Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
по аналитической химии для студентов направления 550800
всех форм обучения
Саратов 2009
ВВЕДЕНИЕ
Химический анализ состава вещества подразделяется на качественный и количественный анализ. Задача качественного анализа определить, из каких атомов или ионов состоит исследуемое вещество. Задача количественного анализа определить, в каком количестве атомы или ионы входят в состав вещества. Методы количественного анализа подразделяются на три большие группы.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
гравиметрический (весовой)
титриметрический (объемный)
физико-химические методы анализа
Гравиметрический анализ основан на точном взвешивании продукта реакции и позволяет определить содержание вещества с точностью до. Однако этот метод анализа отличается длительностью (анализ может продолжаться несколько суток) и поэтому не пригоден для использования в производственных условиях.
При титриметрическом анализе измеряется объем реагента, затраченный на реакцию с исследуемым веществом. Современная техника эксперимента позволяет измерить объем реагента с точностью до 10-2 мл. Таким образом, титриметрический анализ значительно уступает гравиметрическому в точности, но позволяет сократить время, затраченное на анализ, до нескольких минут. Такой метод проведения анализа находит широкое применение в заводской практике.
Физико-химические методы анализа основаны на изучении зависимости какого-то конкретного параметра раствора от его состава. Они отличаются высокой точностью (10·г) и быстротой проведения эксперимента. Однако для проведения анализа, как правило, требуется специальная аппаратура. Поэтому наибольшее распространение в производственных условиях получил титриметрический (объемный) анализ.
Особенности титриметрического анализа и условия титрования подробно рассмотрены в данных методических указаниях на примере титрования по методу нейтрализации.
ОБЪЕМНЫЙ АНАЛИЗ
При проведении анализа реагент по каплям добавляют к исследуемому веществу. Такая операция называется титрованием, а метод анализа титриметрическим.
Титрование проводят до установления эквивалентной точки. Эквивалентной точкой называется такое состояние раствора, в котором к исследуемому веществу добавлено строго эквивалентное количество реагента. Момент окончания титрования можно установить при помощи химической реакции или по изменению некоторого физического свойства. Например, при взаимодействии NaOH и НСl эквивалентная точка достигается, когда в реакцию с 40 г NaOH вступает 36,5 г НСl или с 4 г NaOH вступает 3,65 г НСl и т. д.:
NaOH + НСl = NaCl + Н2О
М (NaOH) = 40 г/моль
М (НСl) = 36,5 г/моль
https://pandia.ru/text/78/523/images/image002_1.gif" width="13" height="47 src=">
Основной единицей объема в Международной системе единиц (СИ) является м3; тысячная доля м3 это cм3 (тоже миллилитр, мл). Содержание вещества в одном мл раствора называется титром, обозначается Т (г/мл).
Растворы с известным титром называются mитpованными или рабочими. Зная титр и объем рабочего раствора, затраченный на титрование, рассчитывают количество реагента, вступившее в реакцию с исследуемым веществом:
а (г) = Т (г/мл) V (мл). (1)
Для приготовления рабочих растворов используют специальные вещества, выбор которых обусловлен типом реакции, имеющей место при титровании.
В соответствии с типом реакции различают следующие методы объемных определений: метод нейтрализации, методы окисления восстановления, методы осаждения и комплексообразования.
Для определения точки эквивалентности в объемном анализе используют специальные вещества индикаторы (иногда индикатором является сам реагент). Для точного измерения объемов исследуемого вещества и реагента в ходе анализа используется специальная мерная посуда: мерные колбы, пипетки, бюретки и т. д. Взвешивание веществ производят в бюксах, доведенных до постоянного веса.
Расчет концентрации исследуемого раствора, в соответствии с законом эквивалентов, проводят по формуле (2). Произведение объема на нормальность для исследуемого вещества и реагента есть величина постоянная
С1∙V1= С2∙V2=const, (2)
где С1 и С2 молярные концентрации эквивалентов (нормальности) исследуемого вещества и титранта, соответственно, моль экв/л;
V1, объем исследуемого вещества, л;
V2 объем титранта, израсходованный на титрование, л.
МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
При определении концентраций кислот и оснований используют метод кислотно-основного титрования, в основе которого лежит реакция нейтрализации:
Н+ + ОН-· ↔ Н2О
С помощью данного метода можно определять концентрацию кислот, щелочей, а также солей, имеющих кислую или щелочную реакцию среды в результате гидролиза. Если в качестве рабочего раствора используется кислота, то метод называется ацидиметрия: если рабочий раствор щелочь алкалиметрия. Точка эквивалентности определяется с помощью индикаторов, изменяющих свою окраску при изменении реакции среды.
Для проведения анализа необходимо приготовить стандартные рабочие растворы, титрованные рабочие растворы, а также правильно выбрать индикатор. Стандартными· рабочими растворами в ацидиметрии являются растворы буры Na2B407∙10H20 или соды Nа2СОз ∙5Н2О; титрованными рабочими растворами растворы хлороводородной кислоты, реже других кислот. В алкалиметрии стандартными рабочими растворами являются растворы щавелевой кислоты Н2С2О4∙2Н2О или оксалата натрия Na2C2О4·2H2О.
Метод нейтрализации как метод количественного анализа получил широкое распространение, т. к. реакция среды (рН среды) определяет направление целого ряда физико-химических процессов и химических реакций. Например, процессы окисления восстановления, образования и растворения осадков, коррозии металлов, дубления кожи и т. д. зависят от реакции среды. Таким образом, в производственных условиях постоянно возникает необходимость контролировать реакцию среды.
Лабораторные работы, включенные в данные методические указания, позволяют приобрести необходимые практические навыки для контроля реакции среды и выполняются каждым студентом самостоятельно.
ОБЩИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1. Ознакомление с приемами и методами проведения химического анализа.
2. Изучение особенностей объемного анализа.
3. Ознакомление с методиками приготовления рабочих растворов, стандартных рабочих растворов и вспомогательных веществ.
4. Приобретение практических навыков стандартизации веществ и определения концентрации исследуемых растворов.
5. Приобретение практических навыков прямого, обратного и заместительного титрования.
6. Ознакомление с особенностями проведения расчетов.
О ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ 1-5
Студент пишет отчет о выполненной работе в тетради для лабораторных занятий. Этот отчет должен содержать следующие пункты:
1) номер и название лабораторной работы;
2) формулировку цели работы;
3) основные теоретические положения;
4) порядок выполнения работы;
5) экспериментальные данные;
6) расчеты и выводы по работе.
ТЕХНИКАЭКСПЕРИМЕНТА
2. Получить у лаборанта посуду (колбы и бюкс).
3. Вымыть, высушить и подписать посуду.
4. Взвесить бюкс.
5. Определить объем капли дистиллированной воды, вытекающей из бюретки.
6. Приступить к выполнению лабораторных работ.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
1. Все операции с концентрированными кислотами и щелочами следует проводить только под тягой.
2. Нагревать растворы следует только в специальной тугоплавкой посуде и под тягой.
3. При отмеривании кислот и щелочей следует пользоваться мерными и измерительными пипетками и цилиндрами.
4. Набирать жидкость в пипетки следует только с помощью груши.
Лабораторная работа 1
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СТАНДАРТНОГО РАБОЧЕГО РАСТВОРА БУРЫ
Цель работы : приготовить 200 мл 0,1н раствора буры.
Рабочие растворы подразделяются на стандартные и установленные растворы.
Стандартными называются растворы, которые получают путем растворения точной навески вещества в строго определенном объеме жидкости. Титр таких растворов определяют по формуле:
Т = ; (г/мл), (3)
где a навеска вещества, г; V объем колбы, мл.
Для приготовления стандартных рабочих растворов пригодны вещества, которые удовлетворяют следующим требованиям:
1) вещество должно быть получено в химически чистом виде;
2) состав вещества должен строго отвечать формуле;
3) состав вещества не должен изменяться при хранении;
4) вещество должно иметь достаточно высокую эквивалентную массу, что позволяет уменьшить процент ошибки при взвешивании.
1. Расчет навески:
а = Сн Мэ V /1000, (4)
где а – навеска вещества, г;
Сн нормальность раствора;
Мэ масса эквивалентная вещества, г/моль;
V объем раствора, мл.
Мэ= (Na2B407·10Н2О) = М (Nа2В4О7 10Н2О) / 2 = 2 ·22,9897 + 4·10,8100 + 7·15,994 + 20· 1,0079 + 10 ·15,9994 = 381,3672 /2 = =190,6836 (г/моль)
2. Взвешивание буры:
а = 0,1∙190,6836·200/1000 = 3,8137 (г)
Масса пустого бюкса на технических весах а1.
Масса пустого бюкса на аналитических весах а2.
Теоретическая масса бюкса с навеской а3 =(а2 + 3,8137).
Масса бюкса с навеской на технических весах а4.
Масса бюкса с навеской на аналитических весах a5.
НАВЕСКА ПРАКТИЧЕСКАЯ:
апр= а5-а2 (5)
3. Растворение буры.
Навеску буры из бюкса количественно переносят в мерную колбу на 200мл через воронку. Все кристаллики буры на стенках бюкса и на воронке тщательно смывают в колбу. Бура плохо растворяется в воде, поэтому для ее растворения в колбу наливают небольшое количество горячей дистиллированной воды (150 мл). Содержимое колбы осторожно перемешивают. После того как бура растворится в воде, колбу охлаждают до комнатной температуры и доводят объем в колбе до метки дистиллированной водой комнатной температуры. Колбу плотно закрывают и раствор тщательно перемешивают. Приготовленный раствор переливают в плоскодонную колбу.
4. Расчет нормальности и титра буры.
Cн (практ) = К Сн (теор) = К 0,1. (7)
Т=Сн(практ) ·Мэ(буры) / 1000; (8)
Т = апр / V, где V - объем колбы. (9)
Лабораторная работа 2
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧЕГО РАСТВОРА ХЛОРОВОДОРОД НОЙ КИСЛОТЫ
Цель работы: приготовить 500 мл 0,1 н хлороводородной кислоты HCl.
Промышленная хлороводородная кислота представляет собой жидкость, содержащую примеси и не пригодную для приготовления стандартных растворов. Поэтому из НСl готовят раствор приблизительно заданной нормальности, а точную нормальность устанавливают по стандартному рабочему раствору или по титрованному раствору. Для приготовления растворов из технической кислоты неизвестной процентной концентрации необходимо измерить плотность кислоты с помощью денситометров, затем по справочнику найти процентную концентрацию кислоты и только после этого приступить к приготовлению кислоты.
1. Определение плотности и процентной концентрации кислоты HCl.
Кислоту поместить в цилиндр емкостью 1 л и опустить денситометр. Например, ρ(НСl) = 1,09 г/мл. В справочнике по аналитической химии находим массовую долю (процентную концентрацию) исходной кислоты. В нашем примере -18%-ная HCl.
2. Расчет навески:
а=Сн·Мэ·V/I000, (10)
где, а навеска вещества, г;
Сн нормальность раствора;
Мэ масса эквивалентная вещества, г/моль;
V объем раствора, мл.
3. Расчет массы 18%-ной кислоты, необходимой для приготовления раствора:
ω = , (11)
где ω = 0,18.
Зная m (HCl) (навеска п. 2), находим m (раствора HCl).
4. Расчет объема 18%-ной HCl, необходимого для приготовления кислоты:
V(раствора HCl) = m (раствора HCl) ∙ρ. (12)
5. Приготовление 500 мл 0,1 н HCl.
Необходимый для приготовления объем кислоты, рассчитанный по п. 4, отмерить цилиндром и перенести в мерную колбу на 500 мл. Довести объем в колбе до метки дистиллированной водой, добавляя ее небольшими порциями и тщательно перемешивая содержимое колбы. Приготовленный раствор перенести в плоскодонную или коническую колбу.
Лабораторная работа 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОСТИ И ТИТРА ХЛОРОВОДОРОДНОЙ КИСЛОТЫ
Цель работы: установить нормальность приготовленного раствора НСl по стандартному раствору буры.
Для определения нормальности и титра кислоты необходимо оттитровать кислоту раствором буры. Чтобы определить точку эквивалентности, при титровании необходимо воспользоваться индикаторами. Индикаторами называются вещества, изменяющие свою окраску при изменении реакции среды. Индикаторы в большинстве случаев слабые органические кислоты или основания. В общем виде формулу кислоты или основания можно представить следующим образом:
HInd или KtOH,
где Ind - анион кислоты; Kt+ - катион основания.
Индикатор изменяет окраску, т. к. его молекулы и ионы окрашены в разные цвета. Если в растворе преобладают молекулы, то раствор имеет цвет молекул, и наоборот. Равновесие между молекулами и ионами индикатора можно сместить, изменяя реакцию среды. Например, слабая кислота частично диссоциирует по уравнению:
НInd ↔ Н+ + Ind-.
При добавлении H+ равновесие диссоциации смещается в сторону недиссоциированных молекул кислоты. Кислая среда подавляет диссоциацию, раствор имеет окраску молекул. В щелочной среде Н+ и ОН- взаимодействуют, и равновесие диссоциации смещается в сторону образования ионов. Щелочная среда способствует диссоциации, раствор приобретает окраску ионов. Изменение окраски индикатора происходит в некотором интервале рН, который называется интервалом перехода окраски индикатора. Центральная точка этого интервала называется показателем титрования, обозначается рТ (табл. 1).
Таблица 1
Интервалы перехода окраски некоторых индикаторов
Индикатор | Интервал перехода рН | Значение рТ | Окраска в кислой среде | Окраска в щелочной среде |
Тимоловый голубой | ||||
Метиловый оранжевый | ||||
Метиловый | ||||
Феноловый красный | ||||
Тимоловый голубой (2-й переход) | ||||
Фенолфталеин | бесцветная | малиновая |
||
Тимолфталеин | бесцветная | |||
Ализариновый желтый | сиреневая |
|||
Тропеолин | коричневая |
1. 10 мл буры отмерить мерной пипеткой и перенести в колбу для титрования. Добавить 1-2 капли метилового оранжевого.
2. Бюретку заполнить раствором хлороводородной кислоты.
3. Oттитровать буру раствором хлороводородной кислоты до перехода желтой окраски в желто-розовую. Записать объем HCl, который пошел на титрование, в таблицу 2.
Определение повторить 5 раз.
Таблица 2
Данные для расчета нормальности и титра хлороводородной кислоты
Объем буры, мл | Объем HCl, мл | Средний объем HСl, мл |
Сн буры. Vбуры = Сн (НСl)· V (HCl), (13)
ТНСI = Сн (НСl)·Мэ (HCl)/10
Лабораторная работа 4
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧЕГО PAC ТВ OPA ГИДРОКСИДА КАЛИЯ
Цель работы: приготовить 200 мл 0,1 н раствора КОН.
Гидроксид калия гигроскопическое вещество, активно поглощающее воду и углекислый газ из воздуха. Состав вещества постоянно изменяется, поэтому из такого вещества нельзя приготовить стандартный рабочий раствор. Имея гидроксид калия, готовят раствор приблизительно заданной нормальности, а точную концентрацию устанавливают по щавелевой кислоте или титрованному раствору другой кислоты.
1. Расчет навески:
а = Сн·Мэ·V / 1000, (15)
где а навеска вещества, г;
Сн- нормальность раствора;
Мэ эквивалентная масса вещества, г/моль;
V объем раствора, мл.
2. Взвешивание КОН:
Масса бюкса на технических весах - а1
Теоретическая масса бюкса с навеской - а2
а2 = (а1 + а + 0,4),
где а навеска теоретическая; 0,4 - поправка на карбонаты.
Масса бюкса с навеской на технических весах - а3
Навеска практическая: апр = а3-а1.
3. Растворение КОН.
Навеску КОН перенести в мерную колбу на 200 мл, добавить небольшое количество дистиллированной воды, растворить КОН в воде и довести объем в колбе до метки. Тщательно перемешать содержимое колбы. Перелить полученный раствор в плоскодонную колбу.
Лабораторная работа 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОСТИ И ТИТРА КОН
ПО РАБОЧЕМУ РАСТВОРУ HCl
Цель работы: установить нормальность и титр КОН.
1. 10 мл НСl отмерить пипеткой и перенести в колбу для титрования, добавить индикатор фенолфталеин.
2. Бюретку заполнить приготовленным раствором КОН.
3. Oттитровать НСl раствором КОН до появления бледно-малиновой окраски. Записать объем КОН, пошедший на титрование.
4. Определение повторить 5 раз. Составить таблицу (см. лаб. раб. 3, пункт 3).
Лабораторная работа 6
КОНТРОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Цель работы: определение нормальности и титра серной кислоты H2SО4.
1. Приготовить мерную колбу на 100 мл и получить в нее раствор для исследовании.
2. Довести объем в колбе до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать содержимое колбы.
3. Бюретку заполнить исследуемым раствором (кислотой H2SО4).
4. 10 мл титрованного раствора КОН перенести в колбу для титрования, добавить индикатор (метиловый оранжевый).
5. Оттитровать КОН раствором H2SО4 до перехода желтой окраски в желто - розовую. Определение повторить 5 раз.
Если ошибка определения составит больше 5%, анализ необходимо повторить.
ВОПРОСЫ К ОТЧЕТУ ПО ТЕМЕ
«МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ »
1. Ионизация воды. Водородный показатель.
2. Буферные растворы. Сущность буферного действия. Буферная емкость.
3. Расчет рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований. Закон Оствальда.
4. Сильные электролиты. Коэффициент активности. Ионная сила.
5. Объемный анализ. Сущность объемного анализа. Требования к реакциям, применяемым в объемном анализе. Классификация методов объемного анализа.
6. Способы выражения концентрации растворов. Молярность, нормальность (молярная концентрация эквивалентов), процентная концентрация (массовая доля).
7. Метод нейтрализации. Индикаторы метода нейтрализации. Теория индикаторов метода нейтрализации.
8. Область перехода индикаторов. Показатель титрования индикаторов.
9. Кривые титрования.
10. Титрование сильных кислот сильными основаниями. Титрование слабых кислот сильными основаниями.
11. Титрование слабых оснований сильными кислотами.
12. Титрование многоосновных кислот.
13. Титрование растворов солей.
14. Индикаторная ошибка титрования. Расчет индикаторной ошибки титрования. Влияние различных факторов на показания индикаторов.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1. Приготовление рабочих растворов
Пример 1 . Сколько граммов КОН необходимо взять для приготовления 1,5 л 0,02 н раствора?
Дано: Решение:
Пример 2 . Сколько миллилитров раствора НС1 плотностью 1,15г/см требуется для приготовления 1,5 л 0,2 н раствора?
Дано: Решение:
ρ(НС1)= 1,15 г/см3 | m (HCl) = СН·Мэ∙V (V в литрах) |
V(НСl) = 1,5 л | Мэ(НСl) =М /1 = 36,46 г/моль |
Сн(НСl) = 0,2 н | 1. m (НС1) = 0,2·36,46/1,5 = 10,94 (г). |
2. По справочнику находим, что ρ=1,15 г/см3 соответствует 30% НСl Находим массу 30%-го раствора, необходимого для приготовления кислоты: ω = (mв-ва / mр-ра) 100 => mр-ра = 10,94/0,30 = 36,46 (г). |
|
3. Vр-ра =mр-ра/ρ = 36,46 /1,15 = 31,71 (мл). |
Пример 3. Сколько граммов щелочи, содержащей 92% NaOH, необходимо взять для npиготовления 2 л 10% раствора?
Дано: Решение:
ρ (NаОН) = 0,92 | ω = (mв-ва / mр-ра) 100% |
1). По справочнику находим плотность 10% - ного раствора щелочи, которая равна 1,11 г/см3 Тогда 2 л 10% - ного раствора будут иметь массу: mр-ра = 1,11·2000 = 2220 (г). |
|
ω(NаОН) = 0,1 | 2). Количество чистого NaOH, необходимого для пpиготовления 2 л 10%-ного раствора, находим, используя формулу: ω = (mв-ва / mр-ра)=> mв-ва =2220·0,10=222 (г). |
3). Количество 92% - ного NaOH, необходимого для npиготовления 2 л 10%-ного раствора, определяем по формуле: ρ = mв-ва / m NaOH => m NaOH = 241 (г). |
Пример 4 . Сколько миллилитров 8 н раствора NaOH необходимо взять для приготовления 1 л 0,25 н раствора?
Дано: Решение:
Cн(NaOH) ∙V(NaOH)= V"(NaOH) ∙Cн"(NaOH) |
|
Cн(NaOH)=0,25 н | V(NаОН) = Cн"(NaOH) ∙V"(NaOH) / Cн (NaOH) |
V(NаОН)= 0,25·1 /8 = 0,31 (л). |
|
2. Определение концентрации рабочего раствора
Пример 1 . На титрование раствора, содержащего 0,2584 г безводной соды, расходуется 21,35 мл раствора H2SО4. Определите титр раствора H2SО4.
Дано: Решение:
m(Nа2СОЗ) = 0,2584 г | Nа2СОЗ + H2SО4 = Na2SО4 + СО2 + Н2О |
V(Н2SО4) = 21,35 мл | n(Nа2СОЗ) = n(Н2SО4), n количество вещества эквивалента |
n(Nа2СОЗ) = m (Na2 СО3)/Мэ(Nа2СОЗ) |
|
n(Н2SО4) = Т(Н2SО4)·V(Н2SО4)/ Мэ(Н2SО4) Мэ(Н2SО4) = 49 г/моль m(Na2СО3)/Мэ(Nа2СОЗ)=Т(Н2SО4)·V(Н2SО4)/Мэ(Н2SО4) Следовательно титр равен Т(Н2SО4)= 0,2584∙49 / 53∙21,35 = 0,0442 (г/мл) |
Пример 2. Для установки титра раствора НСl 5,206 г безводной соды растворили в мерной колбе на 500 мл. На титрование 25 мл раствора расходуется 26,18 мл хлороводородной кислоты. Определить нормальность HCl, титр НСl, титр НСl по NaOH.
Дано: Решение:
m(Na2CO3)= 5,2068 г | Nа2СОз + 2HCl = 2NaCl + H2O + СО2 |
V(Na2CO3)= 500 мл | 1) n(Nа2СОз)=n(HСl) |
V1(Na2CO3)=25 мл | n(Nа2СОз)=m(Na2CO3)∙V1(Na2CO3)/Мэ(Nа2СО3)·V(Na2CO3) |
V(HCl)= 26,18 мл | 2) n(HСl)=Cн(HCl)·V(HCl)/1000 |
3) / [Мэ(Nа2СО3)·V(Na2CO3)] = /1000 |
|
Cн(HCl)=/ = 0,1876 г/мл |
|
Т(НСl/NaOH)-? | 4) Т(НСl)=Cн(HCl)∙Mэ(HCl)/1000 (г/мл) 5) Т(НСl/ NaOH)=Cн(HCl)·Mэ(NaOH)/1000 (г/мл) |
3. Вычисление результатов анализа в методе нейтрализации
Пример 1. На титрование 20 мл NaOH израсходовано 22,4 мл 0,0532 н HCl. Сколько граммов NaOH содержится в 1 л раствора?
Дано: Решение:
NaOH + НСl = NaCl + H2O |
|
V(HCl)=22,4 мл | n(NаОН)=n(HCl) |
Сн(HCl)=0,0532 н | n(NаОН)=V(NaOH)∙Сн(NаОН) n(HCl)=V(HCl)·Сн((HCl) |
V(NaOH)·Сн(NаОН)=V(HCl)·Сн((HCl) m(NаОН)=Сн(NаОН)·Мэ(NаОН)=22,4·0,0532·40/20= |
Пример 2 . Вычислите процентное содержание буры (тетрабората натрия) в загрязненном о6разце, если на навеску 0,875 r при титровании идет 20,4 мл 0,212 н раствора HCl.
Дано: Решение:
m(образца буры)=0,8750 г | Na2B4O7 +2НСl+H2O→2NаСl+HBO3 |
V(HCl)=20,4 мл | n(Na2B4O7)=n(HCl) |
Сн(HCl)=0,212 н | n(Na2B4O7)=m(Na2B4O7)/Mэ(Na2B4O7) |
% буры в навеске-? | n(HCl)=V(HCl)·Сн(HCl)/1000 |
1) m(Na2B4O7)=190,7·20,40·0,212/1000=0,824 г |
|
2) %(Na2B4O7)=0,824/0,875=94,2% |
Задачи для самостоятельного решения
1. Сколько мл серной кислоты плотностью 1,07 г/см3 требуется для приготовления 2,5 л 0,1 н раствора?
2. Какую навеску реактива NaOH, содержащего 93% основного вещества, нужно добавить к 10 л 0,1945 м раствора NaOH, чтобы получить 0,2 М раствор?
3. Сколько мл серной кислоты плотностью 1,07 г/см3 с массовой долей H2S04 10% нужно взять для анализа, чтобы на ее титрование пошло 20 мл 2 М раствора NaOH?
4. Чему равна масса серной кислоты, содержащейся в растворе, если на ее титрование расходуется 23,5 мл раствора NaOH с титром 0,005764 г/мл?
5. Вычислить массу оксида кальция, если на титрование его раствора пошло 18,43 мл 0,2135 М раствора HCl.
6. Вычислить массу соли, на титрование которой по метиловому оранжевому расходовалось бы 25 мл 0,2 М раствора хлористоводородной кислоты.
8. Каковы молярность, нормальность и титр раствора серной кислоты, если 20 мл этого раствора оттитровано 25 мл 0,1н раствор едкого натра?
9. Вычислить нормальность и титр раствора HCI, если на титрование 0,1907 г тетрабората натрия израсходовано 10 мл раствора HCl.
10. Сколько мл HNОз плотностью 1,4 г/см3 нужно взять для получения 5 л 0,1 н раствора?
11. Определите нормальность и титр раствора KOH, если на титрование навески 0,1495 н Н2С4Н4О4, растворенной в произвольном объеме воды, пошло 25,20 мл щелочи.
12. Чему равен титр 0,1205 н раствора H2SO4?
13. Чему равна нормальность растворов, содержащих в 1 л:
а) 4,0106 г НСl; б) 4,8059 г H2SO4?
14. Сколько мл 10%-ного раствора с плотностью 1,047 г/см3 добавить к 50 мл 37,23%-ного раствора с плотностью 1,19 г/cм3, чтобы получился 25%-ный раствор НСl?
ЛИТЕРАТУРА
1. Аналитическая химия / М.: Высшая школа, 2003 т.с.
2. Основы аналитической химии / М.: Высшая школа, 2004 т.1, 503 с.
3. Задачи и вопросы по аналитической химии / , М.: Мир, 2с.
МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Методические указания
к лабораторным работам по аналитической химии
Составили.
Т. Бергман, А. Л. Лавуазье и другие исследователи XVIII в. создавали гравиметрический анализ без явных утилитарных целей − анализ был инструментом фундаментальных исследований, средством познания природы. В частности, гравиметрия стала способом изучения состава минералов и органических веществ, а также способом изучения химических процессов. Конечно, эта цель не исключала применения гравиметрии для аналитического контроля конкретных производств (например, металлургического). Однако гравиметрия, особенно метод осаждения, всегда была слишком продолжительна и трудоемка чтобы ее можно было эффективно использовать в заводских лабораториях. В руководстве по анализу минералов В. Лампадиуса (1801) указывалось, что те, кто не может ждать результатов неделями и месяцами, не должны приступать к аналитической работе. Лампадиус имел в виду именно гравиметрический анализ.
Однако производство в отличие от фундаментальной науки не может ждать неделями и месяцами. Для химических и металлургических производств, для обеспечения повседневных нужд торговли и медицины требовались иные методы количественного анализа. Подходящий метод - объемный анализ - был изобретен во Франции, что вполне закономерно. Для французской науки всегда была характерна связь с практикой, и такая связь стала особенно тесной в годы промышленной революции, т.е. в конце XVIII в. и в первой половине XIX в.
Обычно считается, что титриметрический (объемный) анализ создан французским химиком Ж. Гей-Люссаком в 20-30-е гг. XIX в. Такое утверждение можно найти во многих отечественных и зарубежных учебниках. Однако на самом деле это не так. Ж. Гей-Люссак внес большой вклад в развитие титриметрии, да и само это название предложено именно им, но принципы титриметрии разработаны другими учеными. Задолго до Ж. Гей-Люссака методики титриметрического анализа уже применяли в разных странах, особенно во Франции, как в заводских, так и в научных лабораториях.
Титриметрический анализ возник как метод нейтрализации , другие реакции стали использовать несколько позже. Представления о нейтрализации кислот веществами щелочного характера (содой, поташом) имели еще алхимики. Позднее ятрохимики Я. Б. Ван Гельмонт и О. Тахений указывали, что кислоты и щелочи должны реагировать в определенном количественном соотношении, причем в этой реакции образуются растворимые соли. И. Глаубер в начале XVII в. применил реакцию нейтрализации в производстве химических реактивов. Для приготовления селитры он добавлял к азотной кислоте раствор поташа (карбоната калия) до тех пор, пока «оба вещества не лишатся своих враждебных характеристик и не убьют друг друга». Точку нейтрализации И. Глаубер замечал по прекращению выделения пузырьков углекислого газа при добавлении очередной капли раствора поташа.
Нейтрализацию кислот «щелочами» (содой или поташом) в присутствии природных цветных индикаторов изучал Р. Бойль. В 1663 г. он писал, что голубая окраска его индикатора исчезает при добавлении кислоты, но он может восстановить ее, добавляя раствор «щелочи» (соды или поташа). Можно даже судить о «крепости» раствора кислоты по количеству раствора щелочи, которое понадобится для восстановления голубой окраски индикатора. В 1699 г. ученик Р. Бойля, французский химик В. Гомберг попытался использовать найденные таким способом «соотношения сродства» для количественного определения содержания кислот в водных растворах, но не довел эти исследования до конца.
Историки химии выделяют работы Клода Жоффруа (1726), который впервые применил реакцию нейтрализации для оценки качества промышленной продукции (уксуса). Однако ни К. Жоффруа, ни другие французские исследователи, использовавшие в начале XVIII в. реакции нейтрализации, не могут, строго говоря, считаться основателями объемного анализа, так как они измеряли в качестве аналитического сигнала не объем стандартного раствора щелочи, а массу твердого щелочного реагента (поташа или соды). Контролировали процесс по выделению пузырьков газа, вблизи точки насыщения выделение газа прекращалось. По-видимому, объем раствора титранта, затрачиваемого на нейтрализацию исследуемого раствора, впервые стал измерять немецкий аналитик Каспар Нейман (1727), но детали его работы историкам неизвестны. Больший интерес современников вызвала работа шотландца Ф. Хоума (1756), который применял ту же реакцию, что и К. Нейман, а измерял объем титранта (водного раствора кислоты) чайными ложками. Он указывал, что при добавлении каждой порции титранта начиналось бурное, но недолгое выделение газа. Позднее российский исследователь Т. Е.Ловиц проводил титрование уксусной кислоты, добавляя к ней титрант (тарт-рат калия) по каплям, а результат анализа рассчитывал по числу добавленных капель.
Более основательными были исследования У. Льюиса (1767), который определял точку эквивалентности («точку насыщения») не по прекращению выделения газа, а с помощью цветных индикаторов или бумаги, пропитанной этими индикаторами. Для большей точности У. Льюис предлагал измерять не объем, а массу раствора кислоты, затраченного на нейтрализацию пробы. Такие методики вскоре были использованы и для анализа смесей кислот, например соляной и азотной (Гитон де Морво).
Особое значение для развития объемного анализа имели работы французского изобретателя и химика-технолога Ф. Декруазиля (1751-1825), который ввел в употребление мерные пипетки, мерные колбы с тонкой шейкой и, что наиболее важно, изобрел бюретку с делениями (а также огнетушитель, кофеварку и многие другие полезные вещи). Хотя крана на бюретке Декруазиля не было, скорость вытекания из нее титранта можно было регулировать (рис.). Ф. Декруазиль в 1806 г. разработал и опубликовал методики прямого кислотно-основного титрования с применением цветных индикаторов при точном измерении объема титранта. Методики Декруазиля были весьма сходны с современными, но они не были нацелены на определение концентрации растворов или процентного содержания кислот (или щелочей) в технических продуктах. Оценивали качество продуктов, причем в условных единицах - градусах. Так, если расход кислоты на единицу массы поташа был меньше некоторого критического значения, исследуемый поташ считался недостаточно качественным. Не ясно было только, какой именно природный индикатор лучше использовать в том или ином случае.
Очевидно, чтобы титриметрия из метода технического контроля стала универсальным аналитическим методом, пригодным Даже для научных исследований, надо было разработать теоретические представления об эквивалентах и соответствующие способы расчетов. Отметим, что сами значения эквивалентов были получены И. Рихтером (1800) не только весовым, но и объемным методом.
Английский исследователь Дж. Блэк в 1800-1810 гг. существенно расширил возможности метода нейтрализации: он впервые провел обратное титрование щелочей, добавляя к пробе избыток кислоты и оттитровывая непрореагировавшую кислоту раствором карбоната калия. Дж. Блэк также предложил при подготовке растворов кислот или щелочей заранее удалять растворенный в воде углекислый газ, предотвращая соответствующие погрешности анализа. Кроме того, он вносил поправку на тот объем титранта, который расходуется на изменение окраски индикатора в холостом опыте. После работ Ф. Декруазиля и Дж. Блэка принципиальных изменений метода нейтрализации не было в течение нескольких десятилетий. Можно отметить лишь введение новых титрантов - вместо ранее применявшихся растворов поташа и соды с 1846 г. стали применять растворы гидроксидов натрия или калия (А. Бино). Эти реагенты давали более четкий переход окраски цветных индикаторов. А. Бино разработал также остроумный способ титриметрического определения азота в органических веществах, основанный на переводе его в аммиак, отгонке аммиака, поглощении его кислотой и последующем титровании не прореагировавшей кислоты стандартным раствором щелочи. Позднее (1883) этот важнейший аналитический метод определения азота был усовершенствован И. Кьельдалем и с тех пор носит его имя.
важнейшие методы титриметрического анализа (См. Титриметрический анализ). Основаны на реакции нейтрализации (См. Нейтрализация), которая упрощённо записывается в виде Н + + ОН - = Н 2 О. Н. м. позволяют определять содержание кислоты титрованием раствором основания (например, NaOH, KOH) известной концентрации и содержание основания титрованием раствором кислоты известной концентрации (например, HCl). Для установления конечной точки титрования обычно применяют различные Индикаторы химические, четко изменяющие свою окраску. В случае мутных или окрашенных анализируемых растворов применяют инструментальные методы установления конечной точки титрования (потенциометрические, кондуктометрические и др. методы).
Титрование кислот и оснований обычно выполняют в водной среде. В некоторых случаях титрование целесообразно осуществлять в среде органических растворителей, где сила кислот и оснований может быть иной, чем в водной среде (см. также Кислоты и основания). Н. м. широко применяются при химическом контроле многих производств, при научных исследованиях и др.
Лит.: Кольтгоф И. М., Стенгер В. А., Объёмный анализ, пер. с англ., т. 1-2, М., 1950-52.
А. И. Бусев.
- - лабораторный тест, в к-ром Ат иммунной с-ки нейтрализуют, обезвреживают, тормозят биол. активность микроорганизмов, их токсинов и ферментов...
Словарь микробиологии
- - обследования в сельском хозяйстве, совокупность методов сбора, обработки и использования материалов аэро- и космич...
Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
- - Рис. 1. Аппарат Ван Слайка для определения щелочного резерва плазмы крови. Рис. 1. Аппарат Ван Слайка для определения щелочного резерва плазмы крови...
- - нейтрализа́ции реа́кция в микробиологии, серологическая реакция определения иммунологической специфичности антигенов и антител по феномену утраты их биологической активности после взаимодействия...
Ветеринарный энциклопедический словарь
- - 1) методы изучения газового состава крови, основанные на принципе физического и химического вытеснения газов крови, поглощении выделяющихся газов химическими реактивами и измерении давления в замкнутой системе до и...
Большой медицинский словарь
- - совокупность приемов, позволяющих исследовать и прогнозировать развитие природных объектов путем сопоставления прихода и расхода вещества, энергии и других потоков...
Экологический словарь
- - защиты растений, совокупность приемов сокращения численности нежелательных организмов с помощью др. живых существ и биопродуктов...
Экологический словарь
- - метод решения краевых задач математической физики, сводящиеся к минимизации функционалов - скалярных переменных величин, зависящих от выбора одной или нескольких функций...
Энциклопедический словарь по металлургии
- - "..."система нейтрализации отработавших газов" - совокупность компонентов, обеспечивающих снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя;.....
Официальная терминология
- - способы, приемы, средства обеспечения необходимого управляющего воздействия органов исполнительной власти, органов местного самоуправления, осуществляющих исполнительную деятельность, их должностных лиц,...
Административное право. Словарь-справочник
- - I Ван-Сла́йка ме́тоды газометрические методы количественного определения аминного азота, кислорода и углекислого газа крови - см. Азот. II Ван-Сла́йка ме́тоды 1) методы изучения газового состава крови,...
Медицинская энциклопедия
- - методы выявления гистиоцитов в препаратах нервной ткани и различных органов с помощью аммиачного серебра или пиридиново-содовых растворов серебра...
Большой медицинский словарь
- - методы обезвреживания отбросов, содержащих органические вещества, основанные на их разогревании в результате жизнедеятельности термофильных аэробных микроорганизмов...
Большой медицинский словарь
- - метод идентификации вируса, основанный на феномене потери им инфекционности в результате взаимодействия со специфическими антителами...
Большой медицинский словарь
- - взаимодействие токсина со специфическим антитоксином, приводящее к образованию комплекса, не обладающего токсичностью...
Большой медицинский словарь
- - прил., кол-во синонимов: 1 нейтрализовавший...
Словарь синонимов
"Нейтрализации методы" в книгах
16. Механизм реакции нейтрализации
Из книги Химия автора Данина Татьяна16. Механизм реакции нейтрализации Предварить эту статью следует следующим утверждением, которым, несомненно, следует предварять все статьи по химии и ядерной физике – все, где речь идет о химических элементах и их строении. Повторять надо до тех пор, пока этот факт не
5.14. О нейтрализации Любви
Из книги Психоэнергетические основы нравственности автора Баранова Светлана Васильевна5.14. О нейтрализации Любви Внедрив во взаимоотношения между людьми борьбу, негуманоиды, однако, не решили до конца опасный для себя вопрос, связанный с состоянием Любви, возникающей между мужчинами и женщинами. Они заметили, что Любовь зарождается в сердечном центре как
Техники нейтрализации программ
Из книги Йога автора Смирнов ВячеславТехники нейтрализации программ Любая жизненная ситуация, независимо от нашего желания оставляет после себя тот или иной след. Из этих следов постепенно формируется наш опыт, картинка мира, своеобразная призма, через которую мы воспринимаем мир и которая определяет
Отмена нейтрализации Черного моря.
Из книги Том 1. Дипломатия с древних веков до 1872 гг. автора Потемкин Владимир ПетровичОтмена нейтрализации Черного моря. Объясняется эта перемена тем, что 21 сентября Бисмарк подтвердил данное еще в 1866 г. обещание: оказать России полную поддержку в вопросе большой важности - именно, в отмене статей Парижского трактата, которые запрещали России держать
Неудача плана Нокса по нейтрализации
Из книги История Дальнего Востока. Восточная и Юго-Восточная Азия автора Крофтс АльфредНеудача плана Нокса по нейтрализации В начале 1910 г. Государственный секретарь президента Тафта Филэндер Нокс предложил, чтобы международный синдикат купил железные дороги Маньчжурии и «нейтрализовал» наместничество в Китае. План не был лишен разумности. Россия,
Попытка идеологической нейтрализации прошлого
Из книги Катынский синдром в советско-польских и российско-польских отношениях автора Яжборовская Инесса СергеевнаПопытка идеологической нейтрализации прошлого 1985 год открыл шлюзы для духовного обновления страны; 1987 год уже был ознаменован изменением психологического климата, развитием творческой атмосферы дискуссий и обсуждения спорных, требующих подлинной гласности проблем.
4.5. Самый простой способ нейтрализации
Из книги автора4.5. Самый простой способ нейтрализации Итак, PIR можно заблокировать даже самым простым способом – напылением на рабочую поверхность или с применением ИК лучей не направленного, а рассеянного источника. По той же аналогии, обычное накрывание датчика платком, тряпкой, на
Нейтрализации методы
Из книги Большая Советская Энциклопедия (НЕ) автора БСЭФинансовые риски и способы их нейтрализации
Из книги Великолепные мероприятия. Технологии и практика event management. автора Шумович Александр ВячеславовичФинансовые риски и способы их нейтрализации В некоторых случаях за участие в мероприятии нужно платить. Тогда возникает риск, что кто-то из участников придет и не заплатит.Если вы работаете в магазине и продали в кредит телевизор, то вы можете не особенно волноваться,
Метод нейтрализации калорий
Из книги Карманный счетчик калорий автора Лужковская ЮлияМетод нейтрализации калорий На основе теории гликемического индекса французский диетолог Клод Годар разработал эффективную методику похудения. Суть ее заключается в том, что отслеживать нужно не столько количество калорий, поступающих с пищей, сколько то, что
Психологические методы нейтрализации гнева
Из книги Семь смертных грехов, или Психология порока [для верующих и неверующих] автора Щербатых Юрий ВикторовичПсихологические методы нейтрализации гнева Лучшее лекарство против гнева – отсрочка. Сенека Рациональная психотерапияРациональная терапия – это совладение с ситуацией с помощью разума. Одним из вариантов ее является способность извлекать пользу из ситуации, которая
6.1. Общие подходы к нейтрализации стресса
Из книги Психология стресса и методы коррекции автора Щербатых Юрий Викторович6.1. Общие подходы к нейтрализации стресса Существует много методов коррекции психоэмоционального стресса, и задача состоит в том, чтобы выбрать те из них, которые отвечали бы, с одной стороны, индивидуальным особенностям конкретной личности, а с другой – реальным
Глава 4. Общий подход к нейтрализации замечаний
Из книги Словесное каратэ [Стратегия и тактика общения] автора Сергеечева ВалентинаГлава 4. Общий подход к нейтрализации замечаний Мы привели краткий перечень возможных возражений и замечании собеседников. Замечаний чаще всего неприятных. Но и нам самим приходится, в свою очередь, предъявлять претензии, критиковать, уличать в неблаговидных поступках,
ЧТО МЫ МОЖЕМ СДЕЛАТЬ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПРОПАГАНДЫ
Из книги Эпоха пропаганды: Механизмы убеждения [Повседневное использование и злоупотребление] автора Аронсон ЭллиотЧТО МЫ МОЖЕМ СДЕЛАТЬ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПРОПАГАНДЫ На протяжение всей нашей книги мы описывали великое множество тактик убеждения и пропаганды и часто обсуждали, что можно сделать, чтобы противодействовать нежелательным формам пропаганды. Теперь мы хотели бы свести эти
Реакция нейтрализации / Hi-tech / Бизнес
Из книги Итоги № 39 (2012) автора Итоги ЖурналРеакция нейтрализации / Hi-tech / Бизнес Реакция нейтрализации / Hi-tech / Бизнес Минкомсвязи собирается придать ускорение мобильной связи. Далеко ли рванет рынок? Плохая новость для российских фанатов айфонов - новый гаджет, который на днях поступил
Введение в титриметрический анализ
Аналитическая химия – наука о методах определения качественного и количественного состава вещества или их смесей.
Качественный анализ позволяет определить, какие элементы, группы атомов, ионов, молекул, радикалов входят в состав анализируемого вещества или смеси веществ.
Количественный анализ позволяет установить количественные соотношения компонентов данного соединения или смеси веществ.
Исследуя новое соединение, прежде всего, устанавливают, из каких компонентов оно состоит, а затем находят их количественные соотношения. Поэтому качественный анализ вещества предшествует количественному. Если качественный состав анализируемого материала известен, то приступают к количественному анализу, выбрав наиболее подходящий метод.
В настоящее время аналитическая химия пользуется многочисленными и разнообразными методами, которые подразделяют на физические, физико-химические и химические. Химические методы, в свою очередь, включают гравиметрию (весовой анализ) и титриметрию (объемный анализ). Преимущество титриметрического анализа перед гравиметрическим состоит в быстроте определений.
В клинических лабораториях и лабораториях промсанхимии широкое распространение получил титриметрический анализ, так как для его проведения требуется простейшее лабораторное оборудование, не значительные затраты труда и времени, достаточно большая универсальность и высокая точность.
Титриметрический анализ основан на измерении объема титранта (раствора точно известной концентрации), израсходованного на реакцию с определяемым веществом, при этом вещества должны реагировать в строго эквивалентных количествах.
Процесс постепенного добавления титранта к анализируемому веществу называется титрованием , а момент завершения реакции – моментом эквивалентности .
Титриметрическое определение вещества сводится к проведению химической реакции смешиванием растворов двух реагирующих веществ. Эта операция проводится титрованием – добавлением небольших порций раствора одного из веществ к известному объему раствора второго вещества.
Один из двух растворов содержит вещество с неизвестной концентрацией и представляет собой анализируемый раствор . Второй раствор содержит реагент с точно известной концентрацией и называется рабочим раствором или титрантом .
Для проведения титриметрического анализа необходимо:
1) знать точную концентрацию титранта;
2) точно измерить объемы растворов титранта и исследуемого вещества;
3) точно фиксировать момент эквивалентности.
Для точного измерения объемов растворов реагирующих веществ используют мерную посуду – бюретки, пипетки, мерные колбы и пр.
В процессе титрования достигается точка эквивалентности (момент эквивалентности), т. е. момент, когда количество вещества эквивалента в добавленном растворе титранта становиться равным количеству анализируемого вещества.
Химические вещества реагируют между собой в определенных количественных соотношениях. Уравнение реакции показывает минимальные целочисленные количества химических веществ, вступающих в реакцию, а так же образующихся в результате реакции. В общем случае эти количества различны. Однако для удобства расчетов в химии используют особое понятие – химический эквивалент вещества, дающее возможность выразить количества реагирующих и образующихся веществ одинаковыми числами.
Из самого определения понятия химического эквивалента вытекает, что в химической реакции обязательно участвует равное число эквивалентов двух веществ (кислоты и основания, окислителя и восстановителя и т. д.).
Равными оказываются и количества вещества эквивалента тех же веществ:
n(1/zT) = n(1/zХ)
это равенство представляет собой математическое выражение закона эквивалентов . Выразим количество вещества эквивалента через концентрацию и объем раствора:
n(1/zХ) = С(1/zХ) · Vх
n(1/zT) = С(1/zT) · Vт
С(1/zТ) – молярная концентрация эквивалента титранта, моль/дм 3
V(Т) – объем титранта, см 3
С(1/zХ) – молярная концентрация эквивалента исследуемого вещества, моль/дм 3
V(Х) – объем раствора исследуемого вещества, см 3
(1/zT) ∙ V(T) = C(1/zX) ∙ V(X)
Таким образом, в момент эквивалентности число эквивалентов титранта и анализируемого вещества равны .
По достижении точки эквивалентности титрование обычно заканчивают и отмечают затраченный объем раствора. Следовательно, при выполнении титриметрического анализа необходимо располагать методом определения момента эквивалентности. Для этого используют свойства растворов, которые резко меняются в точке эквивалентности.
Момент эквивалентности определяют:
1) с помощью индикаторов;
2) по изменению окраски раствора одного из реагирующих веществ;
3) по прекращению выпадения осадка или изменению цвета осадка;
4) с помощью приборов, например, потенциометров, кондуктометров и пр.
Зная точную концентрацию титранта С(1/zТ), объем исследуемого раствора и объем раствора титранта V(Т) в момент эквивалентности, можно легко рассчитать концентрацию раствора исследуемого вещества С(1/zХ):
Из выше указанного уравнения можно определить титр раствора исследуемого вещества t(Х):
В титриметрическом анализе могут использоваться не все химические реакции, а только те, которые отвечают определенным требованиям:
1) реакция должна быть практически необратимой;
2) реакция должна протекать быстро, в строгом соответствии с законом эквивалентов, без побочных процессов;
3) необходимо точно фиксировать момент эквивалентности.
Разнообразные методы титриметрического анализа можно классифицировать в зависимости от характера химической реакции, лежащей в их основе, и по способу проведения анализа.
Используют следующие основные типы химических реакций:
Ø Кислотно-основное титрование - основано на взаимодействии кислот и оснований.
Ø Оксидиметрия - основана на протекании окислительно-восстановительных реакций.
Ø Осадительное титрование - основано на образовании осадков.
Ø Комплексонометрия - основана на реакциях комплексообразования.
Сущность кислотно-основного титрования (метод нейтрализации)
В основе кислотно-основного титрования лежит соединение ионов Н 3 О + и гидроксид-ионов ОН – с образованием малодиссоциирующих молекул воды. В упрощенном виде
Н + + ОН – = Н 2 О
Метод позволяет определять в растворах не только концентрацию кислот или оснований, но также и концентрацию гидролизующихся солей.
Для определения в растворах концентрации оснований или солей, дающих при протолизе щелочную реакцию, используют в качестве титранта растворы кислот. Эти определения называют ацидиметрией (от лат. аcidum - кислота).
Концентрацию кислот и гидролитически кислых солей определяют с помощью титрантов растворов сильных оснований. Такие определения называют алкалиметрией (от лат. alkali – щелочь).
Поскольку реакция нейтрализации не сопровождается каким-нибудь внешним эффектом, например изменением окраски раствора, точку эквивалентности определяют с помощью индикаторов.
Согласно ионной теории индикаторов Оствальда (1894г.), индикаторы в методе кислотно-основного титрования представляют собой такие слабые органические кислоты или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы имеют различную окраску.
Индикаторы, обладающие свойством присоединять протоны, называют основными индикаторами и обозначают через IndOH, где Ind + - катион индикатора. Такие индикаторы диссоциируют по схеме:
Индикаторы, обладающие свойством отдавать протоны, называют кислотными индикаторами и обозначают через HInd. Молекула такого индикатора играет роль донора протона, т. е. дает при диссоциации катион Н + и анион Ind – :
Все индикаторы изменяют свою окраску плавно в определенном интервале значений рН, называемом интервалом перехода, или зоной перехода окраски индикатора. Внутри зоны перехода имеется такое значение рН, при котором индикатор наиболее резко изменяет свою окраску. В этот момент концентрации молекулярной и ионной форм индикатора равны = . Значение рН, при котором индикатор наиболее резко меняет свою окраску, называется показателем титрования (рТ).
В табл. 1 указаны область перехода, показатель титрования, окраска недиссоциированных молекул и анионов некоторых индикаторов.
Характеристики некоторых индикаторов
Химия. Оловянникова Р.Я.
Методические указания к лабораторному занятию № 2
для внеаудиторной работы студентов.
Метод нейтрализации
Метод нейтрализации – это один из видов титриметрического анализа, который широко используется в лабораториях различного медицинского и экологического профиля: клинических, диагностических, санитарно-гигиенических, судебно-экспертных, контроля состояния окружающей среды, стандартизации и контроля лекарственных форм.
В основе метода нейтрализации лежит реакция нейтрализации . Это реакция между кислотой и основанием, один из компонентов которой (или оба) являетсясильным , например,
H 2 SO 4 +2 NaOH → 2H 2 O+Na 2 SO 4 (1)
H + +OH − →H 2 O(в кратком ионном виде, отражающем суть процесса)
H 2 C 2 O 4 +2 NaOH → 2H 2 O+Na 2 C 2 O 4 (2)
H 2 C 2 O 4 +2 OH − → 2H 2 O+(в кратком ионном виде)
HCl +NH 3 ∙H 2 O→H 2 O+NH 4 Cl(3)
H + + NH 3 → + NH 4 (в кратком ионном виде)
HCl +NaHCO 3 →H 2 CO 3 +NaCl(4)
H + + →H 2 CO 3 (в кратком ионном виде)
NH 4 Cl + NaOH → NH 3 ∙ H 2 O + NaCl (5)
NH 4 + − OH →NH 3 ∙H 2 O(в кратком ионном виде)
# При техническом исполнении метода раствор сильного компонента (кислоты или основания) заливается в бюретку и является титрантом.
Из примеров 1 – 5, показанных в молекулярном и кратком ионном виде, можно заметить, что не всегда реакции нейтрализации приводят к образованию воды. Нейтрализация может заключаться и просто в связывании сильной кислоты в слабую (пример 4) или сильного основания в слабое (пример 5).
Примеры 1 – 5 также показывают, что методом нейтрализации можно определять как сильные, так и слабые кислоты и основания, а также соли, которые с точки зрения теории Бренстеда, выполняют роль кислот или оснований.
Таким образом, рабочими растворами в методе нейтрализации являются сильные кислоты или сильные основания, которые используются в качестве титрантов, а также стандартные растворы солей, по которым устанавливают точную концентрацию титрантов.Стандартные растворы – это растворы известной концентрации. Титранты, концентрацию которых установили с помощью стандартных раствором, называюттитрованными растворами .
Титрование – это процесс добавления титранта (титрованного раствора) по каплям до точки эквивалентности (конца реакции).
Точка эквивалентности – это момент реакции, когда вещества прореагировали между собой в эквивалентных количествах. Только в этом случае параметры определяемого вещества (его массу, концентрацию, количество или объем) можно рассчитывать на основе закона эквивалентов. Точку эквивалентности устанавливают с помощью индикаторов кислотно-основного типа.
Индикатор в методе нейтрализации – это слабая кислота или слабое основание органической природы, молекулярная и ионная форма которого отличается по цвету. С позиций протолитической теории Бренстеда, индикатор представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, компоненты которой отличаются по цвету:
HInd ⇄ H + +Ind −
цвет I цвет II
Поэтому каждый индикатор характеризуется определенным значением pK a , или так называемым показателем титрования рТ=рК а =−. Вспомним, что рК а – это значение рН среды, при котором содержание кислотной и сопряженной основной формы одинаковы. А это значит, что в точке рТ цвет раствора индикатора будет смешанный. Но глаз человека замечает смешанный цвет и тогда, когда одна из форм индикатора преобладает над другой раз в 10. В этом случае мы получаем зону перехода цвета индикаторарТ ± 1 . При значенияхрН < рТ ± 1 (т.е. левее зоны перехода цвета) индикатор будет находиться главным образом в кислотной своей формеHInd . А при значенияхрН > рТ ± 1 (т.е. правее зоны перехода цвета) будет значительно преобладать его сопряженная основная формаI nd − . В таблице 1 представлены примеры индикаторов и их характеристики.
Таблица 1. Индикаторы
|
Индикатор |
рК а (рТ Ind) |
рН-диапазонов изменения окраски |
||
|
в форме кислоты |
основания |
|||
|
Тимоловый синий (первое изменение) | ||||
|
Метиловый оранжевый | ||||
|
Бромкрезоловый зеленый | ||||
|
Метиловый красный | ||||
|
Лакмус (азолитмин) | ||||
|
Бромтимоловый синий | ||||
|
Феноловый красный | ||||
|
Тимоловый синий (второе изменение) | ||||
|
Фенолфталеин |
Бесцветная |
Малиновая | ||
|
Тимолфталеин | ||||
При выборе индикатора руководствуются правилом: значение рН в точке эквивалентности (рН э) должно попадать в зону перехода цвета индикатора (т.е. рН э ∋рТ±1). Значение же рН э определяется по продуктам реакции, когда в колбочке для титрования уже израсходовано исходное вещество, но еще нет избытка титранта (а есть только продукты реакции).
# В методе нейтрализации может быть использовано не только прямое титрование, но и обратное (или титрование по избытку). Его суть: к определяемому веществу добавляется фиксированный избыток стандартного вспомогательного раствора, который затем оттитровывается другим раствором, выполняющим роль титранта. К обратному титрованию прибегают в том случае, когда, например, под рукой нет нужного индикатора для прямого титрования или определяемое вещество слишком летуче.
Применение метода нейтрализации (кислотно-основного титрования) для определения кислотности желудочного сока .
Введение . Желудочный сок в просвете желудка имеет кислую рН: натощак в норме рН~1,5-2 у взрослого человека и рН~3-4 у новорожденных детей. После приема пищи рН еще ниже. Главный неорганический компонент желудочного сока – соляная кислота, которая вырабатывается обкладочными (париентальными) клетками желудка и находится в просвете желудка в свободном и связанном состоянии (главным образом, с белками). Однако, кроме белков в желудочном соке присутствуют и другие слабые кислоты: бикарбонаты, гидросульфаты, дигидро- и гидрофосфаты, сама фосфорная кислота, уксусная, молочная, пировиноградная, масляная, яблочная и некоторые другие. Поэтому различаюттри вида кислотности : общую, свободную (обусловленную концентрацией свободных Н +) и связанную (обусловленную наличием недиссоциированных слабых кислот).
Определение кислотности желудочного сока. В лаборатории кислотность желудочного сока определяют титрованием его титрованным рабочим растворомNaOHв присутствии индикаторов. Результаты выдаются в титриметрических единицах (т.е.).
Одна титриметрическая единица – это объем 0,1э раствораNaOH, который необходимо затратить на титрование 100 мл желудочного сока.
Поскольку на исследование берут не 100 мл желудочного сока, а 5-10 мл, и титруют не 0,1э NaOH, а обычно меньшей его концентрацией (например, 0,089э), то при расчете кислотности желудочного сока в титриметрических единицах необходимо делать две поправки: на объем желудочного сока и на концентрацию идеального (0,1э) раствораNaOH. С учетом этих поправок нетрудно вывести общую формулу для расчета кислотности желудочного сока (в титр.ед.):
где - это параметрыNaOHсогласно определению титриметрической единицы;- объемNaOH, затраченный на титрование взятой на исследование пробы желудочного сока (5 – 10 мл, например);- концентрация титрованного рабочего раствораNaOH.
# Если рабочий раствор NaOHокажется идеальным – С э (NaOH)=0,1моль/л, а объем желудочного сока, взятый на исследованиеV(ж.сока)=5 мл, то формула для расчета кислотности упрощается:
Кислотность
ж. сока
=
,
титр.
ед.
Указанные формулы применяют для определения любого вида кислотности желудочного сока: свободной кислотности (в присутствии индикатора метилоранжа; он же 4-(4-димеламинофенилазо)бензолсульфонат натрия) илиобщей кислотности (в присутствии фенолфталеина). В этом случаесвязанную кислотность определяют по разности общей и свободной кислотности.
Обоснование выбора индикаторов . Как уже отмечалось, чтобы в желудочном соке определить две фракции кислотности (свободную и связанную), необходимо проводить титрование в присутствии двух индикаторов. Первым индикатором устанавливается точка эквивалентности для 1-й реакции, когда оттитровывается свободная соляная кислота:
HCl+NaOH=H 2 O+NaCl, или в кратком ионном видеH + +OH − =H 2 O
Если бы титровали не желудочный сок, а водный раствор HCl, то рН э1 =7. В желудочном соке же присутствуют еще и слабые кислоты, которые не должны быть затронуты при титровании в первой реакции. Поэтомуконец титрования для первой реакции (когда вся HCl будет уже оттитрована) диктуется не продуктом реакции, а тем значением рН, которое создается разбавленными растворами слабых кислот (для примера, уксусная кислота дает рН~3,5). Таким образом, рН э1 =3,5 . Индикатор, зона перехода цвета которого включает точку рН э1 3,5 – это метилоранж (4-(4-димеламинофенилазо)бензолсульфонат натрия).
# Отсюда, 1-й этап титрования: титруем порцию желудочного сока пока красная окраска раствора не сменится до оранжевой (сработает метилоранж), и отмечаем объем щелочи, пошедшей на титрование. И если его введем в формулу для расчета кислотности, то получим свободную кислотность желудочного сока в титриметрических единицах.
Вслед за свободной соляной кислотой оттитровываются слабые кислоты (органические и неорганические). Реакция на примере уксусной кислоты:
СН 3 СООН +NaOH = H 2 O + CH 3 COONa
СН 3 СООН +OH − = H 2 O + CH 3 COO −
рН в точке эквивалентности для второй реакции – это то значение рН, которое обусловлено продуктом реакции - солью, подвергающиеся гидролизу по аниону. Его можно рассчитать, применяя уже рассмотренную формулу (получим рН э2 ~8,7 ). Индикатор, зона перехода цвета которого включает точку рН э2 8,7 – фенолфталеин.
# Отсюда, 2-й этап титрования: продолжаем титровать, пока оранжевая окраска раствора не сменится до ярко малиновой (сработает фенолфталеин). Отмечаем объем щелочи, пошедшей на титрование на втором этапе. И если его введем в формулу для расчета кислотности, то получим связанную кислотность желудочного сока в титриметрических единицах. В этом случае общую кислотность посчитаем как сумму свободной и связанной.
Ситуационные и учебно-познавательные задачи.
На титрование 15 мл раствора карбоната натрия пошло 13,4 мл 0,15М раствора серной кислоты. Вычислить процентную концентрацию карбоната натрия, если его плотность равна 1,15 г/мл. С каким индикатором надо титровать?
Краткое изложение задачи:
V(Na 2 CO 3) = 15 мл
V(H 2 SO 4) = 13,4 мл
индикатор−?
Решение:
Индикатор выбираем с условием рН э =рТ±1. Поэтому обращаем внимание на продукты реакции:
Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 ⇄ Н 2 CO 3 + Na 2 SO 4 рН э <7
Соль Na 2 SO 4 не подвергается гидролизу, и кислотность среды в точке эквивалентности обусловлена только угольной кислотой:
=
Найденное значение рН э 3,8 попадает в зону перехода цвета индикатора метилового оранжевого (см.табл.1).
Ответ:
;
индикатор – метиловый оранжевый.
слабые основания NH 3 ∙H 2 O
слабые кислоты CH 3 COOH, H 2 CO 3
сильные основания NaOH, KOH
Na 2 CO 3 , Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O
H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O
Na 2 CO 3 , Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O
H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O
7 – лакмус, бромтимоловый синий
7 – тимоловый синий
<7– лакмус, метиловый красный, метилоранж
>7 – тимолфталеин, фенолфталеин
7 – тимолфталеин, фенолфталеин
<7 – метилоранж, метиловый красный
>7 – метилоранж, метиловый красный
7 – лакмус, феноловый красный
>7 – тимолфталеин, фенолфталеин
>7– метилоранж, метиловый красный
<7– метилоранж, метиловый красный
щавелевую кислоту
гидроксид натрия
водный аммиак
серную кислоту
0,06 моль/л; 2,82∙10 -3 г/мл
0,06 г/мл; 2,82∙10 -3 моль/л
0,15 моль/л; 1,41∙10 -3 г/мл
0,06 моль/л; 2,82∙10 -3 г/л
85∙10 -3 г/л
1,7∙10 -3 г/л
3,4∙10 -3 г/л
34∙10 -3 г/л
кислота
основание
окислитель
восстановитель
комплексообразователи
слабые органические кислоты или основания
сами рабочие растворы в роли индукторов
эриохром черный
реакции с образованием осадка
растворы, меняющие свою окраску в точке эквивалентности
кислотно-основные индикаторы
концентрацию индикатора и его рТ
концентрацию титранта и рН среды
рН среды в точке эквивалентности
ПР осадка и рН среды
эриохром
фенолфталеин
При определении свободной (активной) кислотности желудочного сока методом нейтрализации используют индикатор
фенолфталеин
метилоранж
фенолрот (феноловый красный)
метилрот
фенолфталеин
метилоранж
фенолрот (феноловый красный)
метилрот
При титровании желудочного сока рабочим раствором NaOHдо первой точки эквивалентности оттитровывается
общая кислотность
свободная кислотность (фактически HCl)
связанная кислотность
молочная кислота
При титровании желудочного сока рабочим раствором NaOHот первой до второй точки эквивалентности оттитровывается
общая кислотность
свободная кислотность (фактически HCl)
связанная кислотность
только уксусная кислота
общую кислотность
связанную кислотность
только соляную кислоту
только уксусную кислоту
общую кислотность
связанную кислотность
только соляную кислоту
только уксусную кислоту
20 – 40
40 – 60
На титрование 10 мл желудочного сока с метиловым желтым (диметиламиноазобензолом) израсходовано 3,1 мл 0,098 э раствора NaOH, а с фенолфталеином – 6,0 млNaOH. Содержание соляной кислоты и общая кислотность составили (в т.е.)
30,4 и 58,8
Рабочие растворы, применяемые в методе нейтрализации в качестве титранта
Для установки титра кислот применяется
Для установки титра щелочей применяется
Титруют KOHсоляной кислотой. Значение рН в точке эквивалентности и, соответственно, применяемый индикатор будут
Титруют водный раствор аммиака соляной кислотой. Значение рН в точке эквивалентности и, соответственно, применяемый индикатор будут
Титруют борную кислоту H 3 BO 3 растворомKOH. Значение рН в точке эквивалентности и, соответственно, применяемый индикатор будут
Для определения азотистой кислоты методом нейтрализации можно использовать рабочий реактив
На титрование 2 мл раствора азотистой кислоты пошло 4 мл раствора титранта с эквивалентной концентрацией 0,03 моль/л. Эквивалентная концентрация азотистой кислоты и её титр при этом оказались равными
25 мл образца бытового моющего раствора аммиака разбавили водой точно до 250 мл в мерной колбе. На титрование 5 мл разбавленного раствора потребовалось 4 мл 0,025М раствора HCl. Полагая, что щелочность образца определяется только аммиаком, рассчитали массу аммиака на 1 л раствора и получили значение
В Реакции NH 3 +H 2 PO 4 - →NH 4 + +HPO 4 2- дигидрофосфат ведёт себя как
Индикаторы в методе нейтрализации – это
Для определения точки эквивалентности в методе нейтрализации используют
Для выбора индикатора в методе нейтрализации необходимо знать
Индикатором для уточнения концентрации NАОН по щавелевой кислоте является
Активная кислотность в 0,1 м растворе НС1 (в единицах рН) равна
При определении связанной кислотности желудочного сока методом нейтрализации используют индикатор
При титровании желудочного сока рабочим раствором NaOHпервая точка эквивалентности соответствует значению рН
При титровании желудочного сока рабочим раствором NaOHвторая точка эквивалентности соответствует значению рН
Если титровать желудочный сок рабочим раствором NaOHв присутствии только одного индикатора – фенолфталеина, то можно определить
Если титровать желудочный сок рабочим раствором NaOHв присутствии только одного индикатора – метилоранжа, то можно определить
У взрослого здорового человека свободная кислотность желудочного сока составляет (в т.е.)
У взрослого здорового человека общая кислотность желудочного сока составляет (в т.е.)
На титрование 5 мл отфильтрованного желудочного сока в присутствии фенолфталеина потребовалось 2,8 мл 0,095 э раствора NaOH. Общая кислотность желудочного сока равна (в т.е.)