Титриметрический (объемный) анализ

Министерство образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

ЗАВОРОТНЫЙ В.Л., КАЛАЧЕВА Н.А.

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

(для студентов факультета химической технологии и экологии)   МОСКВА 2007

Титриметрический (объемный) анализ. Основные понятия

Титриметрический, или объемный, анализ — метод количественного анализа, основанный на измерении объема (или массы) реагента Т, затраченного на реакцию с определяемым веществом X. Другими словами, титриметрический анализ — это анализ, основанный на титровании.

Титрование — процесс определения вещества Х постепенным прибавлением небольших количеств вещества Т, при котором каким-нибудь способом обеспечивают обнаружение точки (момента), когда все вещество Х прореагировало. Титрование позволяет найти количество вещества Х по известному количеству вещества Т, прибавленного до этой точки (момента), с учетом того, что соотношение, в котором реагируют Х и Т, известно из стехиометрии или как-то иначе.

Титрант — раствор, содержащий активный реагент Т, с помощью которого проводят титрование.

Обычно титрование проводят, прибавляя титрант из калиброванной бюретки в колбу для титрования с анализируемым раствором. В эту колбу перед титрованием вносят аликвотную долю анализируемого раствора.

Аликвотная доля (аликвота) — это точно известная часть анализируемого раствора, взятая для анализа. Часто она отбирается калиброванной пипеткой и ее объем обычно обозначается символом V_п.

Точка эквивалентности (ТЭ) — такая точка (момент) титрования, в которой количество прибавленного титранта Т эквивалентно количеству титруемого вещества X. Синонимы ТЭ: стехиометрическая точка, теоретическая конечная точка.

Конечная точка титрования (KТT) —точка (момент) титрования, в которой некоторое свойство раствора (например, его окраска) оказывает заметное (резкое) изменение. КТТ соответствует более или менее ТЭ, но чаше всего не совпадает с ней.

Индикатор — вещество, которое проявляет видимое изменение в ТЭ или вблизи ее. В идеальном случае индикатор присутствует в достаточно малой концентрации, чтобы в интервале его перехода не затрачивалось существенное количество титранта Т. Резкое видимое изменение индикатора (например, его окраски) соответствует КТТ.

Интервал перехода индикатора — область концентрации ионов водорода, металла или других ионов, в пределах которой глаз способен обнаружить изменение в оттенке, интенсивности окраски, флуоресценции или другого свойства визуального индикатора, вызванное изменением соотношения двух соответствующих форм индикатора. Эту область обычно выражают в виде отрицательного логарифма концентрации (например, рН = lg с(Н₃О⁺)). Для окислительно-восстановительного индикатора интервал перехода представляет собой соответствующую область окислительно-восстановительного потенциала.

Кривая титрования — графическое изображение зависимости изменения концентрации с(Х) определяемого вещества Х или некоторого связанного с ним свойства системы (раствора) от объема V(Т) прибавленного титранта Т. Величина с(Х) в ходе титрования изменяется на несколько порядков, поэтому кривая титрования часто строится в координатах lgc(X) ‑ V(T) или рН -V(Т).

По оси абсцисс откладывают объем прибавляемого титранта V(Т).

Если по оси ординат откладывать равновесную концентрацию с(Х) или интенсивность пропорционального ей свойства, то получают линейную кривую титрования.

Если по оси ординат откладывать lg с(Х) или логарифм интенсивности свойства, пропорционального с(Х), то получают логарифмическую (или монологарифмическую) кривую титрования.

Для более четкого выявления особенностей процесса титрования и в прикладных целях иногда строят дифференциальные кривые титрования, откладывая по оси абсцисс объем прибавляемого титранта V(T), а по оси ординат — первую производную от логарифма концентрации (или интенсивности пропорционального ей свойства) по объему прибавляемого титранта dlgc(X)/d V(X). Такие кривые титрования обычно используют в физико-химических методах анализа, например при потенциометрическом титровании.

Рис. 1. Различные типы расчетных кривых титрования 20 мл 0,1 моль/л раствора НС1 эквимолярным раствором NaOH:

а — линейная кривая титрования; б — логарифмическая кривая титрования; в — дифференциальная кривая титрования

 

На линейных кривых титрования изменение концентрации титруемого вещества или титранта в ТЭ проявляется в форме более или менее четкого излома (рис. 1, а). При постепенном прибавлении титранта. концентрация титруемого вещества уменьшается, что соответствует левой части графика на рис. 1,а. В ТЭ титруемое вещество прореагировало с титрантом полностью, концентрация его практически равна нулю и при дальнейшем прибавлении титранта остается такой же — правая часть графика на рис. 1а совпадает с осью абсцисс. Однако вследствие большого изменения концентрации (на несколько порядков) вблизи ТЭ очень точное определение самой ТЭ и интервала перехода становится затруднительным. Поэтому при применении визуальных индикаторов линейные кривые титрования используют сравнительно редко.

Изменение концентрации в ТЭ на логарифмических кривые титрования (рис. 1б) проявляется (при определенных условиях) четко, в форме скачка. Поэтому логарифмические кривые титрования обычно используют для определения ТЭ и интервала перехода (скачка титрования).

На дифференциальных кривых титрования (рис. 1в) положение ТЭ соответствует максимуму кривой и поэтому определяется достаточно надежно.

Иногда строят билогарифметические кривые титрования, откладывая по оси ординат не логарифм концентрации, а логарифм отношения концентраций сопряженной пары веществ.

Используют также кривые титрования в концентрационно-логариф-мических координатах, когда по обеим осям откладывают логарифмы концентраций веществ, участвующих в реакции.

Реактивы, применяемые в титриметрическом анализе

Первичное стандартное вещество (первичный стандарт) — вещество высокой чистоты, которое применяется для установления концентрации титранта — для… Вторичное стандартное вещество (вторичный стандарт) — вещество, используемое… Первичные стандартные вещества должны удовлетворять ряду требований, важнейшими из которых являются: высокая чистота…

Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе

Молярная концентрация с(А) —- количество растворенного вещества А в молях, содержащееся в одном литре раствора: , моль/л где m(А) — масса растворенного вещества А, г

При их совместном присутствии

Результаты занести в таблицу и показать преподавателю. После его разрешения приступить к приготовлению раствора. Соединение mн, г … Приготовление раствора солей нужной концентрации Рассчитанную навеску солей (или одной соли) взвешивают на аналитических весах и количественно переносят в мерную колбу…

Лабораторная работа № 2

Определение содержания NaОН и Na₂CO₃

При их совместном присутствии

При титровании наблюдаются две точки эквивалентности: первая, когда полностью нейтрализован NaОН и «наполовину» Na2CO3 и вторая, когда… NaОН + Na2CO3 + 2HCl ® 2NaCl + NaHCO3 (фенолфталеин) NaHCO3 + HCl ® NaCl + H2O + CO2 (метиловый оранжевый)

Лабораторная работа № 3

Перманганатометрия

Основным веществом, применяемым в качестве стандартного раствора окислителя, является KMnO4. Обычно титрование стандартным раствором перманганата… Так как реакции окисления-восстановления, совершаемые в присутствии KMnO4,… Установка титра раствора перманганата калия

Лабораторная работа № 4

Дихроматометрия

Определение содержания железа (II) Определение железа (II) основано на прямом титровании ионов железа (II)… 6Fe2+ + Cr2O72‑ + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7 H2O

Лабораторная работа № 5

Иодометрия

Определение содержания меди (II) Ионы меди не могут быть определены прямым или обратным иодометрическим методом… Косвенное иодометрическое титрование основано на взаимодействии Cu2+ и J--, ‑сопровождающееся окислением ионов…

Лабораторная работа № 6

Иодиметрия

Иодиметрия (иодиметрическое титрование) ‑ метод определения восстановителей прямым (или обратным) титрованием стандартным раствором иода.

Определение содержания формальдегида

НСОН + 3 NaOH + J2 = HCOONa + 2NaJ + 2H2O Щелочная среда необходима для прохождения реакции, в результате которой… 3Ј2 + 6NaOH = NaЈO3 + 5NaЈ + 3H2O

Лабораторная работа № 7

Бромометрия

В бромометрии используется способность свободного брома вступать в реакцию с некоторыми органическими соединениями по точному стехиометрическому… Растворы брома неустойчивы и очень токсичны, поэтому в качестве титранта не… При подкислении такой раствор выделяет свободный бром в количестве, эквивалентном взятому количеству бромата:

Определение содержания фенола

C6H5OH + 3Br2 = C6H2Br3OH + 3HBr Избыток непрореагировавшего брома восстанавливают иодидом калия с образованием… Br2 + 2KJ = J2 + 2KBr

Лабораторная работа № 8

Комплексонометрическое титрование

Это метод анализа, основан на использовании реакций ионов металлов с комплексонами, сопровождающихся образованием устойчивых малодиссоциированных… Одним из наиболее широко применяемых комплексонов является двунатриевая соль… При титровании ЭДТА солей металлов протекают следующие реакции в заключительной стадии определения:

Согласно приведенным уравнениям, 1 моль реагирующих с Nа-ЭДТА катионов, независимо от их степени окисления, связывает 1 моль Nа-ЭДТА.

В качестве индикаторов (металл-индикаторов) используются органические красители, образующие с катионами сильно окрашенные комплексные соединения,…

Определение содержания кальция и магния при их совместном

Присутствии

Реактивы Аммиачно-буферная смесь, рН 9; индикаторы: эриохром черный Т - раствор,

Лабораторная работа № 9

Гравиметрический метод

Это метод количественного химического анализа, основанный на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделяемых в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений.

Все многочисленные гравиметрические определения можно разделить на три большие группы: методы выделения, осаждения и отгонки.

Метод осаждения

Соединение, в виде которого определяемое вещество осаждается из раствора, называют формой осаждения. Соединение, в виде которого производят взвешивание, называют гравиметрической… В качестве формы осаждения в гравиметрическом анализе может быть использован далеко не любой осадок.

Определение содержания сульфат-иона

ВаСl2 + H2SO4 = BaSO4 ¯ + 2HCl, которое затем с помощью типовых технических операций выделяется в чистом виде… Реактивы

Вопросы к коллоквиуму № 1

2. Иодиметрия. Индикаторы. Рабочие растворы. Основные условия проведения реакции иода с тиосульфатом. Приготовление и установка титра тиосульфата… 3. Перманганатометрия. Установление титра перманганата калия. Определение… 4. Кислотно-основное титрование. Характеристика метода. Кривые титрования смеси кислот и смеси оснований.…

Вопросы к коллоквиуму № 2

Комплексонометрическое титрование

2. Гравиметрический анализ Осаждение и растворение малорастворимых соединений. Произведение растворимости… Условное произведение растворимости. Растворение малорастворимых соединений. Растворение под действием сильных кислот.…

Формулы для вычисления концентрации ионов водорода и значения рН водных растворов кислот, оснований и солей

Концентрация ионов водорода в водном растворе зависит от концентрации кислоты, основания, соли, от констант диссоциации слабых кислот и слабых оснований и от ионного произведения воды.

рК = ‑ lgK

pc = ‑ lgc

Таблица 1

Формулы для вычисления концентрации ионов водорода или

  Таблица 2

Интервалы перехода окраски кислотно-основных индикаторов

Окислительно-восстановительные индикаторы

Таблица 4

Нормальные окислительно-восстановительные потенциалы (Ео) по

Отношению к нормальному водородному электроду

    Таблица 5

Численные значения коэффициента Стьюдента

Для расчета границ доверительного интервала при доверительной вероятности Р, объеме выборки n, числе степеней свободы f = n ‑1

n	f	Значение t при доверительной вероятности
0,80	0,90	0,95	0,99	0,999
		3,08	6,31	11,07	63,7	636,62
		1,89	2,92	4,30	9,92	31,60
		1,64	2,35	3,18	5,84	12,94
		1,53	2,13	2,78	4,60	8,61
		1,48	2,02	2,57	4,03	6,86
		1,44	1,94	2,45	3,71	5,96
		1,42	1,90	2,36	3,50	5,41
		1,40	1,86	2,31	3,36	5,04
		1,38	1,83	2,26	3,25	4,78
		1,37	1,81	2,23	3,17	4,59
		1,36	1,80	2,20	3,11	4,49
		1,36	1,78	2,18	3,06	4,32
		1,35	1,77	2,16	3,01	4,22
		1,35	1,76	2,14	2,98	4,14
		1,34	1,75	2,12	2,95	4,07
		1,34	1,75	2,11	2,92	4,02
		1,33	1,74	2,10	2,90	3,97
		1,33	1,73	2,09	2,88	3,92
		1,33	1,73	2,09	2,86	3,88
		1,33	1,73	2,09	2,85	3,85
		1,32	1,72	2,08	2,83	3,82
		1,32	1,72	2,07	2,82	3,79
		1,32	1,71	2,07	2,81	3,77
		1,32	1,71	2,06	2,80	3,75
		1,32	1,71	2,06	2,79	3,73
		1,32	1,71	2,06	2,78	3,71
		1,31	1,70	2,05	2,77	3,70
		1,31	1,70	2,05	2,76	3,67
		1,31	1,70	2,05	2,76	3,66
		1,31	1,70	2,04	2,75	3,65
		1,30	1,68	2,02	2,70	3,55
		1,30	1,67	2,00	2,66	3,46
		1,29	1,66	1,98	2,62	3,37
¥	¥	1,28	1,64	1,96	2,58	3,29

 

Задачи

Пример 1

Вычислить молярность и нормальность 49%-ного раствора Н₃РО₄

(r = 1,33).

 

Пример 2

Вычислить процентное содержание Н₂SО₄ в ее пятимолярном растворе

(r = 1,29).

 

Пример 3

Сколько граммов НС1 следует растворить в 250 г воды для получения 10%-ного раствора НС1?

 

Пример 4

В каком количестве граммов воды следует растворить 100 г MgSO₄ 7H₂O для получения раствора, содержащего 5% безводной соли?

 

Пример 5

Вычислить концентрацию карбоната натрия (%), если известно, что 25 г Na₂СО₃ растворены в 250 мл воды.

 

Пример 6

Вычислить молярность раствора Н₂SО₄, если известно, что в 500 мл раствора содержится 49,0 г Н₂SО₄.

 

Пример 7

Вычислить нормальность раствора Н₃РО₄, если известно, что в 250 мл раствора содержится 32,6 г Н₃РО₄.

 

 

Содержание

	стр
Предисловие....................................................................................................
Титриметрический (объемный) анализ. Основные понятия.....................
Лабораторная работа № 1 Определение содержания Na2CO3 и NaHCO3 при их совместном присутствии....................................................................................................
Лабораторная работа № 2 Определение содержания NaОН и Na2CO3 при их совместном присутствии....................................................................................................
Лабораторная работа № 3 Перманганатометрия Определение содержание железа (II)................................................
Лабораторная работа № 4 Дихроматометрия Определение содержания железа (II)...................................
Лабораторная работа № 5 Иодометрия Определение содержания меди (II)...................................................
Лабораторная работа № 6 Иодиметрия Определение содержания формальдегида........................................
Лабораторная работа № 7 Бромометрия Определение содержания фенола......................................................
Лабораторная работа № 8 Комплексонометрическое титрование Определение содержания кальция и магния при их совместном присутствии....................................................................................................
Лабораторная работа № 9 Гравиметрический метод Определение содержания сульфат-иона...........................................
Вопросы к коллоквиуму № 1.......................................................................
Вопросык коллоквиуму № 2.......................................................................
Основная литература.....................................................................................
Приложения ...................................................................................................