Определение аскорбиновой кислоты в фруктовых соках

Цель работы: 1. Определить концентрацию аскорбиновой кислоты в растворе или в образце фруктового сока.

2. Получить практические навыки титрования.

3. Освоить методы работы с растворами иоду.

1. Общие сведения

Аскорбиновую кислоту определяют обратным иодометричним титрованием. К раствору аналита добавляют известное количество иоду в растворе иодид калия, в избытке за реакцией

С₆H₈O₆ + I₃^‑ Þ С₆H₆O₆ + 2 H⁺ + 3 I^‑.

Избыток, не прореагировал титруют раствором тиосульфата натрия. Ориентировочная концентрация аскорбиновой кислоты в фруктовых соках - 0,25-1,0 г/л.

Определить, что соответствует эквивалент аскорбиновой кислоты, можно и не разбивая реакцию на полуреакции (с стехиометрическими коэффициентами при электронах). Достаточно отметить, что 1 иона I₃ соответствует 1 С₆H₈O₆, следовательно, эквивалент {(1/2) I₃^-} должен соответствовать {(1/2) С₆H₈O₆}, а это и является эквивалентом аскорбиновой кислоты.

2. Реактивы и оборудование:

Тиосульфат натрия, с (Na₂S₂O₃.5H₂O)»0,02 моль/л (раствор готовят в свежепрокипяченной дистиллированной воде, разводя стандартизированный в работе 2.8 раствор соответствующими пипеткой и мерной колбой; зная емкость использованной посуды и концентрацию исходного раствора, вычисляют точную концентрацию раствора, применяемого здесь, раствор хранят в течение недели в бутылках, защищенных от СО₂)

Иод, раствор с (I₂) = 0,01 моль/л в растворе c (KI)=0,1 моль/л;

Серная кислота, c (H₂SO₄) = 6 моль/л;

Раствор крахмала с массовой долей w» 0,5%;

Дистиллированная вода;

Конические колбы для титрования с притертыми пробками вместимостью 250-500 мл;

Пипетка Мора вместимостью 5 мл, 20 или 25 мл

Пипетка градуированная емкостью 5 мл;

Штатив, муфта, лапки;

Бюретка вместимостью 25 мл;

Пробирки с ножками, шпатели.

3. Ход работы

В колбу для титрования последовательно вносят около 25 мл дистиллированной воды и аликвоту фруктового сока или образца раствора для анализа, содержащую около 20-30 мг аскорбиновой кислоты, 4 мл раствора серной кислоты, 20 мл иода. Колбу закрывают пробкой, перемешивают. Через 5 мин. избыток иода титрируют раствором тиосульфата. Когда раствор достигнет соломенно-желтой окраски приливают 5 мл раствора крахмала и титрируют до исчезновения синего цвета (конечная точка).

Каждый исполнитель осуществляет два параллельных титрования и контрольный опыт, в котором не вносит аликвоты образца фруктового сока.

4. Обработка результатов

Массовую концентрацию раствора аскорбиновой кислоты, г/л, рассчитывают по формуле:

w (С₆H₈O₆) = с (S₂O₃^2‑) · M ((1/2) С₆H₈O₆) · {(V _r – V _x) / V _п},

M ((1/2)С₆H₈O₆)=88,06 г/моль - молярная масса эквивалента аскорбиновой кислоты;

V _x, V _r - объемы раствора тиосульфата, потраченные соответственно на титрование анализируемого образца и в контрольном опыте;

V _п - объем раствора образца, взятого для титрования.

Результаты нескольких исполнителей, полученные в одинаковых условиях, обрабатывают статистически.

 

Mодуль 2

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ

Примеры решения задач.

Пример №1. Навеску буры (Na₂B₄O₇ • 10H₂O) массой 0,3221 г растворили в воде. На титрование полученного раствора израсходовали 16,85 мл розчинухлориднои кислоты. Вычислить мо-лярного концентраию HCl в растворе.

Решение:

Бура при растворении взаимодействует с водой.

B₄O₇^2- + 5H₂O D 2H₃BO₃ + H₂BO₃^-

И образованный Борат титруют кислотой:

H₂BO₃^- + H+D H₃BO₃.

Таким образом, на 1 моль бури при титруанни тратят 2 моль H⁺

n(B₄O₇^2-) = n(H+)/2.

По данным задачи целесообразно количество вещества
тетраборат-иона (n(B₄O₇^2-)) выразить через массу и молярную массу бури

n(B₄O₇^2-) = n(Na₂B₄O₇·10H₂O) =
= m(Na₂B₄O₇·10H₂O) / M(Na₂B₄O₇·10H₂O) =
= m(Na₂B₄O₇·10H₂O)/M(Na₂B₄O₇·10H₂O).

А количество вещества Н⁺ - через концентрацию HCl и
объем раствора, израсходованный на титрование:

n(H)=n(HCl)=C(HCl)•V.

Подставив последние два выражения в уравнение для количеств веществ, имеем:

M(Na₂B₄O₂ 10H₂O)/ M(Na₂B₄O₂ 10H₂O) = C(HCl)·V/2.

В результате вычислений получаем:

C(HCl) = 2·0,3221 г/381,37 г/моль ·0,01685 л = 0,1002 моль/л.

Пример №2.

Навеску кристаллогидрата щавелевой кислоты массой 1,2922 г растворена в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрирования 25 мл получения раствора израсходовано 20,5 мл раствора гидроксида натрия. Вычислить молярную концентрацию NaOH в растворе.

Решение:

Реакция титрования передается уравнением:

H₂C₂O₄ + 2OH^- D C₂O₄^2- + 2H₂O.

В точке эквивалентности выполняется стехиометрическое соотношением:

n(H₂C₂O₄) = n(OH^-)/2.

Количество вещества щавелевой кислоты, титрируют,
равна:

n(H₂C₂O₄) =m(H₂C₂O₄ 2H₂O) V_ал /M(H₂C₂O₄)·V_к.

Количество вещества гидроксида натрия целесообразно выразить через концентрацию и объем:

n(OH^-) = C(NaOH)·V.

Полученные выражения для количеств вещества щавелевой кислоты и гидроксида натрия подставим в стехиометрическое соотношение:

m(H₂C₂O₄ 2H₂O)·V_ал /M(H₂C₂O₄ 2H₂O)·V_к = C(NaOH)·V/2.

Концентрация гидроксида натрия равна:

C(NaOH) = 2m(H₂C₂O₄ 2H₂O)·V_ал /M(H₂C₂O₄ 2H₂O)·V_к ·V = 2·1,2922 г·25 мл/126,066 г/моль ·0,250 л·20,5 мл = 0,1000 моль/л.

Пример № 3.

Раствор имеет щелочную реакцию. Есть предположение, что в нем могут находиться одна или несколько из следующих веществ: NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃.

На титрование 25,00 мл такого раствора в присутствии индикатора фенолфталеина (ФФ) потрачено 16,67 мл раствора с молярной концентрацией HCl 0,1012 моль/л, а на титрование такого же объема раствора в присутствии индикатора бромкрезоло вого зеленого (БКЗ) - 42,13 мл того же раствора HCl. Которые вещества находятся в растворе? Вычислить их массы.

Решение:

Если бы раствор содержал только NaOH, по его титрования при наличии любого из двух указанных индикаторов тратились бы одинаковые объемы раствора кислоты, то есть V_ФФ =V_БКЗ.

Если бы раствор содержал только Na₂CO₃, по его титрования при наличии индикатора фенолфталеина уходило бы в 2 ра-зи меньше раствора кислоты, чем в присутствии индикатора бром-крезолового зеленого, то есть

V_ФФ=1/2 V_БКЗ.

Если бы раствор содержал только NaHCO₃, то при титровании при наличии индикатора фенолфталеина раствор знебарвлювався бы при добавлении первых капель раствора кислоты, то есть V_ФФ = 0.

Если бы раствор содержал NaOH и Na₂CO₃, то при титровании при наличии индикатора фенолфталеина тратился бы объем раствора кислоты больше, чем половина того, что тратится на титрование в присутствии индикатора БКЗ, то есть V_ФФ <1/2 V_БКЗ.

Итак раствор содержит Na₂CO₃ и NaHCO₃.

При наличии индикатора фенолфталеина титруется только Na₂CO₃. При этом протекает реакция:

CO₃^2- + H⁺ D HCO₃^-.

В точке эквивалентности выполняется равенство:

N(H) = n(CO₃^2-), или

C(HCl) •V_ФФ = m(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃),

откуда

m(Na₂CO₃) = C(HCl) • V_ФФM(Na₂CO₃).

В результате вычислений получаем:

m(Na₂CO₃) =0,1012 моль/л • 15,67 10-3 л ​​• 105,989 г/моль = 0,1681 г.

При наличии индикатора БКЗ титруются как карбонат, так и гидрокарбонат. При этом протекают реакции:

CO₃^2-+2 H⁺ D H₂O + CO₂,

HCO₃^-+ H⁺ D H₂O + CO₂,

и количества вещества связаны между собой уравнением:

n₂(H⁺) = 2n(CO₃^2-) + n(HCO₃^-), или

C(HCl)·V_БКЗ = 2 C(HCl)·V_ФФ + m(NaHCO₃)/M(NaHCO₃),

откуда

m(NaHCO₃) = M(NaHCO₃)·C(HCl) · (V_БКЗ - 2V_ФФ).

Вычислим массу NaHCO₃:

m(NaHCO₃) = 84,007 г/моль ·0,1012 моль/л (42,13 -2 15,67)· 10^{-3 л = 0,0917 г.}

Пример № 4.

В мерную колбу вместимостью 250 мл внесли 5,00 мл смеси, содержащей технические серную H₂SO₄ и фосфорную H₃PO₄ кислоты и доказали дистиллированной водой до метки. На титрование 25,00 мл полученного раствора в присутствии индикатора БКЗ потрачено 26,40 мл раствора с молярной концентрацией NaOH 0,0986 моль/л. На титрование такого же объема раствора в прису-тности индикатора ФФ потрачено 40,00 мл того же раствора NaOH. Вычислить массы кислот в 1 л смеси.

Решение:

При наличии индикатора БКЗ титруется серная кислота по двум степеням и ортофосфорная кислота в фосфат:

H⁺ + OH^- D H₂O,

HSO₄^- + OH^-D H₂O + SO₄^2-,

H₃PO₄ + OH^- D H₂PO₄^- + H₂O.

В точке стехиометричности выполняется равенство:

n₁(NaOH) = 2n(H₂SO₄) + n(H₃PO₄), (1)

или

C(NaOH) V_БКЗ = 2n(H₂SO₄) + n(H₃PO₄). (2)

При наличии индиктаора ФФ титруются и серная, и ортофосфорной кислоты по двум степеням:

H⁺ + OH^- D H₂O,

HSO₄^- + OH^- D H₂O + SO₄^2-,

H₃PO₄ + 2OH^- D H₂PO₄^- + 2 H₂O.

В точке стехиометричности в данном случае выполняется ровность:

n₂(NaOH) = 2n(H₂SO₄) + 2n(H₃PO₄); (3)

или

c(NaOH) V_ФФ = 2n(H₂SO₄) + 2n(H₃PO₄). (4)

Вычтем уравнение (2) из ​​уравнения (4):

n(H₃PO₄) = c(NaOH) (V_ФФ – V_БКЗ). (5)

Масса H₃PO₄, которая содержится в 5,00 мл смеси, равна:

m(H₃PO₄) = M(H₃PO₄) · c(NaOH) · (V_ФФ – V_БКЗ) · V_к/V_ал = 97,955 г/моль · 0,0986 моль/л · (40,00 – 26,40) · 10^{-3 л · 250 мл/ 25 мл = 1,3140 г,}

а 1 л смеси:

1,3140 г • 1000 мл / 5,00 мл = 262,8 г.

Подставив уравнение (5) в уравнение (2), получим:

(H₂SO₄) = с(NaOH) · (V_БКЗ - V_ФФ)/2.

Отсюда масса H₂SO₄, которая содержит в 5,00 мл смеси, равна:

m(H₂SO₄) = c(NaOH) · (2V_БКЗ - V_ФФ) · M(H₂SO₄) · V_к/2V_ал = 0,0986 моль/л (2·26,40 – 40,00) · 10^{-3 л · 98,07 г/моль · 250 мл/2 · 25 мл = 0,6188 г, а в 1 л} смеси:

0,6188 г · 1000 мл / 5,00 мл = 123,8 г.

 

Пример № 5.

Навеску смеси фосфат натрия NaH₂PO₄ и гид-рофосфату натрия Na₂HPO₄ массой 4,8215 г растворена в 200 мл раствора с молярной концентрацией HCl 0,1982 моль/л. На титрование 20,00 мл полученного раствора при наличии индикатора фенолфталеина израсходовано 21,00 мл раствора с молярной концен- трации NaOH 0,25 моль/л. Вычислить массовую долю Na₂HPO₄ в смеси.

Решение:

Фенолфталеин обесцвечивается при pH 8-10, когда частицы, содержащие фосфат, превращаются в HPO₄^2-. Найдем количество вещества ионов водорода,которые могут провзаимодействовать с щелочью при титровании. Для этого достаточно сравнить состав реагентов, внесенных в исходного раствора (Na₂HPO₄, NaH₂PO₄ и HCl), и состав раствора в конце титрования (ионы Na⁺, Cl^-, HPO₄^2-). С щелочью провзаемодиялы те ионы водорода, которые содержались в растворе HCl и в NaH₂PO₄, причем каждая частица фосфат вносит один ион Н⁺ к общему количеству. На титрование взято 20 мл, то есть 1/10 часть исходного раствора. Тогда количество вещества Н⁺, провзаимодействовала с щелочью, равна:

n(H⁺) = 1/10{n(NaH₂PO₄)+n(HCl)}.

В точке эквивалентности n(H) = n(ОH^-),

или

n(ОH^-) = 1/10{n(NaH₂PO₄)+n(HCl)}.

Вычислить количества вещества кислоты и щелочи:

n(HCl) = 0,1982 моль/л · 0,2 л = 0,03964 моль,

n(ОH^-) = n(NaОН) = 0,25 моль/л · 21 · 10^{-3 л = 0,00525 моль.}

Тогда количество вещества фосфат в смеси коридоров-ет:

n(NaH₂PO₄) =10 n(OH^-) - n(HCl) = 0,0525 – 0,03964 = 0,01286 моль

Масса фосфат в смеси равна:

m(NaH₂PO₄) = n(NaH₂PO₄)·M(NaH₂PO₄) = 0,01286 моль·119,936 г/моль = 1,5424 г

Масса гидрофосфата в смеси:

m(Na₂HPO₄) = m(NaH₂PO₄ +Na₂HPO₄) - m(NaH₂PO₄) =4,8215 г – 1,5424 г = 3,2791 г.

А массовая доля Na₂HPO₄ в смеси:

ω(Na₂HPO₄) = m(Na₂HPO₄)·100% / m(NaH₂PO₄ +Na₂HPO₄) =3,2791/4,8215 = 0,6801 = 68,01 %.

 

 

Задачи для самостоятельной работы.

 

1. Для титрования взято 20,00 мл раствора, содержащего вещество А. На титрование этого раствора израсходовано V мл раствора с молярной концентрацией титранта С моль/л. Формулы вещества А и титранта, значение концентрации и объема титранта приведены в таблице. Вычислить молярную концентрацию вещества А в растворе (см. табл.).

 

№ варіанта	Речовина А	Титрант	Концентрація титранту, С, моль/л	Об’єм титранту, V, мл
	HCl	NaOH	0,1026	19,20
	KOH	HCl	0,0785	18,70
	Na2C2O4	HCl	0,2005	15,45
	Na2CO3	HCl	0,1145	12,63
	H2SO4	NaOH	0,0997	14,83
	HNO3	KOH	0,1325	20,01
	Na2B4O7	HCl	0,1675	19,50
	CH3COOH	KOH	0,1500	20,00
	NH3	HCl	0,1051	19,88
	NaHCO3	H2SO4	0,1251	13,50
	KHC8H4O4	NaOH	0,1285	14,50
	H2C2O4	NaOH	0,1054	15,60
	C6H5COOH	NaOH	0,0683	18,90
	Ba(OH)2	HCl	0,1046	16,40
	HCOOH	NaOH	0,1052	17,52

2. Вычислить массу навески буры Na₂B₄O₇ 10H₂O, на титрование которого будет потрачено 20,00 мл раствора с молярной кон-центрацией HCl 0,1060 моль/л.

(0,4049 г)

3. На титрование навески бензойной кислоты C₆H₅COOH массой 0,1220 г израсходовано 12,52 мл раствора гидроксида натрия. Определить молярную концентрацию NaOH в растворе.

(0,0799 моль / л)

4. Минерал кальцит содержит около 15% CaCO₃. Вычислить массу навески кальцита, на титрование которого будет потрачено 12,50 мл раствора с молярной концентрацией HCl 0,1046 моль / л.

(0,1167 г)

5.Вычислить массу навески кристаллогидрата щавелевой кислоты H₂C₂O₄ 2H₂O, на титрование которого будет потрачено близко 20 мл раствора с молярной концентрацией NaOH около 0,10 моль/л.

(0,1261 г)

6. Вычислить молярную концентрацию HCl в растворе, если на титрование навески буры Na₂B₄O₇ 10H₂O массой 0,3820 г израсходовано 17,51 мл этой кислоты.

(0,1143 моль/л)

7. Вещество содержит 50% CaO, 40% CaCO₃ и 10% инди-ферентних примесей. Какую навеску вещества надо взять, чтобы на ее титрование расходовалось 20 мл раствора с молярной концентрацией HCl 0,1 моль/л.

(0,0824 г)

8. Навески технического гидроксида калия массой 0,3158 г раствореная в воде. На титрование полученного раствора израсходовано 27,43 мл раствора с молярной концентрацией HCl 0,1966 моль/л. Вычислить массовую долю КОН в техническом продукте.

(95,88%)

9. Вино содержит винную кислоту Н₂С₄Н₄О₆. Кислотность вина определяется содержанием винной кислоты в граммах в 100 мл вина. Вычислить кислотность белого столового вина, если на 50 мл его титрования при наличии индикатора фенолфталеина израсходовано 10,75 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 0,0754 моль/л.

10. Навеску технического ортофосфорной кислоты массой 0,300 г растворили в воде. На титрование полученного раствора при наличии индикатора фенолфталеина израсходовано 20,85 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 0,1921 моль/л. Вычислить массовую долю H₃PO₄ в технической кислоте.

11. К какому объему надо доказать раствор, в котором содержится 0,7650 г NaOH, чтобы на титрование 20,00 мл такого раствора израсходовано 14,70 мл раствора HCl с молярной концентрацией 0,1041 моль/л.

12. Навеску технического бури массой 2,1115 г растворили в воде, количественно переведены в мерную колбу вместимостью 200 мл, приведено до метки водой и перемешано. На титрование 20,00 мл полученного раствора израсходовано 10,90 мл раствора HCl с молярной концентрацией 0,0994 моль/л. Чему равна массовая доля Na₂B₄O₇ • 10H₂O в технической бури?

13. Навеску карбоната щелочного металла массой 2,3585 г растворено в воде, количественно переведены в мерную колбу вместимостью 100 мл, доведено до метки водой и перемешано. На титрование 10,00 мл полученного раствора израсходовано 20,00 мл раствора HCl с молярной концентрацией 0,2225 моль / л. Определить, карбонат какого металла был взят?

(Na₂CO₃)

14. Раствор хлористоводородной кислоты объемом 50,00 мл внесено в мерную колбу и разведены водой до объема 1000 мл. 18,20 мл полученного раствора кислоты израсходовано на титрование 20,00 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 0,0854 моль/л. Определить молярную концентрацию HCl в исходном растворе.

(1,8769 моль/л)