Приготовление и стандартизация рабочих растворов метода кислотно-основного титрования

Цель работы: приготовить и стандартизировать рабочие растворы метода кислотно-основного титрования – HCl и NaOH (или KOH).

Сущность работы. Для проведения титриметрического определения необходимо прежде всего приготовить стандартный (рабочий) раствор титранта.

Стандартные растворы готовят с использованием аналитических весов и точной мерной посуды (бюретки, пипетки, мерные колбы). Концентрацию их записывают с точностью до четвертой значащей цифры.

Классификация стандартных растворов и все возможные способы их приготовления представлены на схеме.

 

Стандартные растворы
	¯				¯
Первичные (приготовленные)		Вторичные (установленные)
¯		¯		¯		¯
Из стандартного исходного вещества		Из фиксанала		Из кристаллического вещества		Из более концентрированного раствора

Первичный стандартный раствор можно приготовить сразу с точно известной концентрацией и не стандартизировать.

Способы приготовления первичных стандартных растворов:

1.Из кристаллического стандартного вещества (установочного вещества, исходного вещества, первичного стандарта). Взвешивают на аналитических весах точную навеску стандартного вещества, переносят в мерную колбу, растворяют в дистиллированной воде, затем доводят до метки (рис. 20).

Рис. 20. Приготовление первичного стандартного раствора
из кристаллического стандартного вещества

 

Ориентировочную массу навески вещества для приготовления раствора рассчитывают по формуле

После взятия навески и ее растворения в мерной колбе рассчитывают точную концентрацию приготовленного раствора по формуле

Кристаллическое вещество для приготовления первичного стандартного раствора должно соответствовать ряду требований:

– состав вещества должен строго соответствовать его формуле;

– вещество должно быть устойчиво на воздухе (не должно окисляться, поглощать СО₂, Н₂О) при хранении в твердом состоянии и в растворе;

– вещество должно быть хорошо растворимым, нелетучим, желательно безводным;

– вещество должно быть чистым (квалификации не ниже «х. ч.» или «ч. д. а», см. &);

– вещество должно легко очищаться от примесей перекристаллизацией;

– вещество должно иметь большую молярную массу эквивалента (тогда ошибка при взятии навески будет меньше);

– вещество должно быть доступным и недорогим.

Если взять такое вещество, взвесить его на аналитических весах и растворить в мерной колбе, то получится первичный стандартный раствор.

2. Из фиксанала (стандарт-титра). Фиксанал – это точно отвешенная масса твердого вещества «х. ч.», или точно отмеренный объем его раствора, помещенные в запаянные стеклянные ампулы. Содержимое ампулы 1 переносят через воронку 2 в мерную колбу 4, разбивая бойком 3, разбавляют до метки и получают раствор с точно известной концентрацией (рис. 21). Применение фиксаналов значительно сокращает время на приготовление стандартных растворов.

Поскольку чаще всего в ампуле содержится 0,1 моль-экв вещества, то концентрацию стандартного раствора, приготовленного из фиксанала в мерной колбе вместимостью V, находят по формуле

Вторичный стандартный раствор готовят в два этапа.

1. Готовят раствор с примерно известной концентрацией из кристаллического вещества или из более концентрированного раствора, используя технические весы и мерную посуду с ориентировочными делениями (мерные цилиндры, стаканы с делениями).

2. Определяют его точную концентрацию (стандартизируют) путем титрования первичного стандартного раствора.

В лабораторной работе рабочие растворы HCl и NaOH готовят как вторичные стандарты путем разбавления более концентрированных растворов с последующей стандартизацией по первичным стандартным растворам тетрабората натрия Na₂B₄O₇ ∙ 10H₂O и щавелевой кислоты Н₂С₂O₄ × 2H₂O. При титровании протекают следующие реакции:

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O = 2NaCl + 4Н₃BO₃

(f _экв(Na₂B₄O₇) = , f _экв(HCl) = 1);

Н₂С₂O₄ + 2NaOH = Na₂С₂O₄ + 2Н₂O,

(f _экв(Н₂С₂O₄) = , f _экв(NaOH) = 1).

Концентрацию растворов установочных веществ задают близкой к концентрации рабочих растворов.

Оборудование и реактивы: технические и аналитические весы, электрическая плитка, мерные цилиндры (10–25 мл, 250 мл), стаканы с делениями (500 мл), денсиметр (ареометр), склянки с этикетками для хранения рабочих растворов, мерная колба, пипетка, бюретка, колбы для титрования, тигель, Na₂B₄O₇ × 10H₂O (х. ч.), Н₂С₂O₄ × 2H₂O (х. ч.), концентрированные растворы HCl и NaOH (или KOH), индикаторы метиловый оранжевый и фенолфталеин.

Выполнение работы

1. Приготовление разбавленных растворов HCl и NaOH:

– с помощью денсиметров измеряют плотности концентрированных растворов HCl и NaOH;

– по справочнику находят их молярные концентрации (моль/л);

– рассчитывают объемы концентрированных растворов HCl и NaOH, необходимые для приготовления 500 мл (или 300 мл по указанию преподавателя) 0,1 н. растворов;

– цилиндрами отмеряют рассчитанные объемы HCl и NaOH, переносят их в стаканы вместимостью 500 мл и разбавляют дистиллированной водой до нужного объема;

– приготовленные растворы HCl и NaOH переливают в подписанные склянки для хранения, закрывают пробками и тщательно перемешивают.

Приготовленные растворы HCl и NaOH имеет приблизительно известную концентрацию, поэтому их необходимо стандартизировать.

2. Приготовление первичного стандартного раствора Na₂B₄O₇:

– рассчитывают ориентировочную массу установочного вещества Na₂B₄O₇ × 10H₂O, необходимую для приготовления 100 мл 0,1 н. раствора;

– установочное вещество взвешивают в тигле на технических, а затем на аналитических весах;

– навеску аккуратно пересыпают через воронку в мерную колбу, тигель с оставшимися на стенках частицами Na₂B₄O₇ × 10H₂O снова взвешивают на аналитических весах;

– по разности двух взвешиваний на аналитических весах находят массу Na₂B₄O₇ × 10H₂O, перенесенного в колбу;

– смывают навеску в колбу струей горячей дистиллированной воды, заполняют колбу на 2/3 объема водой. Снимают с колбы воронку и, перемешивая содержимое колбы круговыми движениями, добиваются полного растворения Na₂B₄O₇ × 10H₂O. Затем доводят содержимое колбы до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают раствор, многократно переворачивая колбу;

– вычисляют молярную концентрацию эквивалента Na₂B₄O₇ с точностью до четвертой значащей цифры и приступают к титрованию.

3. Установление точной концентрации приготовленного раствора HCl (стандартизация):

– вымытую бюретку ополаскивают небольшим количеством приготовленного рабочего раствора HCl и заполняют ее этим раствором;

– в чистую коническую колбу переносят пипеткой определенный объем (аликвоту) приготовленного раствора установочного вещества Na₂B₄O₇, прибавляют 1–2 капли индикатора метилового оранжевого и начинают титровать, перемешивая жидкость круговым движением колбы. Титрование прекращают, как только произойдет резкое изменение окраски раствора;

– титрование повторяют несколько раз, пока не будет получено не менее трех значений объема титранта, различающихся между собой не более чем на 0,1 мл. Все полученные результаты должны обязательно заноситься в лабораторный журнал, даже если они и одинаковые.

– рассчитывают средний объем титранта, учитывая только те значения, которые различаются не более чем на 0,1 мл;

– по результатам титрования находят точную молярную концентрацию эквивалента приготовленного рабочего раствора HCl.

В некоторых случаях по указанию преподавателя рабочий раствор HCl может быть приготовлен из фиксанала или установление концентрации его может быть проведено по стандартному раствору щелочи, Na₂CO₃ или NaHCO₃.

4. Приготовление первичного стандартного раствора Н₂С₂O₄:

– рассчитывают ориентировочную массу установочного вещества Н₂С₂O₄ × 2H₂O, необходимую для приготовления 100 мл 0,1 н. раствора;

– установочное вещество взвешивают в тигле на технических, а затем на аналитических весах;

– навеску аккуратно пересыпают через воронку в мерную колбу, тигель с оставшимися на стенках частицами Н₂С₂O₄ × 2H₂O снова взвешивают на аналитических весах;

– по разности двух взвешиваний на аналитических весах находят массу Н₂С₂O₄ × 2H₂O, перенесенной в колбу;

– смывают навеску в колбу струей дистиллированной воды, заполняют колбу на 2/3 объема водой. Снимают с колбы воронку и, перемешивая содержимое колбы круговыми движениями, добиваются полного растворения Н₂С₂O₄ × 2H₂O. Затем доводят содержимое колбы до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают раствор, многократно переворачивая колбу;

– вычисляют молярную концентрацию эквивалента Н₂С₂O₄ с точностью до четвертой значащей цифры и приступают к титрованию.

5. Установление точной концентрации приготовленного раствора NaOH (стандартизация):

– вымытую бюретку ополаскивают небольшим количеством приготовленного рабочего раствора NaOH и заполняют ее этим раствором;

– в чистую коническую колбу переносят пипеткой определенный объем (аликвоту) приготовленного раствора установочного вещества Н₂С₂O₄, прибавляют 1–2 капли индикатора фенолфталеина и начинают титровать, перемешивая жидкость круговым движением колбы. Титрование прекращают, как только появится неисчезающая розовая окраска раствора;

– титрование повторяют несколько раз, пока не будет получено не менее трех значений объема титранта, различающихся между собой не более чем на 0,1 мл. Все полученные результаты должны обязательно заноситься в лабораторный журнал, даже если они и одинаковые;

– рассчитывают средний объем титранта, учитывая только те значения, которые различаются не более чем на 0,1 мл;

– по результатам титрования находят точную молярную концентрацию эквивалента приготовленного рабочего раствора NaOH.

В некоторых случаях по указанию преподавателя рабочий раствор NaOH может быть приготовлен из фиксанала или установление концентрации его может быть проведено по стандартному раствору HCl.

&

М (Na2B4O7 × 10H2O) = 381,372 г/моль

М (H2C2O4 × 2H2O) = 126,066 г/моль

&	Степень чистоты реактивов возрастает в ряду: техн. (технический) ® ® ч. (чистый) ® ч. д. а. (чистый для анализа) ® х. ч. (химически чис- тый) ® ос. ч. (особой чистоты).

 

&	Плотности и концентрации растворов HCl при 20 °С
Плотность, г/мл	w, мас. %	С, моль/л	Плотность, г/мл	w, мас. %	С, моль/л
	1,090	18,43	5,509	1,120	24,25	7,449
	1,100	20,39	6,150	1,130	26,20	8,118
	1,110	22,33	6,796	1,140	28,18	8,809

&	Плотности и концентрации растворов щелочей при 20 °С
	NaOH	KОН
Плотность, г/мл	w, мас. %	С, моль/л	Плотность, г/мл	w, мас. %	С, моль/л
1,090	8,28	2,257	1,100	11,03	2,15
1,100	9,19	2,527	1,105	11,56	2,28
1,110	10,10	2,802	1,110	12,08	2,39
1,120	11,01	3,082	1,115	12,61	2,51
1,130	11,92	3,367	1,120	13,14	2,62
1,140	12,83	3,655	1,125	13,66	2,74

 

:	С использованием ПО «Расчет кривых кислотно-основного титрования» провести компьютерный расчет кривых титрования тетрабората натрия кислотой и щавелевой кислоты щелочью. Объяснить их вид и обосновать использование индикаторов метилового оранжевого и фенолфталеина.

Лабораторная работа № 10