Титриметрический метод анализа.

ФГОУ ВПО УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра химии

“Объемный анализ”

Методические указания

к самостоятельной работе студентов

По аналитической химии

 

Екатеринбург, 2005

УДК 546 (0758)

“Объемный анализ” Методические указания к самостоятельной работе студентов по аналитической химии

Составители: доцент кафедры химии УрГСХА Андронникова Г.П.,

ст. преподаватель Пащенко О.В., проф.Филякова В.И.

Екатеринбург, УрГСХА, 2005, с.35, табл.3. Библиогр. 9 назв.

 

Одобрено к изданию учебно-методической комиссией агрономического факультета (протокол № ___ от ____ 2005г.)

 

 

Методические указания предназначены для студентов УрГСХА факультетов технологии животноводства (специальности зоотехния, технология производства сельскохозяйственной продукции), ветеринарной медицины (специальности ветеринария, товароведение и экспертиза товаров), агрономического факультета (специальности агрономия, плодоовощеводство и виноградарство) для подготовки к занятиям по дисциплине аналитическая химия.

 

ã Уральская государственная

сельскохозяйственная академия -

УрГСХА, 2005г.

Предисловие

 

Методические указания составлены в соответствии с образовательными стандартами и программами курсов неорганической и аналитической химии, общей химии, и химии для различных специальностей. Они предназначены для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям, коллоквиуму, зачету по аналитической химии.

В практической деятельности специалистов аграрного профиля возникает необходимость обнаружения (идентификации) того или иного вещества и количественная оценка его содержания. Такие вопросы стоят при исследовании качества почвы, воды, анализе кормов, продуктов животноводства и растениеводства. Среди проблем, возникающих в условиях химизации сельскохозяйственного производства, особое внимание уделяется загрязнению продуктов питания, почв, воды.

Все более актуальным является анализ тяжелых металлов и других токсичных элементов, появляющихся в почве в результате техногенного загрязнения атмосферы, а также присутствующие в качестве примесей в минеральных удобрениях.

Количественный анализ является важной составляющей предмета аналитической химии и содержит в своей основе знания закономерностей химических процессов и свойств неорганических и органических веществ.

Изучение аналитической химии в аграрном вузе способствует формированию профессиональных знаний, позволяющих при внедрении прогрессивных технологий уметь прогнозировать применение химических материалов, без вредных последствий для окружающей среды, владеть методами анализа и технологиями переработки отходов производства, проводить специальные мероприятия, улучшающие окружающую среду и качество жизни человека. Полученные знания предмета аналитической химии понадобятся студентам в дальнейшем и при изучении специальных дисциплин.

 

Рекомендуемая литература.

1.Цитович И.К. Курс аналитической химии. М.- Высш. школа- 1994.

2. Основы аналитической химии. Под ред. Золотова Ю.М. М. - Высш. школа- 2001.

3. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа, М.- Мир-1997

Введение

Количественный анализ – раздел аналитической химии, изучающий методы определения количественного содержания исследуемого вещества.

Все методы количественного анализа делятся на 3 основные группы:

1) химические методы – весовой (гравиметрический), объемный

(титриметрический), газовый метод (газоволюметрический анализ)

2) физико-химические методы (колориметрия, хроматография и др.)

3) физические методы анализа (атомно-эмиссионный спектральный анализ и др.)

Химические методы анализа.

Гравиметрический метод основан на том, что из анализируемого вещества выделяют его составную часть в виде нерастворимого соединения и по массе отфильтрованного и высушенного осадка вычисляют количество составной части.

Титриметрический метод основан на измерении объемов двух взаимодействующих растворов, один из которых содержит анализируемое вещество, концентрация другого раствора известна.

Газоволюметрический метод применяют в контроле технологических процессов. Принцип метода состоит в измерении объема отдельных компонентов газовой смеси, поглощаемых при пропускании через растворы специальных реактивов.

Физико-химические и физические методы анализа основаны на регистрации физических свойств системы, требуют применения специальных приборов. Они отличаются высокой точностью, и все более широко применяются в анализе сельскохозяйственных объектов

 

Общие положения.

 

Титриметрический метод основан на точном измерении объемов растворов двух веществ, вступающих в химическую реакцию. При этом один из растворов содержит анализируемое вещество, у второго раствора известна концентрация вещества.

В данном анализе используют титрованные растворы

или растворы с известной концентрацией – титром.

Титр раствора - это масса вещества, содержащаяся в одном кубическом сантиметре раствора или в одном миллилитре раствора.

Т = m /V (г/мл)

Титриметрический анализ характеризуется быстротой определения и использует химические реакции различных типов.

По типу химических реакций этот метод анализа делится на:

1. методы, основанные на реакциях соединения ионов:

а) метод кислотно-основного титрования (Н⁺ + ОН^{- =} Н₂О);

б) метод осадительного титрования Ag⁺ +Cl^- = AgCl;

2. методы, основанные на окислительно-восстановительных реакциях:

а) перманганатометрия (титрант перманганат калия – окислитель);

б) йодометрическое титрование (окислитель - йод, индикатор - крахмал и др.);

3. комплексонометрическое титрование - метод основан на образовании комплексных соединений при взаимодействии ионов с органическими растворителями.

Реакция, положенная в основу титриметрического определения должна удовлетворять следующим требованиям:

1) количественное протекание слева направо (необратимость);

2) стехиометричность (отсутствие побочных реакций);

3) высокая скорость;

4) возможность точного определения концентрации раствора титранта;

5) возможность визуальной или инструментальной индикации конечной точки реакции.

В титриметрическом методе используется процесс титрования - постепенное приливание раствора титранта к раствору анализируемого вещества неизвестной концентрации (пробе) до тех пор, пока не будет получен сигнал индикатора, свидетельствующий о прекращении реакции (достижении конечной точки титрования).

При титровании нужно использовать не любое количество реактива, а количество химически эквивалентное, т.е. точно отвечающее уравнению химической реакции. В этом случае говорят об определении точки эквивалентности.

Момент окончания титрования можно установить визуально при помощи химической реакции или по изменению некоторых физических свойств раствора.

Например, при количественном определении ионов хлора

исследуемый раствор титруют азотнокислым серебром в присутствии

хромата калия К₂СrO₄; как только все ионы хлора будут связаны, избыток нитрата серебра приводит к реакции образования кирпично-красного осадка хромата серебра (Ag₂CrO₄):

AgNO₃ + K₂CrO₄ = Ag₂CrO₄ + 2KNO₃

В этот момент титрование прекращают. Хромат калия - является индикатором данной реакции.

Индикаторы.

В титриметрии чаще используют индикаторы - органические красители, окраска которых меняется при концентрации определяемого вещества, характерной для точки эквивалентности. Согласно теории Оствальда, индикаторы - это слабые органические кислоты, или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы имеют различную окраску.

В соответствии с теорией молекулы индикаторов содержат носители цветности. Цветность определяется наличием определенных групп атомов - хромофоров (-N=N-; -N=O; >C=C< и др.) с сопряженными двойными связями, также наличием ауксохромных групп (-NH2; -NH-; >N- и др.).

Изменение окраски индикатора - результат изменения внутреннего строения с участием ионов водород, которые либо отщепляются от молекул индикатора, либо присоединяются к нему.

Например, фенолфталеин считают кислотным индикатором

при его диссоциации, образуется ион Н⁺:

HInd <=> H⁺ + Ind ^-

бесцветн. малиновый

Фенолфталеин - одноцветный индикатор, при рН< 8 его молекулы не содержат хиноидной структуры и бесцветны, при действии щелочи, равновесие сдвигается вправо по принципу Ле- Шателье, и накопление анионов приведет к к образованию хиноидной структуры анионов, окрашенных в малиновый цвет.

Двухцветный индикатор метиловый оранжевый при рН < 3.1 он красный, а при рН >4.4 - желтый.

Важнейшей количественной характеристикой индикатора является константа диссоциации:

К = [ H ⁺] [ Ind ^- ] / [ HInd ]

Или в логарифмической форме:

lgK = pK

При постепенном изменении рН переход индикатора из молекулярной в ионную форму происходит постепенно. Интервал рН, в котором наблюдается изменение цвета индикатора, называют интервалом перехода индикатора.

В общем видеинтервал перехода выражается уравнением:

рН = рК + 1

Для установления точки эквивалентности при титровании большое

значение имеет показатель титрования индикатора – рТ. Наиболее резкое изменение цвета наблюдается, как правило, при одинаковых концентрациях обеих форм индикатора. Поэтому показатель титрования равен или близок к значению рК.

рТ= рК.

При титровании наиболее часто применяют метиловый оранжевый, лакмус, фенолфталеин. У метилового оранжевого - интервал перехода - от 3.1 до 4.4 (рК = 4); лакмуса - от 5-8 (рК= 6.9); фенолфталеина - 8-10 (рК =9.1)

 

Таблица 1. Область перехода индикаторов.

Индикатор	Область перехода индикатора pH
Метиловый оранжевый Лакмус Фенолфталеин	3.1 - 4.4 5.0 - 8.0 8.0 - 10.0

 

Следовательно, титрование с фенолфталеином заканчивают в щелочной среде, с метиловым оранжевым - в кислой, с лакмусом - в нейтральной.

 

Стандартные растворы

Каким бы методом не проводилось титрование, в нем используются

1) титрованный раствор (титрант);

2) подходящий индикатор;

3) способ точного измерения объема.

В титриметрии используют эквивалентные (нормальные) концентрации титрованных растворов (N).

Титрованные растворы могут быть получены разными способами. В зависимости от этого различают первичные и вторичные стандартные растворы. Первые являются приготовленными, вторые – стандартизирован-ными растворами.

Стандартные растворы - это растворы, приготовленные из точной навески. Они должны удовлетворять следующим требованиям:

1) вещество должно быть химически чистым;

2) состав вещества должен строго соответствовать формуле;

3) простота и воспроизводимость приготовления;

4) устойчивость на воздухе и при воздействии тепла и света;

5) концентрация раствора должна быть стабильной в течение длительного времени.

Таким образом, стандартные растворы готовят из химически устойчивых веществ.

Техника работы.

Мерные колбы. Мерные колбы служат для приготовления стандартных растворов и для разбавления исследуемых растворов до определенного объема.

Это плоскодонные колбы с длинным, узким горлом, на котором нанесена круговая метка. Колбы калибруют на содержание в них определенного объема жидкости. Объем указан на стенке колбы и соответствует объему жидкости, если колба наполнена таким образом, чтобы нижняя часть мениска жидкости касается метки. При этом глаза наблюдателя и метка должны находиться на одном уровне. Мерные колбы различаются по вместимости: 25, 50, 100, 200, 250, 500 и 1000 мл.

Бюретки. Бюретки позволяют отмерять нужные объемы жидкости, и калиброваны на выливание. Обычные лабораторные макробюретки представляют собой градуированные цилиндрические трубки с суженным концом, который снабжен специальным краном. Суженный конец может быть соединен резиновой трубкой с оттянутой стеклянной трубочкой. По вместимости бюретки бывают от 10 до 100 мл. Их калибруют в мл и их десятых долях (т.е. каждое маленькое деление соответствует 0.1 мл). Нулевое деление находится в верхней части бюретки.

Бюретку закрепляют строго вертикально в штативе и заполняют раствором до уровня превышающую нулевую отметку на 2-3 см. В бюретке не должно быть пузырьков воздуха, особенно часто они возникают в суженной ее части. Для удаления пузырьков воздуха из бюретки дают вытечь части раствора сильной струей.

В процессе титрования выливать жидкость из бюретки следует постепенно; после окончания титрования отсчет объема раствора производится не сразу, для того, чтобы жидкость, оставшаяся на стенке бюретки успела стечь.

Пипетки. Пипетки применяются для точного отмеривания определенного объема раствора и перенесения его из одного сосуда в другой. Они бывают двух типов: градуированные и мерные. Мерные пипетки наиболее часто применяют в титриметрии. Это узкие трубки с расширением в середине. В верхней, узкой части находится круговая метка. Пипетки бывают разной вместимости: 10,15, 20, 25,50 мл. Пипетки калиброваны на выливание. После переноса пипетки в приготовленный для работы сосуд для титрования необходимо дать жидкости вытечь. После этого прикасаются кончиком пипетки к стенке сосуда и ждут 20 секунд, пока вытекут остатки. Не следует обращать внимание на небольшое количество раствора в носике. Калибрование пипетки рассчитано именно на этот способ выливания. Выдувание оставшейся в пипетке капли раствора недопустимо.

Реагенты

Соляная кислота НСl, 0.100 М стандартный раствор

Гидроксид натрия NaOH, 0.1 М раствор

Индикаторы: метиловый оранжевый 0.1%-ный водный раствор;

Фенолфталеин 0.1%-ный раствор в 60% -ном этаноле

Для проведения титрования собирают титровальную установку, состоящую из следующего оборудоывния:

а) штатива с закрепленной бюреткой,

б) конических колб для титрования,

в) пипеток для отбора исследуемого раствора,

г) белого экрана на основании штатива,

в) капельницы с индикатором.

Выполнение определения.

1.Титрование с метиловым оранжевым.

В тщательно вымытую и затем ополоснутую раствором гидроксида натрия бюретку наливают раствор гидроксида натрия. Следят за тем, чтобы носик бюретки был заполнен раствором. Отбирают пипеткой 10.0 мл стандартного раствора соляной кислоты и переносят в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл, добавляют мерным цилиндром 20 мл дистиллированной воды, 1 каплю метилового оранжевого и титруют раствором гидроксида натрия до изменения окраски раствора от красной через оранжевую в желтую. По мере вытекания раствора из бюретки содержимое колбы плавно перемешивают круговыми движениями. Титрование заканчивают в тот момент, когда изменение окраски происходит от добавления очередной капли щелочи.

По окончании титрования отсчитывают по шкале бюретки объем щелочи, пошедший на титрование и снова заполняют бюретку раствором щелочи. Титруют не менее трех раз. Результаты трех титрований должны отличаться друг от друга не более, чем на 0.1 мл. Результаты титрования заносятся в журнал:

Первое титрование - (мл)

Второе титрование - (мл)

Третье титрование - (мл)

Вычисляется среднее значение объема Vср.= (V₁+ V₂+V₃): 3

Нормальность едкого натрия вычисляют по формуле:

N_NаOН =N_НСl ^. V_HCl / V_ср.NaОH

 

2. Титрование с фенолфталеином. В колбу для титрования помещают пипеткой 10.0 мл стандартного раствора НСl, 2-3 капли фенолфталеина и титруют раствором гидроксида натрия до бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 сек.

Кривые титрования.

Для графического представления процесса титрования величину рН выражают как функцию от добавленного количества титранта в мл, моль, моль/л. При построении кривой по оси абсцисс обычно откладывают объем титранта, либо степень оттитрованности в % (t).

Таблица 2. Данные титрования сильной кислоты сильным основанием

 

№	V р-ра NaOH (мл)	Конц. ионов [ H^+]	РН р-ра
	0.0	1.0 ^.10^- 1	1.0
	90.0	5.3 ^. 10^-3	2.3
	99.0	5.0 ^. 10^-4	3.3
	99.9	5.0 ^. 10^-5	4.3
	100.0	1.0 ^.10^-7	7.0
	100.01	2.0 ^. 10^-9	8.7
	100.1	2.0 ^. 10^-10	9.7
	101.0	2.0 ^. 10^-11	10.7

 

По оси абсцисс откладывают объем гидроксида натрия в мл, а по оси ординат – величины рН раствора.

 

 

Рис.1. Кривые титрования 0.1 М раствора НСl раствором NaOH (сплошная линия) и 0.01 М раствора HСl раствором NaOH (пунктирная линия)

 

 

Кривая титрования характеризуется резким изменением рН вблизи точки эквивалентности и идет почти вертикально. Точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности, и кривая имеет симметричный вид относительно точки эквивалентности.

Существенно, что при рН = 4.3 в растворе остается всего 0.1 мл (0.1%) неоттитрованной соляной кислоты, а при рН = 9.7 введен 0.1 мл (0.1%) избытка гидроксида натрия. Поэтому, если индикатор или прибор зафиксирует точку эквивалентности не при рН =7, а в пределах от 4.3 до 9.7 – ошибка титрования не превысит 0.1%.

При титровании более разбавленного раствора кислоты более разбавленным раствором щелочи получается аналогичная кривая, но изменение рН в точке эквивалентности менее резкое. На рисунке пунктиром показана кривая титрования при использовании 0.01 М растворов кислоты и щелочи.

Левая ветвь кривой расположена выше, а правая – ниже соответствующих ветвей для 0.1 М растворов. Это обстоятельство приводит к уменьшению точности титрования.

 

2.2.2. Расчеты рН в р астворах слабых кислот и оснований.

Для рассмотрения других примеров титрования необходимо производить расчет рН растворов слабых кислот и оснований, а также вычисления рН буферных растворов.

Таблица 3. Данные титрования слабой кислоты сильным основанием

№	V р-ра NaOH (мл)	рН р-ра
	0.0	1.0
	90.0	2.3
	99.0	3.3
	99.9	4.3
	100.0	7.0
	100.01	8.75
	100.1	9.70
	101.0	10.70

 

 

Лабораторная работа по теме

“Объемный анализ”

 

Цель работы: Знакомство с объемным методом анализа, методами измерения объемов растворов, мерной химической посудой, процессом титрования, кислотно-основным титрованием, расчетами в титриметрическом методе.

Вопросы для самоконтроля

1. Поясните принцип титриметрического метода анализа.

2. Что такое: а) титр б) титрование в) титрованный раствор?

3. Перечислите методы объемного анализа.

4. Какие растворы называются: а) стандартными растворами,

б) стандартизированными?

5. Перечислите перечень мерной посуды в объемном анализе.

6. Приведите пример, приготовления стандартного раствора соды с титром,

равным 0,00245 г/мл, в мерной колбе на 250 мл.

7. Назовите, из чего составляется титровальная установка?

8. Что такое точка эквивалентности? Назовите методы ее определения.

9. Поясните принцип установления титров рабочих растворов.

10. Поясните принцип метода нейтрализации. Применение метода.

11. Назовите известные Вам индикаторы. Как изменяется цвет индикаторов - метилового оранжевого, лакмуса в различных средах?

12. Что такое область перехода индикатора и показатели титрования.

13. Что такое жесткость воды? Приведите метод определения.

14. Кривые титрования в методе нейтрализации, выбор индикатора.

15. Приведите вычисления, используемые в титриметрическом анализе.

 

5.Варианты задач для самостоятельной работы

Вариант

1. Определите титр и нормальность раствора сульфата калия, если для приготовления стандартного раствора использовали мерную колбу на 250 мл, в которую поместили 2.235 г вещества.

2. Определите титр и нормальность азотной кислоты, если на титрование 20мл кислоты израсходовано 15 мл 0.12 н раствора гидроксида натрия.

3. Вычислите рН раствора, если к 20мл 0.2 М раствора соляной кислоты прибавили 15мл раствора гидроксида натрия той же концентрации.

Вариант

1. Вычислите объем 25% раствора серной кислоты с плотностью 1.17 г/мл, который необходимо взять для приготовления 300мл 0.1н раствора кислоты.

2. Сколько граммов серной кислоты содержалось в растворе, на титрование 25 мл которого израсходовано 22.5 мл 0.095 н раствора гидроксида калия.

3. Вычислите рН раствора, если к 50 мл 0.12 М раствора соляной кислоты прибавили 25мл раствора гидроксида калия той же концентрации.

 

Вариант

1. Рассчитайте массу навески хлорида железа (III), которую необходимо взвесить для приготовления 500мл 0.14 н раствора.

2. Сколько граммов гидроксида натрия содержалось в растворе, на титрование 40 мл которого израсходовано 38 мл раствора соляной кислоты с титром 0.00456 г/мл.

3. Вычислите три точки на кривой титрования раствора гидроксида натрия, если к 100мл 0.1 М раствора прибавили 25мл, 98мл, 100.1 мл раствора серной кислоты той же концентрации.

 

Вариант

1. Вычислите нормальную и молярную концентрации раствора фосфата натрия, если к двум литрам раствора с титром 0.0045 г/мл прибавили 500мл воды.

2. Определите титр и нормальность гидроксида калия, если на титрование 20мл его раствора израсходовано 23.5 мл 0.09 н азотной кислоты.

3. Определите рН раствора серной кислоты с титром равным 0.000058 г\мл.

Вариант

1. Какой объем воды необходимо взять для приготовления 500 мл 22 % -ного раствора серной кислоты с плотностью 1.15 г/мл?

2. Определите жесткость воды,если на титрование 200 мл израсходовали 8 мл 0.09 н раствора серной кислоты.

3. Вычислите рН раствора, если к 100мл 0.05 н раствора соляной кислоты прибавили 99.9мл раствора гидроксида натрия той же концентрации.

 

Вариант

1. Вычислите, какой объем 18%-ного раствора азотной кислоты с плотностью раствора 1.14 г/мл необходимо взять для приготовления 500 мл 0.15 н раствора. Сколько мл воды нужно отмерить?

2. Определите нормальность и титр раствора гидроксида натрия, если на титрование 25 мл его раствора израсходовали 18 мл раствора соляной кислоты с титром 0. 0044 г/мл.

3. Вычислите рН раствора, полученного при титровании, если к 40 мл 0.05 н раствора гидроксида калия прибавили 39мл раствора соляной кислоты той же концентрации.

 

Вариант.

1. Определите титр и нормальность раствора фосфата натрия, если для приготовления стандарт-ного раствора использовали мерную колбу на 250 мл, в которую поместили 3.3456 г вещества.

2. Вычислите массу гидроксида натрия в растворе, если на титрование этого раствора пошло 11,8 мл раствора серной кислоты с титром, равным 0.095 г/мл.

3. Вычислите три точки на кривой титрования 40мл 0.15 н раствора соляной кислоты раствором гидроксида калия той же концентрации, если добавлено а) 15 мл КОН; б) 38 мл КОН; в) 40, 01 мл КОН.

 

Вариант.

1. Какой объем серной кислоты с титром, равным 0.154 г/мл нужно взять для приготовления двух литров децинормального раствора? Сколько мл воды нужно использовать при приготовлении такого раствора?

2. На титрование 20 мл раствора азотной кислоты в трех параллельных опытах израсходовано соответственно 18.50 мл; 18.45мл; 18.54мл раствора гидроксида натрия с титром, равным 0.00385 г/мл Определите титр и нормальность раствора кислоты..

3. Вычислите рН раствора, полученного при титровании 100 мл раствора децинормального гидроксида натрия раствором серной кислоты той же концентрации, если добавлено 99 мл кислоты.

 

Вариант

1. Какой объем воды необходимо взять для приготовления 250 мл децинормальногораствора серной кислоты из раствора серной кислоты с массовой долей 25% и плотностью 1.18 г/мл?

2. Определите жесткость воды, если на титрование 100 мл израсходовали 12 мл 0.04 н раствора серной кислоты.

3. Вычислите рН раствора, полученного при титровании если к 100 мл 0.085 н раствора соляной кислоты прибавили 100.02 мл раствора гидроксида натрия той же концентрации

 

Вариант

1. Какой объем воды необходимо взять для приготовления 250 мл 35% -ного раствора серной кислоты с плотностью 1.25 г/мл? Вычислите титр и нормальность этого раствора.

2. Определите массу гидроксида натрия в растворе, если на титрование этого раствора

11. 8 мл 0.09 н раствора серной кислоты.

3. Вычислите рН раствора, полученного при титровании 100мл 0.75 н гидроксида калия, если к нему добавлено 99.9мл раствора азотной кислоты той же концентрации

Примеры решения типовых задач.

1. Пример: Рассчитайте навеску соды Na₂CO₃ для приготовления

250 мл0.12 Н раствора соды.

 

Дано: Решение:

Vр-ра(Na2CO3)=250 мл Сн(Na2CO3)=0.12моль/л

Э(Na2CO3)= М/вМе^.nMe =106г/моль /1^.2=53г/моль Вычисляем навеску соды: m(Na2CO3)=Cн ^.Э ^.Vр-ра m(Na2CO3)=0.12моль/л^.53г/моль^.0.25л=1.59 г

m(Na₂CO₃)=?

Ответ: m(Na₂CO₃)= 1,59г.

 

2. Пример: Вычислите объем 25% раствора серной кислоты

(r=1.18г/мл), необходимого для приготовления 500 мл 0.15 н

раствора.

 

Дано: Решение:

w = 25% r=1.18г/мл Vр-ра 2 = 500 мл Сн =0.15 моль/л

Э(H2SO4)= М/nН =98г/моль /2=49г/моль Вычисляем массу вещества H2SO4: m(H2SO4)=Cн ^.Э ^.Vр-ра 2; из формулы массовой доли: m(H2SO4) =0.15моль/л^.49г/моль ^.0.5л=3.675г m р-ра 1=m(H2SO4) ^.100% / w m р-ра=3.675г^.100% / 25% =14.7 г

V_{р-ра 1}=? Вычисляем объем 25%-ного раствора:

V _{р-ра 1} =m _{р-ра 1} / r=14.7г / 1.18г/мл = 12.46 мл

Ответ: V _р-ра1 =12,46мл

 

3. Пример: Расчитайте молярную, нормальную и процентную

концентрации раствора серной кислоты с титром 0,003г/мл

(плотность раствора 1,12г/мл).

Дано: Решение:

Т=0,003г/л r=1,1г/мл

Пусть V р-ра= 1 л=1000мл, тогда m в-ва =Т^.V mв-ва =0,003г/мл ^.1000мл=3г

w =? m _р-ра = r ^. V = 1,1г/мл ^. 1000мл=1100г

C _M =? w = m _в-ва ^. 100% / m _р-ра =3г^. 100% / 1100г=0,27%

C_H=? М(H₂SO₄)=98г/моль

Э(H₂SO₄)=М / n_H =98г/моль / 2=49г/моль

С _M =m _в-ва / M ^. V _р-ра =3г / 98г/моль ^. 1л=0,03моль/л

С _H =m _в-ва/ Э ^. V=3г / 49г/моль ^. 1л=0,06моль/л

Ответ: w=0,27%; С _М =0,03моль/л; С _Н =0,06моль/л.

 

4. Пример: Определите нормальность и титр раствора гидроксида

натрия, если на титрование 25 мл 0,05 н раствора

соляной кислоты пошло 20 мл раствора щелочи.

Дано: Решение:

Сн(HCl)=0,05 V(HCl)=25мл V(NaOH)=20мл

Расчетная формула в титровании: CН NaOH^.VNaOH =Cн HC1^.VHC1, тогда: Сн NaOH= CН HCl ^.vHCl /VNaOH

Cн=? C _{н NaOH} =0,05моль/л ^. 25мл / 20мл=0,06моль/л

Т=? Э _NaOH =М / n _OH =40г/моль / 1=40г/моль

Титр щелочи: Т _NaOH =С _нNaOH. Э _NaOH / 1000|

Т _NaOH =0,06моль/л ^. 40г/моль / 1000=0,002г/мл

Ответ: С _{н NaOH} =0,06моль/л; Т _NaOH =0,002г/мл.

5. Пример: Определите количество щелочи в растворе гидроксида

натрия, обьемом 23 мл, израсходованного на титрование

25 мл раствора соляной кислоты с титром 0,006 г/мл.

Дано: Решение:

VNaOH=23мл VHCl=25мл THCl=0,006г/мл

1. СнHCl=T ^.1000/Э ЭНCl=M /n(H)=36,5г/моль /1=36,5моль/л СнHCl=0,006г/мл ^.1000 /36,5г/моль=0,16моль/л

m_NaOH=? 2. Из формулы Сн _NaOH^. V _NaOH =Cн _HCl^. V _HCl

выразим Сн _NaOH =Cн _HCl^. V _HCl/ V _NaOH

Сн _NaOH =0,16моль/л ^. 25мл / 23мл=0,17моль/л

3. Т _NaOH =Cн _NaOH ^. Э _NaOH/ 1000

Э _NaOH =М / n(OH)=40г/моль / 1=40г/моль

Т _NaOH =0,17г/моль ^. 40г/моль / 1000=0,0068г/мл

4. Из формулы T _NaOH =m _NaOH / V

m _NaOH =T _NaOH^. V=0,0068г/мл ^. 23мл=0,1564 г

Ответ: m _NaOH =0,1564 г.

 

 

6. Пример: Расчитайте концентрацию ионов водорода и рН раствора

гидроксида калия с титром 0,0045г/м

 

Дано:Решение:

Т=0,0045г/мл

КОН<=>К^+ + ОН^– [H^+]=10^-14/[OH^-] [OH ^-]=Cм ^.a (a- степень диссоциации) См = m/M^.V = T^.1000 / М^.V

[H⁺]=? См = 0,0045г/мл ^. 1000 / 56г/моль=0,08моль/л

рН=? Для сильных электролитов принимаем: a=100%=1

[OH ^- ]=См ^. a=0,08моль/л ^. 1=0,08моль/л

[H ⁺ ]=10 ^-14 /[OH ^- ]=10 ^-14 / 0,08=1,3 ^. 10 ^–13 моль/л

рН= - lg [H ⁺ ]= - lg1,3 ^. 10 ^–13 = 13 - lg 1,3=13 - 0,1=12,9

Ответ: [H ⁺ ]=1,3 ^. 10 ^-13 моль/л; pH=12,9.

 

7. Пример: Вычислите карбонатную жесткость воды,если на титрование

250 мл ееизрасходовали 20 мл 0,14- нормального раствора

серной кислоты.

Дано:Решение:

Vн2о=250мл VH2SO4=20мл Сн Н2SO4 =0,14

Ж = (V H2SO4 ^. Cн H2SO4 / V H 2O) ^.1000 (ммоль/ л) Ж=(20мл. 0,14моль/л /250мл).1000=11,2ммоль/л

Ж=?

Ответ: Ж = 11,2 ммоль/л.

 

8. Пример: Постройте кривую титрования 20 мл 0,1 н. раствора соляной

кислоты 0,1 н. раствором гидроксида калия.

Дано: Решение:

VHCl=20мл СнHCl=0,1 СнKOH =0,1

1) В исходном растворе HCl: [H+]=Cм ^. a=0,1 (См=Сн) рН= - lg [H+]=- lg 0,1=1 (a=100%=1 принимаем для сильных электролитов)

рН₁…рН₇=? 2) При добавлении 10 мл раствора КОН после

нейтрализации останется 10 мл раствора НCl:

V _HCl =20-10=10мл, V _р-ра =20+10=30 мл,

тогда новая Сн ^/_HCl = m _HCl / Э _HCl ^. V _р-ра или

Сн ^/_HCl =Сн _HCl^. Э _HCl^. V _HCl / Э _HCl^. V _р-ра= Cн _HCl. V _HCl/ V _р-ра

Сн ^/_HCl =0,1 ^. 10мл / 30 мл=0,03

[ H ⁺]= Cм ^. a=0,03.1=0,03, рН = -lg [H ⁺ ]=-lg 0,03=1,5

 

3) При добавлении 19 мл раствора KOH:

V _HCl =20-19=1мл, V _р-ра = 20+19=39мл

Сн^/ _HCl =Сн _HCl. V _HCl / _р-ра =0,1 ^. 1 / 39=0,0025

[H ⁺ ]=Сн _HCl ^. a=0,0025, рН=-lg [H ⁺ ]=-lg 2,5 ^. 10 ^{– 3} =2,6

 

4) При добавлении 19.9мл раствора KOH:

V _HCl =20-19,9=0,1мл, V _р-ра =20+19,9=39,9мл

Сн ^/_HCl =0,1 ^. 0,1 / 39,9=2,5 ^. 10 ^{– 4}

[H ⁺ ]=2,5 ^. 10 ^{– 4}, рН=-lg 2,5 ^. 10 ^{– 4}= 3,6

 

5)В точке эквивалентности при добавлении 20 мл раствора

KOH (эквивалентного количества), в титруемом растворе

будет находиться KCl, т.е. среда нейтральная:

[H ⁺ ]=10 ^–7, рН=7

 

6) При добавлении 20,1 мл раствора КОН в титруемом

растворе будет избыточное количество щелочи:

V _KOH =20,1-20=0,1мл, Vр-ра=20+20,1=40,1мл

Сн ^/_KOH =Сн _KOH. V _KOH / V _р-ра =0,1 ^. 0,1 / 40,1=2,5 ^. 10 ^–4

[OH ^–]=Cм ^. a=2,5 ^. 10 ^–4, [H ⁺ ]=10 ^–14/ [OH ^–]

[H ⁺ ]=10 ^–14/ 2,5 ^. 10 ^–4 =4 ^. 10 ^–10 , рН= -lg 4 ^. 10 ^–10 = 9,4

 

7) При добавлении 21мл раствора КОН:

V _KOH =21-20=1мл, V _р-ра =20+21=41мл

Cн ^/_КОН =0,1 ^. 1 / 41=2,4 ^. 10 ^–3, [OH ^– ] =2,4 ^. 10 ^–3

[H ⁺ ]=10 ^–14/ 2,4 ^. 10 ^–3 =4,2 ^. 10 ^–11, рН=-lg 4,2 ^. 10 ^–11 =10,4

 

Табл.3 Результаты расчетов рН в титруемом растворе НCl.

 

№	VKOH, мл	VHCl, мл	Vр-ра, мл	[H^+]	рН
До точки эквивалентности
	0.0	20.0	20.0	1,0 ^.10 ^–1	1.0
	10.0	10.0	30.0	3,0 ^.10 ^–2	1.5
	19.0	1.0	39.0	2,5 ^.10 ^–3	2.6
	19.9	0.1	39.0	2,5 ^.10 ^–4	3.6
В точке эквивалентности
	20.0	0.0	40.0	1,0 ^.10 ^–7	7.0
После точки эквивалентности
	VKOH, мл
	20.1	0.1	40.1	4,0 ^.10 ^–10	9.4
	21.0	1.0	41.0	4,2 ^.10 ^–11	10.4

 

Список испол