3.3. Титровані розчини в методах нейтралізації

При кислотно-основних титруваннях найчастіше використовують робочі розчини сірчаної, соляної кислот та гідроксидів натрію або калію. Ці речовини не є вихідними, тому неможливо приготувати їх розчини з точною молярною концентрацією еквівалентів. Тому спочатку готують розчини цих речовин з концентрацією, близькою до необхідної. Розчини лугів готують розчиненням приблизної маси речовини в необхідному об’ємі води, розчини сірчаної та соляної кислот – розведенням водою розрахованих об’ємів більш концентрованих розчинів кислот. Точні молярні концентрації еквівалентів сірчаної та соляної кислот найчастіше встановлюють за титрованим розчином тетраборату натрію Na₂B₄O₇∙10H₂O (вихідна речовина), а молярну концентрацію еквівалента розчинів гідроксиду натрію або гідроксиду калію визначають за титрованими розчинами сірчаної чи соляної кислот.

Робота № 4

Приготування титрованого розчину тетраборату натрію

Завдання: приготувати 500мл розчину тетраборату натрію з молярною концентрацією еквівалента .

Масу тетраборату натрію розраховують за формулою:

.

Спочатку обчислюють молярну масу еквівалента тетраборату натрію:

.

m(Na₂B₄O₇∙10H₂O) = 0,05моль/л∙0,5л∙190,64г/моль = 4,7660г.

Для відбору точної маси тетраборату натрію спочатку зважують бюкс на аналітичних терезах, потім у нього переносять 4,8г тетраборату натрію, зважених на технохімічних терезах, і бюкс з тетраборатом натрію зважують на аналітичних терезах з точністю до 0,0002г. Речовину з бюкса обережно переносять через лійку в мірну колбу. Кристали Na₂B₄O₇∙10H₂O, що залишилися на стінках бюкса і лійки, старанно змивають у колбу гарячою водою. У колбу через ту ж лійку додають біля 150мл гарячої дистильованої води. потім вміст колби обережно перемішують поступовим обертанням. Після повного розчинення тетраборату натрію колбу охолоджують до кімнатної температури, і об’єм одержаного розчину доводять холодною дистильованою водою до мітки.

Фактично взята маса може виявитись декілька більшою або меншою розрахованої. За точно взятою масою тетраборату натрію розраховують його точну молярну концентрацію еквівалента. Наприклад, маса тетраборату натрію виявилась рівною 4,7338г. Тоді молярна концентрація еквівалента тетраборату натрію:

Приготовлений титрований розчин тетраборату натрію використовують для титрування розчинів кислот.

Робота № 5

Визначення молярної концентрації еквівалента сірчаної кислоти за

титрованим розчином тетраборату натрію

У водному розчині тетраборат натрію Na₂B₄O₇ гідролізує:

Na₂B₄O₇ + 7Н₂О 4H₃BO₃ + 2NaOH;

B₄O₇²‾ + 7H₂O 4H₃BO₃ + 2OH‾.

Тетраборат натрію реагує з сірчаною кислотою за рівнянням:

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5H₂O = Na₂SO₄ + 4H₃BO₃;

B₄O₇²‾ + 2H⁺ + 5H₂O = 4H₃BO₃.

Точці еквівалентності відповідає слабкокисле середовище (рН = 5), тому що в цей момент у розчині присутні тільки слабка борна кислота і сіль Na₂SO₄, яка не гідролізує. Стрибок титрування лежить у межах рН 4 – 6. Тому найбільш придатним індикатором для титрування є метиловий червоний (інтервал переходу – в межах рН 4,2 – 6,2). Бюретку заповнюють розчином сірчаної кислоти (аналіту). У колбочку для титрування переносять піпеткою 10мл титрованого розчину тетраборату натрію, додають 1 – 2 краплі розчину метилового червоного. Розчин набуває жовтого кольору. Титрують розчин сірчаної кислоти до появи блідо-рожевого забарвлення. Титрування повторюють 2 – 3 рази. Дані титрування заносять у таблицю:

Об’єм розчину тетраборату натрію, мл	с ( Na2B4O7), моль/л	Об’єм розчину сірчаної кислоти, мл.
1.
2.
3.

Молярну концентрацію еквівалента сірчаної кислоти обчислюють за формулою: , де V(H₂SO₄) – середнє значення об’єму розчину сірчаної кислоти з 2 – значень.

Робота № 6

Приготування розчинів кислотно-основних індикаторів

Кислотно-основні індикатори є слабкі органічні кислоти або основи, у яких молекули та іони мають різне забарвлення. Відомі однокольорові та двокольорові індикатори. З відомих двокольорових індикаторів найчастіше використовують метиловий червоний, а серед однокольорових – фенолфталеїн. Концентрація молекулярної та іонної форм кислотно-основного індикатора, а, отже, і його забарвлення залежить від концентрації в розчині іонів водню. Інтервал значень рН, в якому очі людини бачать забарвлення обох форм тобто змішане забарвлення, називають інтервалом переходу індикатора.

Приготування розчину метилового червоного

На аптечних терезах відважують 0,1г препарату, переносять у сухий хімічний стакан місткістю 100мл або конічну колбочку такою ж місткістю, додають мірним циліндром 50мл етилового спирту, перемішують скляною паличною до розчинення.

Приготування розчину фенолфталеїну

На аптечних терезах відважують 0,1г препарату, переносять у сухий хімічний стакан місткістю 150мл або конічну колбочку з такою ж місткістю і додають за допомогою скляного циліндра 100мл етилового спирту, перемішують скляною паличною до розчинення.

Робота № 7

Визначення молярної концентрації еквівалента гідроксиду натрію

за титрованим розчином сірчаної кислоти

Процес титрування відбувається за рівнянням:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O;

OH‾ + H⁺ = H₂O.

Точці еквівалентності у цьому випадку відповідає нейтральне середовище (рН = 7). Стрибок титрування (рис. 4) знаходиться у межах рН 4 – 10. Тому при титруванні гідроксиду натрію сірчаною кислотою можна використати метиловий червоний (інтервал переходу – в межах рН 4,2 – 6,2) або фенолфталеїн (інтервал переходу – в межах рН 8 – 10). Однак це можливо в тому випадку, коли розчин лугу не містить карбонатів. Насправді луги при збереженні чи роботі з ними неодмінно взаємодіють з СО₂ повітря, утворюючи карбонати:

2NaOH + СО₂ = Na₂СО₃ + H₂O.

На практиці молярні концентрації еквівалента гідроксиду натрію (лугу), встановлені в присутності метилового червоного або фенолфталеїну, трохи відрізняються. Тому при визначенні молярної концентрації еквівалента гідроксиду натрію використовують той індикатор, який буде застосовано при подальших титруваннях робочим розчином лугу.

Визначення молярної концентрації еквівалента гідроксиду натрію

в присутності метилового червоного

Бюретку заповнюють титрованим розчином кислоти. У колбу для титрування переносять піпеткою 10мл розчину гідроксиду натрію, додають 1 – 2 краплі розчину метилового червоного. Розчин забарвлюється в жовтий колір. Титрують з бюретки розчином сірчаної кислоти до появи блідо-рожевого забарвлення. Титрування повторюють 2 – 3 рази. За даними титрування розраховують молярну концентрацію еквівалента гідроксиду натрію:

.

Визначення молярної концентрації еквівалента гідроксиду натрію

в присутності фенолфталеїну

Бюретку заповнюють розчином лугу, що аналізують. У колбу для титрування переносять піпеткою 10мл титрованого розчину сірчаної кислоти і додають 1 – 2 краплі розчину фенолфталеїну. Розчин залишається безбарвним. Титрують із бюретки розчином лугу до появи стійкого блідо-рожевого забарвлення. Титрування повторюють 2 – 3 рази. За даними титрування розраховують молярну концентрацію еквівалента гідроксиду натрію:

.

Робота № 8

Визначення твердості води

Твердість води зумовлена присутністю в ній солей переважно кальцію та магнію (загальна твердість). Розрізняють твердість води тимчасову та постійну. Тимчасова твердість води зумовлена присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію Са(НСО₃)₂ та магнію Mg(HCO₃)₂. Її можна усунути кип’ятінням води. Постійна твердість води зумовлена присутністю у воді переважно сульфатів та хлоридів кальцію і магнію, вона не усувається при кип’ятінні води. Твердість води вимірюють у мілімолях еквівалентів іонів кальцію та магнію на 1л води.

Тимчасову твердість води визначають за допомогою титрованого розчину соляної кислоти, загальну – комплексонометричним методом (робота № 20). Постійну твердість води розраховують як різницю між загальною та тимчасовою твердістю води.

Для визначення тимчасової твердості мірним циліндром відмірюють 50мл досліджуваної води, додають 2 – 3 краплі розчину метилового червоно і титрують робочим розчином соляної кислоти з с(HCl) = 0,05моль/л до появи блідо-рожевого забарвлення. Тимчасову твердість води розраховують за формулою:

,

де Т_т – тимчасова твердість води, яка виражена в мілімолях еквівалентів іонів Са²⁺ та Mg²⁺ в 1л води; V(HCl) – об’єм досліджуваної води, л; с(HCl) – молярна концентрація еквівалента соляної кислоти, ммоль/л.

Робота № 9

Визначення оксиду вуглецю(IV) у повітрі

А. Метод Лунге-Цеккендорфа

У поглинач піпеткою вносять 10мл розчину карбонату натрію з фенолфталеїном, що має рожеве забарвлення. Після цього поглинач щільно затикають пробкою з трубочками та грушами. Стискувати гумову грушу необхідно до повного видавлення з неї повітря. Для повного поглинання СО₂ після кожного стиснення груші вміст пляшки, щоб не виплеснути рідину через коротку трубочку, струшують з повітрям, що в ній знаходиться, впродовж 1 хвилини 30 разів.

Стиснення гумової груші з наступним струшуванням розчину проводять до повного обезбарвлення розчину.

Для визначення вмісту СО₂ в повітрі якого-небудь приміщення роблять два досліди – у приміщенні і у відкритій атмосфері, де вміст СО₂ у повітрі сталий (φ⁰(СО₂) = 0,04% у місті та φ⁰(СО₂) = 0,03% – у сільській місцевості). Вміст СО₂ у повітрі приміщення розраховують за формулою:

,

де φ(СО₂) – об’ємна частка СО₂ у повітрі приміщення, %; φ⁰(СО₂) = 0,04%; а і а⁰ – число стиснень груші в дослідах у приміщенні та у відкритій атмосфері відповідно.

Б. Метод Д.В. Прохорова

В основу цього методу покладено той же принцип порівняльного дослідження повітря, що й за Лунге-Цеккендорфом. Поглинання СО₂ проводять безпосередньо з повітря в шприці місткістю 20 – 40мл. Для цього в шприц спочатку затягують 10мл розчину карбонату натрію, а потім – досліджуване повідтря в максимальній кількості, для чого поршень шприца відтягують на певний об’єм. При заборі повітря, щоб уникнути втрати рідини, шприц надійно закривають гумовим ковпаком., краще – гумовою пробкою. Потім енергійно струшують шприц 7 – 10 разів. Повітря з шприца витискують, і такі процедури повторюють до тих пір, поки розчин у шприці не знебарвиться. Вміст СО₂ у повітрі розраховують за приведеною вище формулою, де а і а⁰ – число порцій повітря, якими наповнювали шприц у приміщенні та у відкритій атмосфері відповідно.