Вычисления в титриметрическом методе анализа основаны на законе эквивалентов, согласно которому вещества реагируют в эквивалентных количествах

 

Задание №1. Вычисления в титриметрии

 

Вычисления в титриметрическом методе анализа основаны на законе эквивалентов, согласно которому вещества реагируют в эквивалентных количествах.

Если определяемое вещество А реагирует с раствором титранта В по уравнению

ν_АА + ν_ВВ → продукты реакции (1)

или

А + ν_В /ν_А В → продукты реакции (2)

где ν_А > ν_В, означает, что одна частица А будет эквивалентна ν_В /ν_А частицы вещества В.

Эквивалентными массами этих веществ будут ν_АМ(А) и ν_ВМ(В), где М(А) и М(В) – молярные массы веществ А и В, а ν_А и ν_В – стехиометрические коэффициенты; ν_В /ν_А= 1/z(B)

М_Э (А)= 1/zМ(А) (3)

М_Э(В)= 1/zМ(В) (4)

где М_Э(А), М_Э(В) – молярные массы эквивалентов веществ А и В; z – эквивалентное число, 1/z – фактор эквивалентности, показывающий, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иона водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной реакции окисления –восстановления.

Фактор эквивалентности является безразмерной величиной, равной или меньшей единицы.

Для любой химической реакции

ν_Э(А) = ν_Э(В) (5)

Сэ(А)·V(А) = Сэ(В)·V(В) (6)

где ν_Э(А), ν_Э(В) – количество молярных эквивалентов веществ А и В соответственно, С_Э, С_В - молярные концентрации эквивалентов растворов веществ А и В соответственно; V(A), V(B) – объемы растворов веществ А и В.

Молярной концентрацией эквивалента называют отношение количества вещества эквивалента в растворе к объему раствора(размерность моль/л, допускают написание мольэкв/л)

Например, С(1/2H₂SO₄) = 0,1 мольэкв/л или 0,1 н

Соотношение (6) выражает важное следствие из закона эквивалентов, применяющееся для расчетов в титриметрии.

Если А – определяемое вещество,а В – титрант, то

Сэ(А)) = Сэ(В)·V(В)/V(A) (7)

Наряду с молярной концентрацией эквивалента в титриметрическом анализе используют и другие способы выражения концентрации раствора: молярную. концентрацию эквивалента с поправочным коэффициентом, титр раствора, титр по определяемому веществу (условный титр)

Поправочный коэффициент равен отношению истинной концентрации (С_ист) титранта к табличной его концентрации (С_табл), для которой заранее можно рассчитать, какой массе определяемого вещества соответствует 1 мл титранта. Если истинная молярная концентрация эквивалента NaOH равна 0,1048, то поправочный коэффициент

К = С_ист/ С_табл, = 0,1048/0,1 = 1,048 (8)

При расчете результатов титрования учитывают поправку, умножая на нее (С_табл).

Титр титранта (масса вещества в 1 мл раствора):

, г/см³ (8)

Масса определяемого вещества в заданном объеме раствора m(A)

m(A) = T(A)· V, г (9)

где V- заданный объем раствора, мл (см³)

Титр по определяемому веществу

 

 

Варианты заданий РГР

Примечание. Для четных номеров перечня заданий принять А=NaOH, B=H₂SO₄; для нечетных – A=KOH, B=HCl

№п/п	Исследуемый раствор (А)	Титрант(В)
СЭ	V	T	m	CЭ	V	T	m
	0,05 0,10 0,15 0,10 0,12 0,20   0,10   0,15 0,20   0,07 0,10   0,05 0,10 0,15 0,10 0,12 0,14   0,10	5,0 10,0   5,0 5,0   10,0 5,0 10,0   5,0 5,0 5,0 10,0 5,0 10,0   5,0 10,0 5,0 5,6 10,0 5,0		0,4000	0,05 0,20 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14     0,11     0,08     0,05 0,20 0,18 0,17 0,16 0,15 0,20     0,11	5,0   5,0   5,6 8,0   5,4 5,5   5,2     5,0   5,0   8,0     5,4	7,35·10-2 1,23·10-2 3,65·10-3     7,35·10-2	5,8800   14,7000     0,9100   5,8800 14,700

Задание №2.Определение кислотности воды

Вода хозяйственно-питьевого назначения должна иметь рН 6,5-8,5.Это условие является стандартом качества воды. Такое требование связано с удовлетворением физиологических потребностей человека. Для большинства природных источников величина рН не выходит за эти пределы.Первая стадия закисления соответствует снижению рН до 5,5, вторая стадия – от 5,5 до 5,0, третья стадия – до 4,5 – 4,0. Величина рН характеризует такой показатель воды как кислотность. В природных водах кислотность воды обусловлена прежде всего содержанием растворенного в ней углекислого газа, гуминовых и слабых органических кислот, не приводящих к понижению рН ниже 4,5.

Значение рН – мера кислотности среды, активной кислотности. Это концентрация ионов водорода (рН5, следовательно, [Н⁺]= 10^-5 моль/л)

Для количественной характеристики кислотности используют также показатель«общая кислотность» (КО), выражающаяся через концентрацию молярного эквивалента кислоты и определяющаяся количественно титриметрически с титрантом щелочью в присутствии индикатора фенолфталеина

Таким образом, под общей кислотностью воды понимают содержание в ней веществ, вступающих в реакцию с сильными щелочами, т.е. с гидроксид-ионами.

Активная кислотность (КА) составляет только часть общей кислотности и тем большую, чем выше степень диссоциации кислот, присутствующих в воде.

Свободная кислотность (КС) применяется для характеристики растворов с рН≤ 4,5 и выражается количеством молярных эквивалентов щелочи, необходимых для нейтрализации 1 л раствора до рН4,5. Свободная кислотность, обусловленная наличием в анализируемых пробах воды свободных кислот, определяется титрованием в присутствии индикатора метилового оранжевого до рН4,5 (рТ4,0).

рТ (показатель титрования индикатора) – величина рН, при которой заканчивается титрование с данным индикатором. Показатель титрования находится обычно в середине интервала перехода индикатора. У метилового оранжевого рТ 4,0, у фенолфталеина 9,0. У правильно подобранного индикатора рТ практически совпадает с рН в точке эквивалентности.

На практике часто оперируют такими понятиями как первичная и вторичная кислотность. Первичная кислотность обусловлена наличием в воде свободных кислот. Вторичная кислотность – кислотность, обусловленная гидролизом солей слабых оснований и сильных кислот.

Количественное определение кислотности основано на методе кислотно-основного титрования. В зависимости от поставленной задачи выбирают соответствующий индикатор (фенолфталеин или метиловый оранжевый) и титруют анализируемую пробу воды стандартным (0,1н) раствором щелочи.

При титровании в присутствии фенолфталеина происходит нейтрализация щелочью слабых кислот, точка эквивалентности соответствует щелочной среде (рН>7, 8,38). При титровании в присутствии метилового оранжевого точка эквивалентности фиксируется в кислой среде (рН<7, 4,0).

Расчет результатов анализа Х_фф или Х_мо проводят по формуле, соответствующей принципу эквивалентности:

(13)

где С_NaOH – молярная концентрация эквивалента щелочи, моль/л;

V_NaOH – объем раствора щелочи, пошедший на титрование, мл;

V_в – объем пробы воды, взятый для анализа, мл

10³ – пересчетный коэффициент моль/л на ммоль/л

Индивидуальные задания РГР

Используя полученные исходные данные, рассчитать общую и свободную кислотность образцов воды.

 

Варианты	Показатели титрования
Vв, мл	VNaOH, мл	CNaOH, моль/л	Хфф ммоль(э)/л	Хмо ммоль(э)/л
	- - -	-	0,05 0,1     0,1 0,05 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 - 0,1 0,05 0,1 0,05 0,1     0,1	-   - - -	- -   -   - - - - - -

 

 

Задание №3

Варианты	Титрант (HCl)	Анализируемая вода
	СHCl моль/л	VHCl, мл	Vв, мл	Що, ммоль/л
	0,05 0,10 0,15   0,12 0,05 0,10   0,11 0,07 0,12   0,15 0,10 0,02			20,0 7,5 60,0   10,0 30,0 24,0   17,5 19,2 4,8   4,0 8,0 5,0