Общая характеристика метода - раздел Химия, СБОРНИК ЗАДАЧ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ В Основе Метода Лежит Реакция Передачи Протона От Титранта К Определяемо...
В основе метода лежит реакция передачи протона от титранта к определяемому веществу или наоборот:
НА + В → НВ+ + А-
кислота основание сопряженная кислота сопряженное основание
Одним из частных случаев кислотно-основного титрования является титрование сильной кислоты сильным основанием, и раствор в т. э. становится нейтральным. Поэтому метод кислотно-основного титрования иногда называют методом нейтрализации.
Рабочие растворы метода — это растворы кислот (ацидиметрия) и щелочей (алкалиметрия). На практике обычно используют вторичные стандартные растворы НС1, H2SO4 и NaOH, точную концентрацию которых устанавливают по первичным стандартам (H2С2О4 . Н2О, Na2B4O7 . 10H2O и др.)
Фиксирование к.т. т. проводят с применением кислотно-основных индикаторов.
Достоинства метода. Метод кислотно-основного титрования характеризуется высокой точностью. Погрешность определения составляет 0,1 - 0,2%. Рабочие растворы устойчивы. Метод позволяет проводить определение многих неорганических и органических веществ различных классов. Для фиксирования к. т. т. существуют различные кислотно-основные индикаторы.
7.2 Индикаторы кислотно-основного титрования
Определение к. т. т. в методах кислотно-основного титрования основано на резком изменении рН вблизи т. э.
Кислотно-основные индикаторы - это слабые органические кислоты или основания, окраска которых изменяется при изменении рН среды. К ним предъявляются следующие требования: а) окраска индикатора при близких значениях рН должна явно различаться; б) изменение окраски должно происходить контрастно в небольшом интервале значений рН; в) окраска индикатора должна быть достаточно интенсивной; г) изменение окраски должно быть обратимым; д) количество кислоты или щелочи. необходимое для изменения окраски индикатора, должно быть достаточно мало, чтобы не искажать результаты титрования.
Теория индикаторов
С точки зрения протолитической теории различают индикаторы кислотного (HInd) и основного (IndOH) типов. В растворах индикаторы могут существовать и ионизированной или молекулярной формах, которые находятся в равновесии. Равновесие характеризуется константой кислотной или основной диссоциации. Так, для индикаторов кислотного типа:
HInd = H+ +Ind- ;
Ka = [H+] [Ind-]/[HInd], где [H+] и [Ind-] молярные концентрации протонов и анионов, а [HInd] - концентрация непродиссоциировавших молекул индикатора.
Для индикаторов основного типа Ind + Н+ = IndH+;
Kb = [IndH+]/[Ind].[H+]
Ионизированная и молекулярная формы индикаторов имеют различный цвет.
В соответствии с хромофорной теорией (О. Витт) цветность кислотно-основных индикаторов обусловлена наличием в них хромофоров и ауксохромов.
Хромофоры - это ненасыщенные группы атомов, обусловливающие окраску молекул (азо-, нитро-, нитрозо- и другие группы ).
Реакции протонного переноса для таких соединений сопровождаются структурными изменениями с образованием, исчезновением или изменением структуры хромофорных групп.
При изменении рН среды кислотно-основные индикаторы участвуют в протолитических равновесиях, что сопровождается структурными изменениями и таутомерными превращениями индикаторов и приводит к изменению их окраски.
Основные характеристики индикаторов
Интервал перехода окраски индикатора кислотно-основного титрования - это область значений рН, где человеческий глаз фиксирует полное изменение окраски.
Для расчета интервала перехода рассмотрим равновесие
HInd ↔ H+ + Ind-. Константа этого равновесия: Ka = [H+] [Ind-]/[HInd]
Выразим [Н+]:
[H+] = Ka . [HInd] / [Ind-]
После преобразования получим основное уравнение теории индикаторов:
рН = pK(HInd) - lg([HInd]/ [Ind-]), где рН = -lg[H+] , pK(HInd) = -lgKa
Человеческий глаз фиксирует резкое изменение окраски, когда отношение концентраций различным образом окрашенных форм составляет 1:10 или 10:1. С учетом этого получим выражение для интервала перехода индикатора: DрН = pK(HInd)±1.
Интервал перехода окраски индикатора – это интервал изменения значения измеряемого параметра раствора (рН – метод нейтрализации, электродного потенциала (Е) – метод окислительно-восстановительного титрования, рМе – метод комплексонометрии), в котором отношение концентраций различным образом окрашенных форм составляет от 1:10 до 10:1.
Показатель титрования (рТ) - это значение рН при котором заканчивается титрование. Это оптимальное значение рН, при котором наблюдается наиболее резкое изменение окраски индикатора. Для двухцветных индикаторов: рТ ~ pK(HInd)
Правило выбора кислотно-основного индикатора
В идеальном случае индикатор должен менять окраску точно в т. э., однако на практике обычно достаточно, если индикатор изменяет цвет при прибавлении одной последней капли титранта вблизи т.э.,т.e. необходимо, чтобы индикатор изменял свой цвет тогда, когда происходит скачок титрования. Отсюда следует правило выбора индикатора.
Для каждого данного титрования можно применить только те индикаторы, показатель титровании которых лежит в пределах скачка рН на кривой титрования. Интервал перехода окраски индикатора должен полностью или частично укладываться на скачок рН кривой титрования. рТ индикатора должен но возможности совпадать со значением рН в
т. э. или быть близким к этому значению.
7.3 Логарифмические кривые кислотно-основного титрования
Кривые кислотно-основного титрования - это графическая зависимость рН раствора от объема добавленного титранта или степени оттитрованности. Для упрощения расчетов обычно не учитывают разбавление раствора в процессе титрования, а также используют концентрации, а не активности.
Линия нейтральности это прямая, параллельная оси абсцисс и пересекающая ось ординат при рН=7.
Титрование сильной кислоты сильным основанием
Реакция:
HCl + NaOH = NaCl + Н2О.
Состав раствора в различные моменты титрования и формулы для расчета рН:
1) до начала титрования. В растворе находится НС1 в исходной концентрации, рН определяется диссоциацией сильной кислоты:
pH = -lg[H+]исх. = - lg[HCl]
2) до т.э. В растворе находятся неоттитрованная HCI, образовавшаяся соль NaCl и вода). pН определяется диссоциацией сильной кислоты:
pH = lg[H+]ост.= -lg[V0 (HCl) . C0(HCl) – V(NaOH) . C(NaOH)]/V0 (HCl), где V0 (HCl) и C0(HCl) – первоначальный объем и концентрация титруемого раствора соляной кислоты, V(NaOH) и C(NaOH) – объем и концентрация, добавленного в данный момент раствора щелочи.
Если первоначальная концентрация кислоты равна концентрации раствора щелочи (C0(HCl) = C(NaOH)), то рН = -lg[C0(HCl) . (1 – V(NaOH)/V0 (HCl))].
Используя степень оттитрованности f = V(NaOH)/V0 (HCl), получаем: рН = -lg[C0(HCl) . (1 – f)].
3) в т.э. В растворе находятся NaCl и Н2О. pН определяется автопротолизом Н2О:
pН= 7 ;
4) после т.э.. В растворе находятся NaCl и избыток титранта NaOH. pН определяется диссоциацией сильного основания: рН = 14 + lg[OH-]изб. =
14 + lg[V(NaOH) . C(NaOH) - V0 (HCl) . C0(HCl)]/ V0 (HCl).
Если первоначальная концентрация кислоты равна концентрации раствора щелочи (C0(HCl) = C(NaOH)), то рН = -lg[C0(HCl) . (V(NaOH)/V0 (HCl) – 1)] или рН = -lg[C0(HCl) . (f – 1)].
Например, в таблице 1 приведены данные расчета зависимости изменения рН раствора при титровании 10 мл 0,1 М раствора соляной кислоты 0,1 М раствором гидроксида натрия от объема добавленного раствора щелочи (без учета изменения первоначального объема раствора в ходе титрования).
Все темы данного раздела:
СБОРНИК ЗАДАЧ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Минск
УДК 543(075.8)
ББК 24.4
Рецензенты:
Рекомендовано к изданию НМС МГЭУ им. А. Д. Сахарова
(протокол № 7 от 2
Пырко А. Н.
Сборник задач и контрольные задания по аналитической химии / А. Н. Пырко. Мн. 2010. 140 с.
Сборник включает теоретические сведения основ аналитической химии
ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
Все расчеты в химии вообще и в аналитической в частности основаны на законе эквивалентов: Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.
Эквивалент - это реальная или у
Способы выражения концентрации растворов
Все расчеты в аналитической химии осуществляются с использованием различных выражений концентраций веществ. Определение количества вещества в растворе – это определение его концентрации в данном ра
Связь различных способов выражения концентрации растворов
Очевидно, что значение концентрации растворенного вещества в данном растворе зависит от способа ее выражения, причем, существует определенная зависимость величин концентраций. Например, если концен
Ионная сила и рН растворов
Большинство аналитических определений осуществляется в растворах, поэтому необходимо знать их основные свойства. Важным свойством раствора является его ионная сила, которая определяется как полусум
Расчет рН растворов разных электролитов
При определении концентрации кислот и оснований важное значение имеет расчет рН растворов. Можно выделить несколько видов кислотно-основных растворов: сильной кислоты или основания, слабой кислоты
Решение типовых задач
1. Определить число эквивалентности гидроксида кальция z1 и дигидрофосфата алюминия z2 в реакции: 9 Ca(OH)2 + 2Al(H2PO4)3 = 2Al(OH)
Задачи для самостоятельного решения
1. К 100 мл 0,1 М раствора серной кислоты прибавили 100 мл 0,4 н раствора гидроксида натрия. Определить рН полученного раствора?
Ответ: рН = 13.
2. К 100 мл 0,2 н
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ (ВЕСОВОЙ) МЕТОД АНАЛИЗА
Гравиметрический метод количественного анализа основан на точном измерении массы определяемого компонента, выделенного в свободном состоянии или в виде соединения определенного состава. Это ме
Общая характеристика метода
Гравиметрический метод широко используется для анализа различных объектов с высоким содержанием определяемого компонента. Достоинства метода: а) высокая точность (относительная погрешность
Решение типовых задач
1. При какой концентрации цианид-ионов кадмий (II) количественно осадится в виде Cd(CN)2? Решение:
равновесие Cd(CN)2 = Cd2+ + 2CN- характеризуе
Задачи для самостоятельного решения
1. Выпадет ли осадок SrSO4, если к 0,01 М раствору SrCl2 прибавить равный объем насыщенного раствора сульфата кальция? ПР(CaSO4) = 4,9 .10-5,
Задачи для самостоятельного решения
1. Сколько грамм NaОН необходимо взять чтобы приготовить 250 мл 0,1 н раствора?
Ответ: 2,0 г.
2. Сколько грамм 90%-ной серной кислоты надо взять, чтобы приготовить
Реакции в титриметрическом анализе
Реакции, лежащие в основе титриметрических методов, должны удовлетворять ряду требований. Главными из них являются следующие: 1) реакция должна протекать с большой скоростью, иначе нельзя
Расчет концентрации веществ на различных участках кривых титрования
I. До начала титрования. В растворе находится определяемое вещество X с исходной концентрацией Со. 2. До т. э. количество неоттитрованного вещества X рассчитывают следующим образом: nэ
Правильно подобранным является индикатор, интервал перехода окраски которого, полностью входит в границы скачка на построенной кривой титрования
Ошибка титрования.
При титровании слабой кислоты может возникнуть гидроксидная (рТ > рН т.э.) или кислотная, обусловленная наличием в растворе неоттитрованной кислоты (рТ < рН
Выбор индикатора титрования
1-я т. э. соответствует рН = 4,5. В этой области лежит интервал перехода метилового оранжевого (DрН = 3,5 - 4,5). 2-я т. э. соответствует рН = 9,21. В этой области происходит изменение окр
Решение типовых задач
1. а) Определить молярную массу эквивалента Na3PO4 при титровании стандартным раствором HCl с индикатором метиловым оранжевым.
б) Определить молярную концентрацию экв
Задачи для самостоятельного решения
1 Рассчитать рН и степень диссоциации 0,1 М раствора HNO2. Как изменятся эти величины при добавлении к раствору нитрита калия до концентрации 0,5 моль/л? Kд(HN
МЕТОДЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ТИТРОВАНИЯ
Общая характеристика методов Методы окислительно-восстановительного титрования основаны на использовании окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Аналитические возможности методов позв
Перманганатометрия
Основой метода являются реакции окисления восстановителей раствором КМnО4 Основные химические полуреакции: а) в кислой среде (рН<4): МnО4- + 8H
Условия проведения и аналитические возможности метода
Титрование проводят при пониженной или при комнатной температуре, так как при нагревании улетучивается иод, уменьшается чувствительность индикаторной реакции. Титрование проводят в
Задачи для самостоятельного решения
1. Определить фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя в реакции:
а) I2 + 2S2O32- = 2I
Общая характеристика метода
Метод является областью метода комплексометрии и основан на реакции образования прочных комплексов ионов металлов с комплексонами (комплексонатов). Комплексоны это полиаминополикарбоновые кисло
Кривые комплексонометрии и способы установления конечной точки титрования (к. т. т.)
При построении кривых титрования используют понятия условных констант устойчивости комплексонатов, условных концентраций определяемого металла и лиганда. Необходимость в этом обусловлена тем, что т
Условия проведения комплексонометрического титрования
1. Необходимо создать оптимальное значение рН. Нижняя граница оптимального для титрования значения рН определяется тем значением рН, при котором комплексонат еще достаточно устойчив. Верхняя границ
Решение типовых задач
1. Определить молярную концентрацию, рабочего раствора ЭДТА (комплексона III), если на титрование навески металлического цинка массой 0,0131 г, растворенного предварительно в кислоте, затратили 18,
Задачи для самостоятельного решения
1. Рассчитать равновесную концентрацию ионов кадмия в 0,1 М растворе [Cd(NH3)4]2+. β([Cd(NH3)4]2+ = 4 . 106
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Электрохимические методы анализа основаны на изучении и использовании окислительно-восстановительных процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном слое раствора электролит
Основные электрохимические методы
Потенциометрия. В потенциометрических методах измеряется разность потенциалов между индикаторным электродом и электродом сравнения в отсутствие тока в электрохимической цепи. В этих условиях
Решение типовых задач
1. Элемент состоит из водородного электрода, опущенного в кровь и каломельного электрода насыщенного раствором KCl, потенциал которо- го равен 0,25В. Определить рН и [Н+] крови п
Задачи для самостоятельного решения
1 Рассчитать окислительно-восстановительный потенциал системы Ag+/Ag0 в 0,1 М растворе AgNO3. Как изменится потенциал при прибавлении к раствору эквивалентного коли
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Хроматография – это способ разделения смеси веществ на отдельные компоненты, основанный на явлении адсорбции и десорбции вещества на поверхности разделяющей подвижную и неподвижную фазы.
СПЕКТРОСКОПИЯ
Спектроскопические методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, т.е. на определении характеристик поглощаемого, испускаемого или рассеянного излучения.
Поглощение в УФ- и видимой областях
Спектры поглощения в УФ- и видимой областях содержат как качественную, так и количественную информацию о поглощающем веществе. Последнее и позволяет использовать их в аналитической химии. Поглощени
Люминесценция
Поглотив квант энергии электромагнитного излучения частица вещества переходит из основного, самого нижнего по энергии (S0) электронного состояния, в более высокое по энер
Инфракрасная (ИК) спектроскопия
Спектры поглощения в видимой и УФ-областях, о которых шла речь выше, возникают в результате электронных переходов в атомах и молекулах. Поглощение же в ИК-области обусловлено переходами между колеб
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Метод ЯМР основан на резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом ядер. Это поглощение наблюдается в сильном магнитном поле, под действием которого энергетические уров
Масс-спектрометрия (МС)
Масс-спектрометрия – один из наиболее эффективных и широко применяющихся аналитических методов. Его отличают высокая селективность, чувствительность и точность.
Принцип метода состоит в то
Химические сенсоры
Химические сенсоры являются удобным аналитическим инструментом, который представляет интерес для исследователей и практиков. Постоянное развитие исследований приводит к созданию новых сенсоров, рас
Решение типовых задач
1. Рассчитать молярную концентрацию тирозина в растворе, если известно, что плотность поглощения (D) электромагнитного излучения с длиной волны λмакс. = 275 нм такого раствора в кюв
Задачи для самостоятельного решения
1. Комплекс катиона алюминия с индикатором комплексонометрического титрования ксиленовым оранжевым имеет максимум в спектре поглощения в водном растворе при λмакс. = 540 нм. Определ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ПРОБА
Первой стадией методики анализа является отбор пробы. Погрешность, возникающую на стадии пробоотбора, часто вносят основной вклад в погрешность результата анализа.Аналитическая про
Отбор проб веществ разного агрегатного состояния
Газы: Используют вакуумные мерные колбы или бюретки с соответствующей запорной жидкостью а также контейнеры, а также контейнеры специальные, представляющие собой сосуды из нержавеющей стали, стекла
Получение лабораторной пробы
Генеральную пробу подвергают усреднению, которое подразумевает гомогенизацию и сокращение. Метод сокращения массы пробы - «квартование». Пробу высыпают на поверхность квадрата и делят по диагонали
Разложение пробы
Пробу необходимо перевести в физическую и химическую форму, приемлемую для анализа. Способы разложения пробы зависят от химического состава образца, природы определяемого образца, цели анализа и ис
Дополнение
Основные математические формулы, знание которых необходимо для решения задач по аналитической химии:
рХ = -lgX, при этом Х = 10-рХ = 10lgX; логарифм ч
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.1. Титриметические и гравиметрический методы анализа. Москва: Дрофа, 2005. – 366 С.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.2. Физико-химические мет
Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем
окисленная форма
количество электронов
восстановленная форма
Е0, В
F2
Константы устойчивости комплексных соединений
Комплексное
соединение
β
lgβ
Комплексное
соединение
β
lgβ
Аналитическая химия
(Вопросы к сдаче зачета)
1. Аналитическая химия (аналитика) и химический анализ. Классификация методов аналитической химии. Понятие о химических, физически
Новости и инфо для студентов