор).
2. Анализируемый раствор, содержащий HCl и СН3СООН.
3. Индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.
При титровании смеси сильной и слабой кислот до начала титрования
концентрация ионов Н+ будет практически равна концентрации сильной
кислоты, так как в ее присутствии ионизация слабой кислоты будет
полностью подавлена. По этой причине при титровании такой смеси с
подходящими индикаторами практически полностью будет оттитрована только
сильная кислота, а затем, если константа ионизации слабой кислоты не очень
мала (КНАn ≥ 10 -7), будет оттитрована и эта кислота. Борная кислота является
слабой кислотой (К = 6,4×10-10), поэтому непосредственно ее оттитровать нельзя.
Но если в раствор добавить некоторые органические вещества (маннит,
глицерин и т.п.), которые образуют с борной кислотой более сильные
комплексные кислоты, то возможно титрование ее с таким индикатором, как
фенолфталеин.
Методика. В бюретку наливают раствор щелочи. Раствор,
содержащий соляную и борную кислоты, помещают в мерную колбу на 100 мл,
доводят до метки дистиллированной водой и хорошо перемешивают. Затем
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отбирают 10 мл раствора, переносят в коническую колбу, добавляют 1–2 капли
метилового оранжевого и титруют раствором щелочи до перехода окраски
индикатора из розовой в желтую. Отмечают количество щелочи, пошедшей на
титрование в присутствии метилового оранжевого (оно соответствует
содержанию соляной кислоты в пробе).
Затем в титруемый раствор добавляют 50 мл глицерина, хорошо
перемешивают содержимое колбы, добавляют 5 капель фенолфталеина и
продолжают титрование до перехода окраски из желтой в оранжево-красную.
Добавляют еще 5 мл глицерина. Если оранжево–красная окраска исчезает,
продолжают титровать до ее появления. Количество щелочи, пошедшей на
титрование раствора в присутствии глицерина и фенолфталеина, соответствует
содержанию борной кислоты.
Поправка. Глицерин может содержать некоторое количество свободной
кислоты, на нейтрализацию которой затрачивается щелочь. Поэтому следует
сделать поправку: в колбу для титрования вносят 10 мл глицерина, смешивают с
20 мл воды, добавляют 5 капель фенолфталеина и титруют до слабо-розовой
окраски. Полученный объем щелочи вычитают из объема, затраченною на
титрование борной кислоты.
Данные титрования занести в таблицу:
V
NNaOH
анализируемого
раствора, мл
VNaOH,
идущий на
титрование
HCl, мл
VNaOH,
,
,
идущий на идущий на идущий на
титрование титрование титрование
Н3ВО3, мл HCl, мл
Н3ВО3, мл
По данным титрования рассчитайте нормальность, массу каждой
кислоты в исследуемом растворе и относительную погрешность эксперимента.
6.6. Лабораторная работа № 6. Определение аммонийных солей
Реактивы:
1. NH4Cl (исследуемый раствор).
2. HCl (0,1 н. титрованный раствор).
3. NaOH (0,1 н. титрованный раствор).
4. CH2O (формальдегид 20%).
5. Индикатор: фенолфталеин.
Ион NH4+ ведет себя в водном растворе как слабая кислота, поэтому
прямое титрование с кислотно-основными индикаторами невозможно.
;
Соли аммония обычно определяют методом обратного титрования и
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
титрования по замещению.
Методика.Метод обратного титрования. В три колбы для титрования
переносят по 10 мл исследуемого раствора соли аммония, добавляют в каждую по
15–20 мл раствора щелочи из бюретки (точно). Колбы оставляют на песчаной бане
и нагревают до исчезновения запаха аммиака. Для того чтобы удостовериться в
полноте отделения, можно в пары, не касаясь горлышка колбы, внести
фильтровальную бумажку, смоченную раствором Hg2(NO3)2. Если в парах есть
аммиак, бумажка чернеет. Растворы в колбах не должны кипеть во избежание
разбрызгивания. Можно каждую колбу закрыть воронкой носиком вниз и затем
воронку обмыть водой. Убедившись в отсутствии аммиака, колбы снимают,
охлаждают. Если объем сильно уменьшился, его разбавляют водой, осторожно
обмывая стенки колбы. Добавляют 1–2 капли фенолфталеина. Титруют
раствором НСl из бюретки до обесцвечивания малинового раствора.
Определение содержания аммиака проводят по формуле для
обратного титрования:
Метод замещения (формальдегидный). Метод основан на реакции
6
Образующаяся в результате кислота эквивалентна определяемой
аммонийной соли, ее титруют раствором щелочи. Аликвоту анализируемого
раствора переносят в колбу для титрования, добавляют из бюретки 5 мл 20%
раствора формальдегида и дают постоять 2 минуты. Затем добавляют 2–3
капли фенолфталеина и титруют из бюретки медленно при перемешивании
раствором щелочи до появления бледно-розовой окраски, устойчивой в течение
30 секунд.
Поправка. Формальдегид содержит некоторое количество муравьиной
кислоты, на нейтрализацию которой расходуется стандартный раствор щелочи,
поэтому следует ввести поправку. В колбу для титрования наливают 10 мл
(двойное количество) 20% раствора формальдегида, добавляют 2–3 капли
фенолфталеина и титруют щелочью до появления бледно-розовой окраски.
Объем щелочи делят на две части, вычитают из общего объема, пошедшего на
титрование исследуемого раствора. Расчет ведется по прямому титрованию:
6.7. Лабораторная работа № 7. Определение карбонатов и бикарбонатов
(карбонатов и щелочи) при совместном присутствии
Реактивы:
1. Na2CO3+NaHCO3 (Na2CO3+NaOH) (исследуемый раствор).
2. НС1 (0,1 н. титрованный раствор).
3. BaCl2 (10%).
4. Индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый.
Раствор Na2CO3 в водном растворе ведет себя как двупротонное
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
основание:
,поэтому возможно прямое и дифференцированное титрование этого
двупротонного основания по ступеням.
Выбор индикатора.
1-я
т.э.
В
растворе
находится
,амфолит,
поэтому
В качестве индикатора можно
использовать фенолфталеин.
2-я т.э. В растворе слабая H2CO3
В качестве индикатора
можно использовать метиловый оранжевый (рТ=4,1) или более удобный
бромкрезоловый зеленый (интервал перехода окраски 3,8–5,4 от желтой к синей).
Поскольку фенолфталеин – индикатор одноцветный, возможно титрование с
двумя индикаторами из одной пробы.
Если в растворе имеется смесь Na2CO3+NaHCO3, то по фенолфталеину
оттитровывается половина Na2CO3, а при дотитровывании по метиловому
оранжевому нейтрализуются NaHCO3 и вторая половина Na2CO3.
Если в растворе Na2CO+NaOH, то есть смесь сильного основания и
слабого, то в первую очередь (по фенолфталеину) оттитровывается NaOH+1/2
Na2CO3. При дотитровывании с метиловым оранжевым нейтрализуется вторая
половина Na2CO3. При этом если при титровании по двум индикаторам объемы
одинаковы (при условии титрования одной аликвоты), то в растворе в обоих
случаях имеется только Na2CO3.
Методика 1. Аликвоту исследуемой смеси 10 мл переносят в колбу для
титрования, добавляют 2–3 капли фенолфталеина и титруют стандартным
раствором HСl до исчезновения розовой окраски. Замечают объем V1.
Затем в эту же колбу добавляют 2–3 капли метилового оранжевого и
дотитровывают до перехода окраски из желтой в оранжевую. Конечный объем V2.
Расчет ведут, учитывая, что V – это объем кислоты, затраченной на титрование
½ Na2CO3 , a V2 – на титрование ½ Na2CO3+NaHCO3. Следовательно, на NaHCO3
затрачено (V2 – 2V1) мл стандартного раствора НС1.
Возможен анализ этой смеси по методу Винклера. Суть его состоит в том,
что в одной части раствора определяют суммарную затрату HCl на титрование
Na2CO3+NaHCO3 (Na2CO3+NaOH) по индикатору с переходом окраски в кислой
области. Во второй части раствора бикарбонат превращают в карбонат, добавляя
избыток щелочи. Затем вводят большой избыток BaCl2, осадив весь карбонат, а
;
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
избыток щелочи титруют раствором HCl до перехода окраски фенолфталеина.
При этом осадок ВаСО3 не затрудняет определение конечной точки титрования.
Методика 2. Аликвотную часть анализируемого раствора 10 мл перенесите
в колбу для титрования, добавьте 2 капли метилового оранжевого и оттитруйте
стандартным раствором до перехода окраски индикатора. Затраченный объем
кислоты соответствует общему содержанию мг–эквивалентов Na2CO3+NaHCO3.
Далее каждую аликвотную часть обрабатывайте отдельно. К аликвоте добавьте
точно измеренный избыток стандартного раствора NaOH (25 мл), затем сразу же
10 мл 10% раствора ВаС12 и 2 капли фенолфталеина. Избыток NaOH немедленно
оттитруйте стандартным раствором HCl до исчезновения розовой окраски.
Холостой опыт. Оттитруйте смесь 10 мл воды, 10 мл раствора BaCl2 , точно
такого же раствора NaOH, который был добавлен к анализируемому раствору.
Разность объемов HCl, пошедших на титрование анализируемого и
холостого растворов, соответствует содержанию NaHCO3. Из найденных
значений объемов рассчитывается среднее значение, определяются нормальности
по обоим веществам и массы Nа2СО3 и NaHCO3 (Na2CO3 и NaOH ) в исследуемом
растворе.
6.8. Лабораторная работа № 8. Определение эквивалентной массы
слабой кислоты
Реактивы:
1. Анализируемый раствор слабой кислоты.
2. NaOH (0,1н. титрованный раствор).
3. HCl (0,1н. титрованный раствор).
4. Индикатор: фенолфталеин.
Методика. Возьмите точную навеску выданной кислоты (0,3 г),
перенесите количественно в мерную колбу на 100 мл, растворите в воде и
доведите до метки. Если кислота в воде мало растворима, добавьте в колбу
немного этанола. Хорошо перемешайте.
Аликвоту 10 мл перенесите в колбу для титрования, добавьте 2 капли
фенолфталеина и титруйте стандартным раствором щелочи до появления
неисчезающей розовой окраски раствора. Рассчитайте эквивалентную массу
кислоты, считая, что образец содержит ее 100%.
Если кислота мало растворима в воде, можно прибегнуть к методу
обратного титрования. Возьмите навеску кислоты (0,1 г), перенесите в колбу для
титрования и растворите в точно известном объеме стандартного раствора
щелочи, а избыток щелочи определите обратным титрованием стандартным
раствором НСl. Рассчитайте эквивалентную массу кислоты и относительную
погрешность эксперимента.
6.9. Лабораторная работа № 9. Определение аммиака в солях аммония
С помощью метода кислотно-основного титрования можно определять
содержание аммиака в солях аммония. Однако непосредственно титровать соль
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
аммония щелочью нельзя из-за отсутствия скачка рН на кривой титрования,
приходится применять косвенные методы титрования, одним из которых
является метод обратного титрования.
Методика. На аналитических весах берут навеску около 0,15 г NH4Cl в
колбу для титрования и растворяют ее в 50–60 мл дистиллированной воды.
Далее к раствору из бюретки прибавляют точно измеренный, но заведомо
избыточный объем титрованного раствора NaОH. Пусть 40 мл. Нагревают до
полного удаления аммиака:
NH4OH=NH3 +Н2О
Нагревание прекращают лишь тогда, когда цвет фильтровальной бумаги,
смоченной раствором Hg2(NO3)2 не изменится при внесении ее в выделяющиеся
пары:
2 Hg2(NO3)2+4 NH3+H2O= [Hg2ОNН2]NO3 +2 Hg+3 NH4NO3
Затем раствор охлаждают, избыток щелочи оттитровывают рабочим
раствором НСI в присутствии метилоранжа.
Вычисление. Пусть СН(NaOH) =0,09964 экв/л, на титрование избытка
щелочи израсходовано 14,60 мл HCl 0,1023 н. Вычисляем, какому объёму
щелочи эквивалентно затраченное на титрование количество НСl:
.
Отсюда следует, что из взятых 40 мл NaOH на реакцию с NH4Cl
затрачено 40-14,96=25,04 мл. Количество эквивалентов щелочи, содержащееся в
этом объеме, составит
.
А так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных
количествах, то такое же количество эквивалента NH4Cl содержалось во взятой
навеске. В данной реакции NH4Cl+NaOH=NaCl+NH3+H2О одна молекула NH3
образуется при затрате 1молекулы NaOH, то Э (NH3) = М/1 = 17,03г/моль.
Следовательно, количество NH3 в навеске составит
.
Далее можно рассчитать % содержания.
6.10. Лабораторная работа № 10. Определение жесткости воды
Жесткость воды зависит от присутствии в ней силен двухвалентных
металлов, преимущественно магния и кальция. Мыло в жесткой воде не
мылится (не дает пены), так как образуются нерастворимые в воде кальциевые
и магниевые соли жирных кислот. Жесткая вода не пригодна для питания
паровых котлов, не используется в химической технологии.
Различают жесткость временную и постоянную. Временная жесткость
обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов и устраняется кипячением,
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при этом гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:
Постоянная жесткость обусловлена присутствием в ней сульфатов и
хлоридов кальция и магния. Ее устраняют химическими методами,
основанными на введении в воду реагентов, обогащающих ее анионами СO32и ОН- – в результате образуются малорастворимые CaCO3 и Mg(OH)2. Для
этого воду обрабатывают гашеной известью или содой:
Для удаления ионов кальция и магния можно применять фосфаты натрия,
буру, поташ и др.
Сумма временной (устраняемой) и постоянной жесткости составляет
общую жесткость воды.
а) Определение временной жесткости
Вода, содержащая гидрокарбонаты кальция и магния, имеет щелочную
реакцию, определение карбонатной жесткости производится непосредственным
титрованием воды хлороводородной кислотой в присутствии индикатора –
метилового оранжевого.
Методика. Отмерить пипеткой указанный преподавателем объем
исследуемой воды (50–100 мл) и перенести ее в коническую колбу для
титрования. Добавить 2–3 капли индикатора метилового оранжевого, в
приготовленную заранее бюретку налить 0,1 н. титрованный раствор
хлороводородной кислоты. Установить уровень на нулевое деление и по каплям
приливать хлороводородную кислоту до изменения окраски раствора от желтой
до оранжево-розовой. Определить объем израсходованной на титрование
хлороводородной кислоты и записать его в таблицу. Титрование повторить еще
два раза, каждый раз доливая в бюретку кислоту до нулевого деления и
ополаскивая колбочку для титрования. Расхождение в объеме кислоты при
титровании не должно превышать 0,05 мл. Результаты опыта записать в
таблицу:
№ титрования
Объем пипетки- Объем раствора Средний объем Нормальность
объем H2O (V1), HCl, пошедшего раствора, HCl раствора HCl,
мл
на титрование, (V2), мл
мл
Временную жесткость воды (в моль экв/л) рассчитывают по формуле
.
б) Определение общей жесткости
В настоящее время жесткость воды определяют комплексометрическим
методом с применением реактива ЭДТА.
Методика. Заполнить бюретку титрованным раствором ЭДТА (0,02 н.).
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отмерить пипеткой указанный преподавателем объем анализируемой воды и
перенести ее в коническую колбу для титрования. Долить дистиллированной
водой до общего объема 100 мл (воду отмерить мензуркой). Добавить 5 мл
буферного раствора ( NH3+H2O +NH4Cl) для поддержания рН в интервале 9–10
и 2–3 капли индикатора – эриохрома черного, при котором раствор окрасится в
красный цвет. Перемешать раствор и сразу титровать из бюретки раствором
ЭДТА до перехода красной окраски в синюю. Титрование повторить 3 раза, как
в опыте (а). Результаты записать в таблицу.
Общую жесткость воды (в ммоль/экв/л) рассчитывают по формуле
.
Вычислить постоянную жесткость:
Жесткость постоянная = Жесткость общая - Жесткость карбонатная.
Список литературы
1.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2001.
2. Угай Я.И. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2001.
3. Степин В.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа,
1994.
4.Васильева З.Г. и др. Лабораторные работы по общей и неорганической химии.
– Л.: Химия,1986.
5. Глинка И.П.Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 2007.
6. Романцева Я.М. и др.Сборник задач и упражнений по общей
химии. – Л.: Химия, 1996.
7.Ахметов Н.С., Азимов М.К. и др. Лабораторные и другие семинарские
занятия по общей и неорганической химии. – М.: Высшая школа,1998.
8. Гольдбрай З.Е., Маслов Е.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.:
Высшая школа,1997.
9.Спицин В.И., Мартыненко Я.И. Неорганическая химия. – М.: МГУ, 1994. –
ч.1,2.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение 1
Произведение растворимости малорастворимых веществ при 18 – 25° C
Вещество
ПР
Вещество
ПР
AgBr
AgCN
Ag2S
AgSCN
AgCl
Ag2CO3
Ag2CrO4
AgI
BaCO3
BaC2O4 · 2H2O
BaCrO4
BaSO4
CaCO3
CaC2O4 · H2O
CaSO4 · 2H2O
CdS
Co(OH)2
CuC2O4
Cu2S
CuS
FeCO3
Fe(OH)2
Fe(OOH)
6 · 10 -13
7 · 10-15
6 · 10-50
1,1 · 10-12
1,8 · 10-10
8,2 · 10-12
4 · 10-12
1,1 · 10-16
5 · 10-9
1,1 · 10-7
1,6 · 10-12
1,1 · 10-10
5 · 10-9
2 · 10-9
1 · 10-5
1 · 10-29
2 · 10-15
2,5 · 10-22
1 · 10-48
6 · 10-36
2,5 · 10-11
1 · 10-15
3,8 · 10-38
FeS
Hg2Cl2
MgCO3
Mg (OH)2
MgS
Mn(OH)2
MnS
NiCO3
Ni(OH)2
PbCO3
PbCl2
PbCrO4
PbI2
Pb(OH)2
PbS
PbSO4
Sb2S3
SnS
SrCO3
SrC2O4 · H2O
SrSO4
Zn(OH)2
ZnS
5 · 10-18
1,3 · 10-18
1,0 · 10-5
2 · 10-11
2 · 10-15
2 · 10-13
2,5 · 10-10
1,3 · 10-7
10-15 ÷ 10-18
7,5 · 10-14
2 · 10-5
1,8 · 10-14
8 · 10-9
2 · 10-16
1 · 10-27
1,6 · 10-8
1 · 10-30
1 · 10-26
1,1 · 10-10
5,6 · 10-8
3,2 · 10-7
1 · 10-17
1,6 · 10-24
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение 2
Степень гидролиза солей (в 0,1 М растворах при 25° С)
Соль
Соль
NH4Cl
Степень
гидролиза, %
0,007
NaH2PO4
Степень
гидролиза, %
0,0004
CH3COONH4
0,50
Na2CO3
4,0
(NH4)2S
99,0
NaHCO3
0,005
NH4HS
7,0
Na2S
99,0
Na2B4O7
0,50
NaHS
0,10
Na2SO3
0,13
NaClO
0,18
NaHSO3
0,0002
KCN
1,20
CH3COONa
0,007
Al2(SO4)3
3,50
Na3PO4
34
Al(CH3COO)3
40,0
Na2HPO4
0,13
Fe(CH3COO)3
32
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
1. Задачи и методы количественного анализа……………………………...3
2. Титриметрический (объемный) анализ……………………………….. 3
2.1. Сущность и особенности титриметрического метода……………….3
2.2. Основные приемы титрования………………………………………….5
3. Метод кислотно– основного титрования……………………………….6
3.1. Сущность метода кислотно– основного титрования………………....6
3.1.1. Метод нейтрализации…………………………………………………6
3.2. Кривые титрования……………………………………………………..7
3.3. Индикаторы метода кислотно– основного титрования……………... 9
3.4. Индикаторные погрешности…………………………………………..10
3.5. Расчеты результатов анализа…………………………………………..11
3.6. Ошибки определения…………………………………………………..11
4. Вопросы для самостоятельной подготовки к коллоквиуму по теме
«Кислотно-основное титрование»………………………………………….12
5. Задачи и упражнения…………………………………………………….12
6. Экспериментальная часть……………………………………………….15
6.1. Лабораторная работа № 1. Приготовление рабочего титрованного
раствора соляной кислоты………………………………………………... ..15
6.2. Лабораторная работа № 2. Определение нормальности раствора
гидроксида натрия по титрованному раствору соляной кислоты…….......16
6.3. Лабораторная работа № 3.Определение содержания хлороводородной
кислоты в растворе с различными индикаторами. Расчет индикаторной
ошибки……………………………………………………………………...17
6.4. Лабораторная работа № 4. Определение фософрной кислоты……..17
6.5. Лабораторная работа № 5. Определение хлороводородной и борной
кислот при их совместном присутствии………………………………….18
6.6. Лабораторная работа № 6. Определение аммонийных солей……... 19
6.7. Лабораторная работа № 7. Определение карбонатов и бикарбонатов
(карбонатов и щелочи) при их совместном присутствии………………..20
6.8. Определение эквивалентной массы слабой кислоты…………………22
6.9. Лабораторная работа № 9. Определение аммиака в солях аммония..23
6.10. Лабораторная работа № 10. Определение жесткости воды…………23
Список литературы………………………………………………………….25
Приложение 1……………………………………………………………….26
Приложение 2……………………………………………………………….27
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
Документ
Категория
Химические науки
Просмотров
331
Размер файла
2 282 Кб
Теги
анализа, количественных, 2447
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа