Титрование смеси солевых систем

Из сравнения кривых титрования индивидуальных веществ: Na₂CO₃ (рис. 4.19), NaOH (рис. 4.15) и NaHCO₃ , которому соответствует вторая стадия кривой титрования карбоната (рис. 4.19), можно заключить, что только карбонат натрия титруется в 2-е стадии, а гидроксид натрия и гидрокарбонат – в одну. Кроме того, все эти вещества имеют в качестве титранта один и тот же рабочий раствор – HCl. Следовательно возможно попарное титрование смесей этих веществ с использованием двух индикаторов: фенолфталеина и метилового оранжевого. Практический интерес представляет анализ двух смесей: Na₂CO₃ - NaHCO₃ и Na₂CO₃ – NaOH.

 

а) С истема Na₂CO₃ – NaHCO₃.

Кривая титрования этой системы представляет собой наложение кривых титрования Na₂CO₃ и NaHCO₃, причем NaHCO₃ титруется лишь по 2-й стадии, поэтому расход титранта на 2-й стадии будет больше, чем на первой. Схема хода титрования такой системы показана на рисунке 4.21. Определим расход титранта для каждого из веществ. Отсчет объема титранта будем вести от нуля бюретки.

 

Рисунок 4.21 - схема титрования смеси Na₂CO₃ - NaHCO₃

 

1-я точка титруется по фенолфталеину (V_ф/ф) до его обесцвечивания и соответствует реакции Na₂CO₃ +HCl → NaHCO₃ + NaCl. Объем раствора титранта V_ф/ф = V₁ соответствует титрованию Na₂CO₃ на ½ (оттитрован 1-н протон). Гидрокарбонат, как указывалось выше, в этой области устойчив и не титруется.

2-я точка эквивалентности (V_м/о) определяется по индикатору метиловому оранжевому и в ней одновременно титруются Na₂CO₃ (2-я стадия, соответствующая реакции NaHCO₃ + HCl → H₂CO₃) и NaHCO₃, изначально содержащийся в растворе.

Из анализа схемы видно, что V_м/о = V_об = 2V₁ + V₂ - общий расход титранта на титрование смеси по 2-м стадиям с индикатором метилоранжем; где V₁ = V_ф/ф – расход титранта по фенолфталеину; а V₂ - расход HCl только на реакцию с NaHCO₃. Следовательно V_м/о = 2V_ф/ф + V₂.

Тогда на титрование гидрокарбоната NaHCO₃, согласно схеме, расходуется объем кислоты, равный V₂(HCl) = V_м/о – 2V_ф/ф.

Так как обе стадии для Na₂CO₃ – равноценны, что следует из уравнения

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂CO₃ (H₂CO₃ → H₂O + CO₂),

то расход титранта на реакцию с Na₂CO₃ составит V^’(HCl) = 2V_ф/ф.

б) Т итрование системы Na₂CO₃ – NaOH.

Кривая титрования имеет 2-е Т.Э. и получается путем наложения кривых Na₂CO₃ (рис. 4.19) и NaOH (рис. 4.15), причем по 2-й стадии титруется только Na₂CO₃ (NaHCO₃ → H₂CO₃), поэтому расход титранта по 1-й стадии будет больше, чем по второй.

На рисунке 4.22 приведена схема титрования смеси карбоната и гидроксида натрия. Отсчет объема титранта также будет выполняться от нуля бюретки.

 

 

Рисунок 4.22 – схема титрования системы Na₂CO₃ – NaOH рабочим

раствором HCl

1-я точка эквивалентности определяется по индикатору фенолфталеину и до нее титруются оба компонента по реакциям:

Na₂CO₃ +HCl → NaHCO₃ + NaCl

(оттитрован 1-н протон) – ей соответствует расход титранта V₁ и

NaOH + HCl → NaCl

– титруется до конца, а расход титранта для NaOH обозначим как V₂. Тогда до 1-й точки эквивалентности объем рабочего раствора HClсоставит: V_ф/ф = V₁ + V₂.

2-ю точку определяем по метиловому оранжевому. Расход титранта по этому индикатору соответствует полному титрованию обоих компонентов системы, причем на 2-й стадии титруется только NaHCO₃, образовавшийся при титровании карбоната на 1-й стадии. Из схемы видно, что:

V_ф/ф = V₁ + V₂ и V_м/о = 2V₁ + V₂, так как обе стадии для Na₂CO₃ – равноценны, то путем несложных преобразований этих выражений найдем значения объемов кислоты V₁ и V₂: V₁ = V_м/о – V_ф/ф и V₂ = V_м/о – 2V₁

Расход HCl на полное титрование Na₂CO₃ составит:

V′(HCl)= 2V₁ = 2(V_м/о – V_ф/ф).

Подставляя это значение в выражение для V₂, получим:

V₂ = V_м/о – 2(V_м/о – V_ф/ф) = 2V_ф/ф - V_м/о.

Следовательно V₂(HCl) = 2V_ф/ф - V_м/о и V’(HCl) = 2(V_м/о – V_ф/ф) – расход титранта HCl, пошедший на определение NaOH и Na₂CO₃ соответственно при их совместном титровании.