ПРИГОТОВЛЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ РАСТВОРОВ

 

Основным раствором в объёмном анализе является титрованный, или стандартный, раствор исходного реактива, при титровании которым определяют содержание вещества в анализируемой пробе.

Приготовление растворов точно известной концентрации требует соблюдения особых правил, исключительной точности и аккуратности в работе. Существуют различные способы приготовления титрованных растворов.

1. Приготовление титрованных растворов из «фиксанала».Очень часто на практике для приготовления титрованных растворов используют приготовленные на химических заводах или в специальных лабораториях точно отвешенные количества твёрдых химически чистых соединений или точно измеренные объёмы их растворов, требуемые для приготовления титрованных растворов определённой нормальности.

Указанные вещества помещают в специальные стеклянные ампулы и запаивают. Такие ампулы и являются фиксаналами. Для приготовления требуемого титрованного раствора содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу и доводят объём дистиллированной водой до метки. Обычно в ампулах содержится такое количество вещества, при перенесении которого в мерную колбу вместимостью 1000 см³ и разбавлении водой получается 0,1 Н раствор. Варьируя объём мерной колбы, из фиксанала можно приготовить растворы более или менее концентрированные.

 

Пример 5. Как из фиксанала H₂SO₄ приготовить 0,2 Н раствор?

 

Решение. Так как концентрация раствора, который необходимо приготовить, в 2 раза больше той, которая получится при растворении содержимого фиксанала в мерной колбе вместимостью а 1000 см³, то необходимо уменьшить объём мерной колбы в 2 раза. Таким образом, необходимо содержимое фиксанала количественно перенести в мерную колбу вместимостью 500 см³, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать.

2. Приготовление титрованного раствора по точной навеске ис­ход­ноговещества. Зная массу растворённого в воде химически чисто­го соединения и объём раствора, вычисляют титр приготовленного раствора. Таким способом готовят титрованные растворы таких веществ, которые можно легко получить в чистом виде и состав которых отвечает точно определённой формуле и не изменяется в процессе хранения.

Взвешивание вещества проводят в пробирке с притёртой пробкой, на часовом стекле или в бюксе. Ввиду того, что некоторые вещества очень трудно получить в чистом виде или трудно взвешивать на аналитических весах, прямой метод приготовления титрованных растворов применяют лишь в отдельных случаях. Таким путём нельзя приготовить титрованные растворы веществ, которые отличаются большой гигроскопичностью, легко теряют кристаллизационную воду, подвергаются действию двуокиси углерода, воздуха и т.д.

 

Пример 6. В 500 см³ растворили 4,6753 г химически чистого карбоната калия. Рассчитать титр и нормальность полученного раствора.

 

Решение. Титр раствора показывает, сколько граммов растворённого вещества содержится в каждом кубическом сантиметре раствора, таким образом:

 

m _K2CO3 4,675 3

Т_K2CO3= ^{______________} = ^___________ = 0,009 350 6 г/см³.

V 500

 

Для вычисления нормальности воспользуемся формулой, связывающей титр и нормальность раствора:

 

N_K2CO3 × Э_K2CO3 T_K2CO3 × 1000

T_K2CO3 = ^{_____________________} => N_K2CO3= ^{__________________} =

1000 Э_K2CO3

 

0,009 350 6 × 1000

= ^{_________________________} = 0,135 3 моль × экв/дм³.

69,1

 

3. Приготовление раствора путём разбавления более концентрированного раствора. На практике часто приходится готовить растворы кислот или щелочей из их концентрированных растворов путём разбавления. Приготовленные таким образом растворы необходимо стандартизировать, т.е. установить их точный титр или нормальность.

 

Пример 7. Как приготовить 200 см³ 0,1 Н раствора серной кислоты из 20 %-ного раствора этой же кислоты плотностью 1,14 г/см³ ?

 

Решение. Найдём массу чистой серной кислоты, содержащейся в 200 см³ 0,1 Н раствора:

 

m _H2SO4 = V × N × Э_H2SO4= 0,2 × 0,1 × 49 = 0,98 г .

 

Определим, в какой массе 20 %-ного раствора серной кислоты содержится 0,98 г безводной H₂SO₄ :

 

в 100 г 20 %-ного раствора содержится 20 г H₂SO₄

в x г – 0,98 г H₂SO₄

 

0,98 ^. 100

x = ^{_______________} = 4,9 г .

Перейдём от массы раствора к его объёму, используя формулу плотности раствора:

 

m 4,9

V = ^______ = ^_______ = 4,3 см³ .

ρ 1,14

 

Таким образом, необходимо градуированной пипеткой на 5 см³ перенести в мерную колбу вместимостью 200 см³ 4,3 см³ 20 %-ного раствора серной кислоты, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать. Далее приготовленный раствор необходимо отстандартизировать по установочному веществу.

4. Установка титра раствора при помощи установочного вещества. Данный способ установки титров основан на приготовлении раствора реактива приблизительно требуемой нормальности и последующем точном определении концентрации полученного раствора.

Титр, или нормальность, приготовленного раствора определяют, титруя им растворы так называемых установочных веществ.

Установочными веществами называют химически чистые соединения точно известного состава, применяемые для установки титра раствора другого вещества.

На основании данных титрования установочного вещества вычисляют точный титр или нормальность приготовленного раствора. Для приготовления тит­рованного раствора растворяют в воде взвешенную на технических весах навеску или смешивают с водой определённый объём раствора данного вещества приблизительно известной концентрации, разбавляют полученный раствор до требуемого объёма и устанавливают его концентрацию по раствору другого (установочного) вещества, концентрация которого точно известна. Раствор химически чистого установочного вещества приготавливают растворением в воде вычисленного его количества и последующим доведением объёма раствора до определённой величины в мерной колбе. Отдельные (аликвотные) части приготовленного таким образом раствора отбирают из мерной колбы пипеткой и титруют их раствором, тир которого устанавливают. Титрование проводят несколько раз и берут средний результат.

Иногда вместо отбора аликвотных частей раствора берут отдельные точные навески установочного вещества, рассчитанные на одно титрование (на 20 – 25 см³ 0,1 Н раствора), растворяют их в воде и полученный раствор титруют. Титрование аликвотных частей, отбираемых с помощью пипеток, называют методом пипетирования; титрование точных навесок – методом отдельных навесок. При определении концентрации раствора вычисления производят, исходя из положения, что в точке эквивалентности произведение объёмов (в см³) реагирующих растворов на их нормальности равны между собой:

 

V_B × N_B = V_A × N_A . (5)

 

Другими словами, в точке эквивалентности объёмы прореагировавших растворов реактива и определяемого или стандартизируемого вещества обратно пропорциональны их нормальностям:

V_B N_A

^_______ = ^______ . (6)

V_A N_B

 

Это правило называют правилом пропорциональности.

 

Пример 8. На титрование 20 см³ рабочего раствора азотной кислоты ушло 15,5 см³ стандартного 0,05 Н раствора гидроксида натрия. Вычислить N_HNO3, T_HNO3, T_{NaOH / HNO3}.

 

Решение. Запишем закон эквивалентов для данного процесса титрования:

 

V_NaOH N_NaOH 15,5 × 0,05

V_NaOH N_NaOH = V_HNO3 N_HNO3=> N_HNO3= ^{_________________} = ^____________ = 0,039 Н;

V_HNO3 20

 

N_HNO3 × Э_HNO3 0,039 ^. 63,01

T_HNO3= ^{__________________} = ^{_________________} = 0,002 457 г/cм³ ;

1000 1000

 

N_NaOH × Э_HNO3 0,05 × 63,01

Т_{NaOH / HNO3}= ^{__________________} = ^{_______________} = 0,003 150 5 г/см³ .

1000 1000

 

Пример 9. На титрование первой навески щавелевой кислоты массой 0,073 45 г ушло 10,6 см³ рабочего раствора гидроксида натрия, на титрование второй навески Н₂С₂О₄ массой 0,069 98 г ушло 9,9 см³ раствора NaOH. Вычислить N_NaOH, T_NaOH, T_{NaOH / H2C2O4}.

Решение. Так как стандартизацию рабочего раствора гидроксида натрия проводили методом отдельных навесок, то усреднять объём NaOH, пошедший на титрование, нельзя. Расчёт концентрации рабочего раствора гидроксида натрия следует вести отдельно по каждой навеске, а затем следует усреднить найденную концентрацию. Зная нормальность NaOH, можно вычислить титры.

 

V_H2C2O4× N_H2C2O4

V_H2C2O4× N_H2C2O4= V_NaOH × N_NaOH => N_NaOH = ^{______________________} .

V_NaOH

 

В полученной формуле выразим N_H2C2O4через титр:

 

V_H2C2O4× T_H2C2O4× 1000 m_H2C2O4× 1000

N_NaOH = ^{______________________________} = ^{_______________________} .

V_NaOH × Э_H2C2O4 V_NaOH × Э_H2C2O4

 

Для первой и второй навески соответственно получим:

 

0,073 45 × 1000

1) N _NaOH = ^{_____________________} = 0,154 моль × экв/дм³ ;

10,6 × 45

 

0,069 98 × 1000

2) N _NaOH = ^{_____________________} = 0,157 моль × экв/дм³ .

9,9 × 45

 

Средняя нормальность раствора NaOH равна

 

0,154 + 0,157

N_NaOH = ^{___________________} = 0,155 5 моль × экв/дм³ ;

 

N_NaOH × Э_NaOH 0,155 5 × 40,01

T_NaOH = ^{___________________} = ^{______________________} = 0,006 222 г/cм³ ;

1000 1000

 

 

Э_H2C2O4 45

T_{NaOH / H2C2O4}= T_NaOH ^___________ = 0,006 222 ^_________ = 0,006 99г/см³ .

Э_NaOH 40,01

 

 

Пример 10. На титрование 2,025 г Na₂C₂O₄ идёт 24,1 см³ раствора KMnO₄. Рассчитать: а) титр раствора перманганата калия; б) тир перманганата калия по оксалату натрия; в) нормальность раствора перманганата калия.

Решение. Вычисления целесообразно провести в следующей последовательности:

m_Na2C2O4 2,025

T_{KMnO4 / Na2C2O4}= ^____________ = ^________ = 0,084 03 г/см³.

V_KMnO4 24,10

 

T_{KMnO4 / Na2C2O4}× 1000

N _KMnO4= ^{_____________________________} .

Э _Na2C2O4

 

Поскольку C₂O₄^2- = 2CO₂ + 2,

 

M _Na2C2O4 134,00

Э_Na2C2O4= ^{_____________} = ^__________ = 67,00 г/(моль × экв) .

2 2

 

0,084 03 ^. 1000

N _KMnO4= ^{____________________} = 1,254 моль × экв/дм³

67,00

 

Так как MnO₄^- + 8H⁺ + 5 = Mn²⁺ + 4H₂O,

 

 

M _KMnO4 158,038

Э_KMnO4= ^{_____________} = ^____________ = 31,61 г/(моль × экв) ;

5 5

 

N_KMnO4× Э_KMnO4 1,254 × 31,61

T_KMnO4= ^{_____________________} = ^{_________________} = 0,039 64 г/см³ .

1000 1000