Вычисления в титриметрическом анализе

Для выражения концентрации растворов в этом методе анализа обычно используют молярную концентрацию эквивалента.

Молярная концентрация эквивалента (нормальность) - это количество вещества эквивалента, которое содержится в 1 литре раствора.

М олярная концентрация эквивалента обозначается С_Э (допускается N), и рассчитывается по формуле: С_Э= n_э/V, где n_э - количество вещества эквивалента, моль; V - объем раствора, л единица измерения концентрации - моль/л. Количество вещества эквивалента (n_э) того или иного вещества в заданном объеме равно: n_э = m/M_э = С_э·V, где m - масса вещества, г; M_Э - молярная масса эквивалента, г/моль,V - объем раствора, л.

Таким образом, при титровании в точке эквивалентности количество вещества эквивалента титрованного раствора равно количеству вещества эквивалента определяемого вещества - закон эквивалентов: n_э(A) = n_э(B) или

С_э(А) · V(А) = С_э(В) · V(В), отсюда

Кроме молярной концентрации эквивалента концентрацию выражают титром (Т). Титр - это количество граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора.

Титр и молярная концентрация эквивалента раствора связаны формулой:

Титр по определяемому веществу - это количество граммов определяемого вещества, которое реагирует с 1 мл титранта.

Приемы титрования

Прямое титрование - это простейший прием титрования, заключающийся в том, что к определенному объему раствора определяемого вещества (А) по каплям приливают титрант (рабочий раствор) вещества (В). Зная концентрацию и объем рабочего раствора (В), израсходованного на реакцию с определяемым веществом (А), можно легко вычислить концентрацию последнего:

Если основная реакция идет медленно, или нет подходящего индикатора для фиксирования точки эквивалентности, особенно при работе с неустойчивыми веществами, то применяют обратное или заместительное титрование.

Обратное титрование - это процесс титрования, при котором к определенному объему раствора определяемого вещества (А) приливают точно известный объем титранта (В₁), взятого в избытке. Избыток, не вошедшего в реакцию вещества (В₁), оттитровывают раствором другого титранта (В₂) точно известной концентрации. Расчеты производят по формулам:

 

n_э(A) = n_э(B₁) - n_э(B₂);

 

Титрование заместителя. Сущность этого метода заключается в том, что к определяемому веществу (А) прибавляют вспомогательное вещество (Р), реагирующее с ним с выделением эквивалентного количества нового вещества (А₁), которое оттитровывают соответствующим титрантом (В). Другими словами, вместо непосредственного титрования определяемого вещества (А) титруют его заместитель (А₁). Так как количества А и А₁ эквивалентны, то количество вещества эквивалента определяемого вещества n_э(А) равно количеству вещества эквивалента титранта n_э(В):

n_э(A) = n_э(А₁) = n_э(B);

МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

В основе метода лежит реакциявзаимодействия ионов водорода или ионов гидроксония с гидроксид-ионами, которая приводит к образованию слабодиссоциированных молекул воды:

H⁺ + OH^- ® H₂O или H₃O⁺ + OH^- ® 2 H₂O

Этим методом можно определять концентрацию и количество кислот, оснований, солей, водные растворы которых подвергаются гидролизу, а также смеси этих веществ.

Основными титрантами (рабочими растворами) метода нейтрализации являются растворы сильных кислот (HCl или H₂SO₄) и сильных оснований (NaOH или KOH). В качестве установочных веществ (или первичных стандартов) для установления титра (стандартизации) кислот используют тетраборат натрия Na₂B₄O₇^.10 H₂O или карбонат натрия Na₂CO₃, для стандартизации щелочей используют щавелевую кислоту H₂C₂O₄^.2H₂O или янтарную кислоту H₂C₄H₄O₄.

Для определения точки эквивалентности в методе нейтрализации применяют кислотно-основные индикаторы (см. табл.). Это сложные органические кислоты или основания, которые изменяют свою окраску в зависимости от рН раствора. Интервал рН, в котором индикатор меняет цвет, называется интервалом перехода окраски индикатора. Значение рН, при котором заканчивают титрование с данным индикатором, называется показателем титрования индикатора (рТ). Величина рТ находится внутри интервала перехода окраски индикатора.

При подборе индикатора пользуются следующим правилом: рН в точке эквивалентности должен совпадать с рТ индикатора или находиться внутри интервала перехода окраски индикатора.

Точка эквивалентности не всегда совпадает с рТ индикатора, что приводит к ошибке титрования, которая называется индикаторной ошибкой.

 

Таблица