Кислотно-основное титрование.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по курсу физико-химических методов исследования

«Определение карбонатов, гидрокарбонатов и их совместного присутствия методом кислотно-основного титрования»

Ростов-на-Дону

Методические указания по курсу физико-химических методов исследования «Определение карбонатов, гидрокарбонатов и их совместного присутствия методом кислотно-основного титрования». - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. - 12 с.

Изложены теоретические вопросы кислотно-основного титрования. Рассчитаны на студентов III курса дневной и заочной форм обучения специальности «Производство стройматериалов».

УДК 541.2

Составители: канд. хим. наук, доц.

Е.А. ЛЕВИНСКАЯ

канд. хим. наук, доц.

М.Н. МИЦКАЯ

Редактор Т.М. Климчук

Темплан 2011 г., поз. 202

Подписано в печать. Формат 60x84/16.

Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр РГСУ

344 022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

Кислотно-основное титрование.

Метод нейтрализации, или метод кислотно-основного взаимодействия, основан на реакции связывания катионов Н⁺ кислоты ОН^- - ионами основания:

Н⁺+ОН^-=Н₂О.

При титровании происходит изменение рН раствора. Величина рН в точке эквивалентности зависит от природы реагирующих веществ и их концентрации.

Этим методом определяют содержание кислот, оснований, солей слабых кислот и сильных оснований, солей сильных кислот и слабых оснований.

В процессе нейтрализации не происходит изменение окраски раствора, поэтому в кислотно-основном методе используют индикаторы, с помощью которых устанавливают точку эквивалентности.

ИНДИКАТОРЫ МЕТОДА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Индикаторы - это сложные органические кислоты или основания, при диссоциации которых происходит изменение структуры их молекул.

Область значений рН, в которой индикатор изменяет свою окраску, называется интервалом пере­хода индикатора. Его можно рассчитать по формуле

рН = рК_инд±1

Вместо интервала перехода окраски индикатора пользуются также показателем титрования ин­дикатора (рТ). рТ - это оптимальное значение рН титруемого раствора, при котором наблюдается наи­более резкое изменение окраски индикатора, свидетельствующее об окончании титрования. Значения величины рТ приблизительно совпадают со значениями величин рК_инд

Практически индикаторы применяли давно, но первая попытка в объяснении их действия была сде­лана в 1894 году Оствальдом, создавшим так называемую ионную теорию. Согласно этой теории ин­дикаторы имеют различную окраску в молекулярном и ионном состояниях.

HInd «H⁺+Ind^-

окраска 1 окраска 2

При изменении [Н⁺] равновесие смещается (<[Н⁺]®; >[Н⁺]←).

Так как интервал перехода индикаторов зависит от рК, то чем более сильная кислота HInd, тем в более кислой области находится интервал перехода индикатора

Табл 1.

Интервалы перехода некоторых индикаторов

При титровании сильной кислоты слабым основанием или слабого основания сильной кислотой титрование следует закон­чить в кислой среде. В качестве индикатора следует применять лакмус, метиловый оранжевый или метиловый красный, так как они меняют окраску при рН < 7.

При титровании слабой кислоты сильным основанием и сильного основания слабой кислотой в качестве индикатора сле­дует применять фенолфталеин, так как он меняет окраску в ще­лочной среде.

При титровании сильной кислоты сильным основанием или сильного основания сильной кислотой надо применять индика­тор, который изменяет окраску при рН 7 (например, нейтраль­ный красный), или любой индикатор, изменяющий окраску в пределах рН от 4 до 10, так как при их использовании ошибка титрования будет порядка 0,125 %, что вполне допустимо. Для точного выбора индикатора рассчитываются кривые титрования.

Титрование сильной кислоты сильным основанием

Предположим, что для титрования взято 100 мл 0,1 Н раствора НСl, который титруется 0,1 Н раствором NаОН.

% нейтрализации, (объем раствора NаОН)	[Н+], моль/л	рН
	0,1	1,00
90,0		2,28
99,0		3,3
99,9		4,3
100,0		7,0
100,1	[ОН-]=	9,7
101,0	[ОН-]=	10,7
110,0	[ОН-]=	11,7

На основании этих данных строят кривую титрования НСl раствором NаОН:

Анализ кривой титрования

-в начале титрования и после точки эквивалентности рН изменяется медленно, а в ТЭ - быстро; скачок титрования - (4.3 - 9.7). Следовательно, титрование сильной кислоты раствором сильной щелочи, возможно, проводить в присутствии метилоранжа, метилового красного и фенолфталеина;

-с повышением концентрации титруемого и стандартного растворов увеличивается скачок титро­вания. Чем выше температура титруемого раствора, тем меньше скачок титрования.

ЭКСПЕРИМЕНТЛАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ОПЫТ №1 «Определение едких щелочей».

Для определения едкой щелочи можно применять индикаторы метилоранж и фенолфталеин. При титровании протекает реакция:

2NaOH+H₂SO₄®Na₂SO₄+2H₂O

Методика определения:

Пипеткой Мора отбирают 10 мл контрольной задачи, выливают в коническую колбу, добавляют 1-2 капли метилоранжа и титруют 0,1 Н раствором H₂SO₄ до неисчезающей слабо-красной окраски.

Объем кислоты, затраченный на титрование, отсчитывают по бюретке:

I титрование: расход H₂SO₄ …………………. мл

II титрование: расход H₂SO₄ …………………. мл

Средний расход H₂SO₄ …………………………мл

Расчет:

1. Определяют нормальность щелочи по формуле:

=

2. Вычисляют титр рабочего раствора по определяемому веществу:

T_{Н2SO4⁄ NaOH} = = ……….. (г/мл)

3. Рассчитывают количество щелочи в исследуемом растворе:

m _NaOH= T_{Н2SO4⁄ NaOH} =…………(г/л)

ОПЫТ №2 «Определение гидрокарбонатов».

При титровании гидрокарбонатов (NaHCO₃) сильной кислотой необ­ходимо установить рН раствора начале титрования и в точке экви­валентности. Известно, что рН 0,1 Н раствора NaHCO₃ в начале тит­рования равен 8,31. В точке эквивалентности в этом растворе будет находиться H₂СO₃, получающаяся в результате реакции, протекающей при титровании:

2NaHCO₃ + H₂SO₄= Nа₂SO₄+2 H₂СO₃.

рН 0,1н раствора H₂СO₃ в точке эквивалентности (конец титрования)
имеет значение 3,68. Следовательно, при определении гидрокарбона-
тов применяется индикатор-метилоранж.

Методика определения:

К 10 мл контрольной задачи добавить 1-2 капли метилоранжа, раствор титровать H₂SO₄ до слабо-красной окраски.

Объем кислоты, затраченный на титрование, отсчитывают по бюретке:

I титрование: расход H₂SO₄ …………………. мл

II титрование: расход H₂SO₄ …………………. мл

Средний расход H₂SO₄ …………………………мл

Расчет:

1. Определяют нормальность гидрокарбоната по формуле:

=

2. Вычисляют титр рабочего раствора по определяемому веществу:

T_{Н2SO4⁄ NaHCO3} = = ……….. (г/мл)

3. Рассчитывают количество гидрокарбоната в исследуемом растворе:

m _NaHCO3 = T_{Н2SO4⁄ NaHCO3} =…………(г/л)

ОПЫТ №3 «Определение карбонатов».

Водный раствор карбонатов щелочных металлов представля­ет собой смесь щелочи и карбонатов, растворенных в воде. Ще­лочь образуется в результате гидролиза карбонатов по уравне­нию реакции

Na₂CО₃ + Н₂О = NaOH + NaHCО₃

При совместном присутствии щелочи и карбонатов титрова­ние производят серной кислотой, устанавливая две точки экви­валентности по двум индикаторам: фенолфталеину и метилово­му оранжевому. Сначала кислота нейтрализует щелочь (реакция 1) и половину карбоната натрия (реакция 2), переводя его в гид­рокарбонат натрия

2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O (1)

2Na₂CО₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄+ 2NaHCО₃ (2)

В первой точке эквивалентности образуются негидролизующийся сульфат натрия и гидрокарбонат натрия, гидролизующийся в водном растворе с образованием слабощелочной среды:

NaHCО₃ + Н₂0 = NaOH + Н₂О + СО₂ (3)

Поэтому первую точку эквивалентности устанавливают по фенолфталеину, отсчитывая по бюретке объем соляной кислоты, израсходованный на титрование всей щелочи и половины кар­бонатов (V₁).

Вторая точка эквивалентности соответствует нейтрализации всей щелочи и всего карбоната, так как объем серной кислоты по бюретке отсчитывается от нулевой отметки. При этом гидро­карбонат натрия нейтрализуется до угольной кислоты:

2NaHC0₃ + H₂SO₄= Na₂SO₄+ H₂О + СО₂ (4)

Раствор во второй точке эквивалентности содержит ней­тральную соль и насыщен углекислым газом, вследствие чего имеет слабокислую реакцию. Поэтому для фиксирования второй точки эквивалентности используется метиловый оранжевый, из­меняющий окраску в кислой среде.

Методика определения:

К 10 мл контрольной задачи добавить 1-2 капли фенолфталеина, раствор титровать H₂SO₄ до обесцвечивания, записывают объем затраченной кислоты. Затем к титруемому раствору добавить 1-2 капли метилоранжа и продолжают титровать H₂SO₄ до появления до слабо-красной окраски.

Объем кислоты, затраченный на титрование:

I титрование: по ф-ф расход H₂SO₄ …………………. мл

по м-о расход H₂SO₄ …………………. мл

V₁- общий объем H₂SO₄ ……………………мл

II титрование: по ф-ф расход H₂SO₄ …………………. мл

по м-о расход H₂SO₄ …………………. мл

V₂- общий объем H₂SO₄ ……………………мл

Определяем среднее значение объема H₂SO₄ на титрование

(мл).

Расчет:

1. Определяют нормальность карбоната по формуле:

=

2. Вычисляют титр рабочего раствора по определяемому веществу:

T_{Н2SO4⁄ Na2C03}= = ………. (г/мл)

3. Рассчитывают количество карбоната в исследуемом растворе:

m _Na2C03= T_{Н2SO4⁄ Na2C03} =……… (г/л).

ОПЫТ №4 «Определение карбонатов и гидрокарбонатов при совместном присутствии».

При титровании данной смеси протекают реакции:

Na₂CО₃ + Н₂О = NaOH + NaHCО₃ (а)

2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O (б)

2NaHCО₃ + H₂SO₄= Na₂SO₄+ H₂О + СО₂ (в)

Методика определения:

К 10 мл контрольной задачи добавить 1-2 капли фенолфталеина, раствор титровать H₂SO₄ до обесцвечивания, записывают объем затраченной кислоты V₁, который расходуется на титрование половины карбоната. Затем к титруемому раствору добавить 1-2 капли метилоранжа и продолжают титровать H₂SO₄ до появления до слабо-красной окраски. При этом кислота расходуется на титрование второй половины карбоната и гидрокарбоната. Отсчитывают объем кислоты V₂.

Объем кислоты, затраченный на титрование:

I титрование: по ф-ф расход H₂SO₄ …………………. мл

по м-о расход H₂SO₄ …………………. мл

II титрование: по ф-ф расход H₂SO₄ …………………. мл

по м-о расход H₂SO₄ …………………. мл

Среднее значение V₁………………………………мл

среднее значение V₂………………………………мл

Расчет:

1. Определяют объем кислоты, израсходованной на титрование Na₂CО₃ и NaHCО₃. На титрование Na₂CО₃ израсходовано кислоты: 2V₁……(мл).

На титрование NaHCО₃ израсходовано кислоты: V₂- V₁ …………(мл)

2. Вычисляют титр кислоты по определяемым веществам:

T_{Н2SO4⁄ Na2C03}= = ……… (г/мл)

T_{Н2SO4⁄ NaHCO3} = = ……… (г/мл)

3. Рассчитывают количество карбоната и гидрокарбоната в исследуемом растворе:

m _Na2C03= T_{Н2SO4⁄ Na2C03} =……… (г/л).

m _NaHCO3 = T_{Н2SO4⁄ NaHCO3} =……(г/л)

Контрольные вопросы и задачи.

1. На чем основана методика определений в титриметрическом анализе? На­зовите необходимые условия проведения титрования.

2. Приведите методы установления точки эквивалентности.

3. Как производится выбор индикатора?

4. Является ли молярная масса эквивалентов веществ (эквивалентная масса) постоянной величиной? От чего зависит ее значение?

5. Определите число эквивалентности и молярную массу эквивалентов
H₂SО₄ в реакциях

H₂SО₄ + NaOH = NaHSО₄, + Н₂О

H₂SO₄+ 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂О

6. Дайте определение понятия «титр раствора». Рассчитайте титр 1 н. раство­ра КОН; 0,5 н. раствора НСl.

7. Рассчитайте массовую долю гидроксида натрия в анализируемом образце, если на титрование навески массой 0,2123 г расходуется 21,2 мл 0,2000 н. раство­ра соляной кислоты.

8. Рассчитайте концентрации ионов Н⁺ и ОН^- в растворе, рН которого равен 2,66.

9. По каким формулам рассчитывают содержание NaOH и Na₂C0₃?

10. Какую навеску соды надо взять для анализа, чтобы на титрование раство­ра расходовалось 20 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты?

11. Рассчитайте массовую долю карбоната натрия в смеси гидроксида и карбо­ната натрия, если навеска массой 0,7331 г растворена в мерной колбе вместимо­стью 250 мл. На титрование 25 мл полученного раствора в присутствии метилового оранжевого расходуется 22,25 мл, а в присутствии фенолфталеина — 20,05 мл 0,5 н. раствора соляной кислоты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: