Раздел 2. Титраметрические методы исследования.

Тема 2.1. Титраметрический метод. Основы метода:

Титриметрический (объемный) метод состоит в том, что раствор с известной концентрацией (титрант) добавляют не­большими порциями к анализируемому раствору. Этот процесс называется титрованием. Титриметрия по точности уступает гравиметрическому методу, однако отличается высокой экс- прессиостью.

Титриметрические методы исследования

Классификация методов в соответствии с типом химических реакций

Подгруппы методов называются в соответствии с названием титрантов.

По способу выполнения различают прямое и обратное титрование, метод замещения.

Варианты титриметрического анализа.

Метод пикетирования. Титруют несколько раз одинако­вые порции раствора, отбираемого пипеткой из мерной колбы определенной вместимости, в которой растворена масса навески определяемого вещества. Концентрацию анализируемого раство­ра рассчитывают по закону эквивалентов с учетом результатов титрования. Например, при определении концентрации раствора НС1 путем титрования раствором NaOH математическая запись закона эквивалентов по методу пипетирования имеет вид:

с(1/1НС1) • V(HC1) - c(l/lNaOH) • V(NaOH).

Метод отдельных навесок. Несколько навесок вещества, взвешенных на аналитических весах, растворяют в произвольном объеме растворителя и титруют каждый раствор. Массу вещест­ва, вступившего в химическую реакцию, рассчитывают по закону эквивалентов:

m(HCl) с(1 / INaOH) • V(NaOH)

М(1/1НС1)" 1000

Метод пипетирования более экспрессен и менее трудоемок, но уступает в точности методу отдельных навесок.

Способы приготовления титрованных растворов

Точность титриметрических определений обусловливается точностью установления концентрации рабочего раствора (тит- ранта). Точную концентрацию рабочего раствора находят с по­мощью стандартного раствора.

Титрованные (с известным тит­ром) растворы готовят следующими способами.

Приготовление титрованного раствора по точной на­веске стандартного вещества. Рассчитывают массу навески стандартного вещества, необходимую для приготовления раство­ра заданной концентрации в заданном объеме раствора. Массу навески вещества, взятую на аналитических весах, количественно(полностью) переносят в мерную колбу заданной вместимости, растворяют в небольшом объеме воды, доводят до метки дистил­лированной водой (рис. 10).

Рис. 10. Приготовление стандартного раствора: 1 - мерная колба; 2 - воронка; 3 - стаканчик или бюкс с навеской; 4 - промывалка с дистиллированной водой; 5 - капельная пипетка

Приготовленный таким способом раствор называется стан­дартным или с приготовленным титром.

Так готовят растворы только из стандартных (исходных) ве­ществ, отвечающих следующим требованиям:

1. состав соединения должен точно соответствовать химиче­ской формуле, например Н2С2О4 • 2НгО; Na₂B40₇ * 10Н₂О;

2. вещество должно быть химически чистым (массовая доля примесей не выше 0,05 %) или должен быть известен простой способ очистки вещества от примесей;

3. вещество должно быть химически устойчивым при хра­нении (не изменяться при высушивании, не быть гигроскопич­ным, не взаимодействовать с компонентами воздуха);

4. вещество должно иметь по возможности большую моле­кулярную массу, чтобы уменьшить погрешность при взвешива­НИИ

Точность титриметрических определений обусловливается точностью установления концентрации рабочего раствора (тит- ранта). Точную концентрацию рабочего раствора находят с по­мощью стандартного раствора. Титрованные (с известным тит­ром) растворы готовят следующими способами.

1. Приготовление рабочего раствора по неточной навеске (КОН, NaOH) или разбавлением более концентрированного рас­твора (HCl, H2SO4J HN0₃). При этом нет необходимости отби­рать точную навеску вещества, так как при всей тщательности взвешивания из таких веществ нельзя получить раствор с точной концентрацией. Поэтому для приготовления рабочих растворов навеску взвешивают на технических весах и применяют неточ­ную мерную посуду. Для стандартизации рабочего раствора его титруют стандартным раствором. Такие растворы называют стандартизированными или с установленным титром.

2. Приготовление титрованного раствора из фиксанала. Фиксанал - запаянная ампула, в которой находится точно извест­ное количество вещества или раствора (0,1 моль-экв). Содержи­мое ампулы количественно переводят в мерную колбу заданного объема, разбивая ампулу о вложенный в воронку боек (рис. 11). Вторым бойком разбивают верхнее углубление ампулы, с помо­щью промывалки через отверстие тщательно промывают ампулу. Для промывки рекомендуется не менее, чем 6-кратный объем во­ды (по сравнению с вместимостью ампулы). Раствор доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Из фиксанала готовят как стандартные, так и рабочие растворы. Это быстрый и достаточно точный способ приготовления титрованных раствов.

Лабораторная работа № 1.

Приготовление Стандартного растворо ЩАВЕЛЕВОЙ кислоты

Цель работы: научиться взвешивать на аналитических весах; освоить методику приготовления стандартных (исходных) растворов по точной навеске.

Приборы, посуда и реактивы

Аналитические весы АДВ-200 2-го класса точности.

Технические весы 3-го класса точности ВЛ-Э134.

Мерная колба вместимостью 250 см³.

Воронка диаметром 3 см.

Бюкс вместимостью 50 см³.

Промывалка с дистиллированной водой.

Капельная пипетка.

Склянка для хранения раствора вместимостью 500 см³.

Препарат щавелевой кислоты квалификации х.ч. или ч.д.а.

Порядок выполнения работы

Стандартный раствор щавелевой кислоты необходим для ус­тановления концентрации рабочего раствора гидроксида натрия. Раствор готовят растворением точной навески кристаллогидрата щавелевой кислоты (Н₂С₂О₄ 2Н₂0) в мерной колбе.

Готовят 250,0 см³ раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента с(1/2 Н₂С₂О₄) = 0,1000 моль/дм³.

Расчет. Вычисляют массу навески щавелевой кислоты (г), необходимую для приготовления 250,0 см³ раствора с заданной концентрацией:

Молярная масса эквивалента щавелевой кислоты:

М(1/2 Н₂С₂0₄- 2Н₂0) = 1/2 М(Н₂С₂0₄ • 2Н₃0) = 1/2 126 = 63 г/моль.

Взвешивание навески. Взвешивать точно 1,5750 г щавеле­вой кислоты нет необходимости. Достаточно взять массу навески, близкую к рассчитанной (± 0,010 г). После взвешивания точную концентрацию пересчитывают с учетом практически полученной массы навески щавелевой кислоты.

Бюкс предварительно взвешивают на технических весах, за­тем массу уточняют на аналитических весах. Массу пустого бюк- са (mg) записывают в лабораторный журнал с точностью ± 0,0002 г. К массе пустого бюкса прибавляют массу навески, по­лученную при расчете, и соответствующую навеску отбирают на технических весах, затем массу уточняют на аналитических ве­сах. Массу бюкса с навеской записывают в лабораторный журнал (ш_б+н). По разности массы бюкса с навеской и массы пустого бюкса находят точную массу навески щавелевой кислоты (ш_н):

Приготовление раствора. Массу навески щавелевой кисло­ты через сухую воронку количественно переносят в предвари­тельно вымытую и ополоснутую дистиллированной водой мер­ную колбу. Дистиллированной водой из промывалки смывают оставшиеся кристаллы кислоты с внутренней поверхности бюкса и воронки в колбу (ополаскивание повторяют 3-4 раза). Для рас­творения навески в колбу добавляют дистиллированную воду на 1/2 объема колбы. Круговыми движениями перемешивают рас­твор до полного растворения кристаллов кислоты. Капельной пи­петкой доводят раствор до метки дистиллированной водой, колбу закрывают пробкой, раствор тщательно перемешивают. Содер­жимое колбы переносят в склянку для хранения раствора.

Рассчитывают титр (г/см³) и молярную концентрацию экви­валента (моль/дм³) раствора щавелевой кислоты с точностью до четвертой значащей цифры: