Способы титрования

Способ титрования	Уравнения реакций	Измеряемые величины	Известные концентрации
Прямое	А + В  С + Д	VA, VB	CB
Обратное	А + В (избыток)  Д + Е В (остаток) + N  F + G	VA, VB, VN	СВ, СN
Заместительное	А + Д  М + Е М + В  F + G	VA, VB	CB

Титриметрические методы анализа классифицируют по типу основной реакции, протекающей при титровании, или по названию титранта. В классификации по типу реакции выделяют: 1) кислотно-основное титрование, или метод нейтрализации; 2) окислительно-восстановительное титрование, или метод редоксиметрии; 3) осадительное титрование, или метод осаждения; 4) комплексонометрическое титрование, или метод комплексонометрии. По способу фиксирования ТЭ различают титрование с визуальной индикацией и инструментальной индикацией. В первом случае часто используют вещества, проявляющие видимые изменения в ТЭ или вблизи её и называющиеся индикаторами. При инструментальной индикации (фотометрическое, потенциометрическое, кондуктометрическое титрование) ТЭ определяют графически из кривой титрования.

3.2. Метод нейтрализации

Метод нейтрализации основан на реакциях, связанных с процессом передачи иона Н⁺, например:

H₃O⁺ + OH^–  2 H₂O (или упрощенно H⁺ + OH^–  H₂O)

CH₃COOH + OH^–  CH₃COO^– + H₂O

CO₃^2– + H⁺  HCO₃^–

Метод нейтрализации используют для определения содержания неорганических и органических кислот и оснований, смеси кислот, солей, подвергающихся гидролизу или реагирующих с кислотами и основаниями, азота и серы в органических соединениях и др. Метод широко используют для анализа качества природных и сточных вод (определение общей и свободной щелочности и кислотности, карбонатной жесткости, растворенного СО₂ и др.), биологических жидкостей, продуктов питания.

Титрантами метода являются 0,01…0,1 М растворы сильных кислот (ацидиметрическое титрование) или 0,01…0,1 молярные растворы щелочей (алкалиметрическое титрование). Молярную концентрацию С выражают числом молей растворенного вещества в 1,0 л раствора (например, 0,1 моль/л  0,1М); С связана с молярной концентрацией эквивалента соотношением С_Э = zC, где z – эквивалентное число. Для кислотно-основного взаимодействия z равно числу ионов Н⁺ или ОН^–, отдаваемых или присоединяемых частицей в данной реакции.

Рассмотрим соответствие кислотно-основного взаимодействия требованиям, предъявляемым к реакциям в титриметрии, на примере происходящей в водных растворах реакции нейтрализации:

Н⁺ + ОН^–  Н₂О

1. Реакция является практически необратимой, так как константа равновесия K = 1/K_{диссоциации}(H₂O)=1/(1,8·10^–16) = 5,6·10¹⁵ при Т = 298 K.

2. Реакция протекает стехиометрически, без образования побочных продуктов.

3. Экспериментально установлено, что реакция протекает быстро.

1. Точку эквивалентности ТЭ легко фиксируют визуально с помощью кислотно-основных индикаторов или физико-химическими методами.

При кислотно-основном титровании меняется значение рН среды, и в ТЭ среда может быть нейтральной, кислотной или основной. Так, при нейтрализации сильной кислоты сильным основанием (и наоборот), например:

HCl + NaOH  NaCl + H₂O

H⁺ + OH^–  H₂O

образующаяся соль NaCl не гидролизуется, следовательно, в ТЭ раствор имеет нейтральную реакцию среды (рН_ТЭ = 7). При нейтрализации слабой кислоты сильным основанием, например:

CH₃COOH + KOH  CH₃COOK + H₂O

CH₃COOH + OH^–  CH₃COO^– + H₂O

реакция обратима. Так как продукт взаимодействия – соль CH₃COOK (или ион СH₃COO^–) - гидролизуется по аниону (обратная реакция), в ТЭ рН  7. При нейтрализации слабого основания сильной кислотой:

NH₄OH + HCl  NH₄Cl + H₂O

NH₄OH + H⁺  NH₄⁺ + H₂O

в ТЭ значение рН  7 из-за гидролиза продукта взаимодействия NH₄Cl (NH₄⁺).

Согласно протолитической теории в качестве индикаторов в методе используют слабые органические кислоты HInd или основания Ind^–, существующие в растворе в ионизированной и неионизированной формах. Формы имеют разную окраску и находятся в равновесии, зависящем от рН среды:

HInd H⁺ + Ind^–

окраска 1 окраска 2

Изменение рН раствора приводит к смещению равновесия, т.е. к изменению окраски. Индикаторы меняют окраску в определенном интервале значений рН, который называют интервалом перехода окраски индикатора рН. Он зависит от строения молекулы индикатора и его способности к ионизации. Для характеристики индикатора используют также показатель титрования рТ – значение рН в пределах перехода окраски, при котором наблюдается наиболее резкое изменение цвета индикатора (табл.4).

Таблица 4