Определение кристаллизационной воды в хлориде бария

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ВОДЫ В ХЛОРИДЕ БАРИЯ

В отличие от гигроскопической кристаллизационной называют воду, входящую в структуру кристаллов некоторых веществ - кристаллогидратов, например, CuSO₄ • 5H₂O, FeSO₄ · 7H₂O и т.д. Однако при хранении часто происходит выветривание кристаллогидратов, т.е. частичная или полная потеря ими кристаллизационной воды с соответствующим изменением химической формулы.

Определение кристаллизационной воды относится к одному из методов гравиметрического анализа - методу выделения. Метод основан на том, что при нагревании кристаллогидраты разлагаются с выделением воды, массу которой находят по разности масс кристаллогидрата до и после его высушивания.

Для проведения анализа навеску кристаллогидрата хлорида бария помещают в бюкс, нагревают до 120 - 125⁰С в сушильном шкафу до тех пор, пока не перестанет изменяться масса, что свидетельствует о том, что вся кристаллизационная вода удалена. Масса ее равна разности между массами вещества до и после высушивания.

Выполнение анализа:

1. Выданный в лаборантской бюкс нумеруют (карандашом на шлифованной части) и помещают в сушильный шкаф, нагретый до 125⁰С. При этом бюкс следует открыть и крышку положить “ на ребро”. Бюкс вынимают из сушильного шкафа при помощи тигельных щипцов через 30 мин и охлаждают в эксикаторе 15 мин ( иначе его трудно или даже невозможно открыть). Результаты всех взвешиваний вносят в таблицу. Высушенные в сушильном шкафу вещества нельзя оставлять на воздухе, так как они при остывании снова поглощают из воздуха влагу, отчего масса веществ может увеличиться. После охлаждения бюкса его вместе с крышкой взвешивают на аналитических весах.

2. Взвешивают на технических весах приблизительно 1,4 - 1,5 г воздушно - сухого образца хлорида бария, помещают навеску в бюкс и, закрыв крышкой взвешивают на аналитических весах. Бюкс с образцом помещают в сушильный шкаф (крышка бюкса должна быть “ на ребре”). Бюкс с образцом переносят только в эксикаторе (крышка бюкса должна быть “ на ребре”). Выдерживают бюкс в шкафу при температуре 120 -125⁰С 1,5 - 2 часа, охлаждают в эксикаторе 15 мин, закрывают крышкой и взвешивают на аналитических весах.

3. Снова ставят бюкс с веществом в сушильный шкаф и выдерживают его там (открыв крышку) еще 30 мин, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Эту операцию повторяют до тех пор, пока результаты последующего и предыдущего взвешивания будут различаться не более чем на 0,0002г. Результаты всех взвешиваний вносят в таблицу.

4. На основании полученных данных определяют:

- массу кристаллизационной воды в навеске,

- массовую долю кристаллизационной воды в хлориде бария,

- химическую формулу образца,

- относительную погрешность определения массовой доли воды, используя сообщенный преподавателем правильный результат.

Требования к отчету: Отчет должен содержать:

название работы, краткое описание работы, результаты взвешиваний и вычислений в виде таблицы.

Таблица 1.2

Пример вычислений в гравиметрическом анализе

Масса бюкса, г (mб)	10,5895
Масса бюкса с хлоридом бария, г (mб1)	12,0470
Масса навески хлорида бария, г (mн)	1,4575
Масса бюкса с хлоридом бария после 1-го высушивания, г (m1)	11,9963
Масса бюкса с хлоридом бария после 2-го высушивания, г (m2)	11,9945
Масса бюкса с хлоридом бария после 3-го высушивания, г (m3)	11,9944
Масса кристаллизационной воды в навеске,г (mH2O)	mб1 - m3 = 12,0470 - 11,9944 = 0,0526
Массовая доля кристаллизационной воды в хлориде бария, wH2O%	wH2O% = mH2O/mн · 100%= = 0,0526 / 1,4575 • 100% = 3,61%
Xимическая формула образца	(mн ? mH2O) / MBaCl2:mH2O / MH2O = nBaCl2 : nH2O = (1,4575 - 0,0526) / 208: 0,0526 / 18 = 0,00675: 0,00292 На 1 моль BaCl2 приходится 0,00292: 0,00675 моль H2O BaCl2 · 0,43 H2O

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Сущность и основные понятия

В основе титриметрического метода анализа лежит закон эквивалентов: вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах, т.е. число эквивалентов одного вещества (n₁) равно числу эквивалентов другого вещества (n₂), n₁=n₂.

Так как n=СV ?10^-3, где С -- молярная концентрация эквивалента (нормальность), V-объем в мл, в котором растворено вещество, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение:

C₁V₁=C₂V₂ (2.1)

Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (пусть C₂), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молярную массу эквивалента М_э,2, находят массу вещества:

m₂=C₂V₂М_э,2 (2.2)

В титриметрическом методе анализа раствор с известной концентрацией называют титрантом. Процесс титрования заключается в добавлении небольшими порциями титранта к раствору определяемого вещества. После добавления каждой порции титранта в растворе устанавливается равновесие реакции титрования. В точке эквивалентности определяемое вещество и титрант находятся в эквивалентных количествах.

Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям: 1) быть строго стехиометричной; 2) протекать достаточно быстро; 3) протекать количественно, поэтому константа равновесия должна быть высокой; 4) должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности.

Экспериментально конец титрования можно установить двумя способами: 1) визуально - по изменению окраски индикатора; 2) физико-химическим методом - по изменению какого-либо физико-химического свойства раствора. Этот момент называется точкой конца титрования. Разность объемов в точке эквивалентности и точке конца титрования определяет погрешность титрования.

По способу выполнения различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к раствору определяемого вещества. Такой способ применим только при выполнении всех требований, предъявляемых к химическим реакциям в титриметрическом методе анализа.

Если скорость реакции мала или не удается подобрать индикатор, или наблюдаются побочные эффекты (например, потери определяемого вещества вследствие летучести), можно использовать прием обратного титрования: добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта Т₁, довести реакцию до конца, а затем найти количество непрореагировавшего титранта титрованием его другим реагентом Т₂ с концентрацией С_2. Очевидно, что на определяемое вещество затрачивается количество титранта Т₁, равное разности С_Т1V_Т1 - С_Т2V_Т2.

Если реакция нестехиометрична или протекает медленно, можно использовать титрование заместителя. Для этого проводят стехиометрическую реакцию определяемого вещества с вспомогательным реагентом, а получающийся в эквивалентном количестве продукт оттитровывают подходящим титрантом.

В процессе титрования изменяются равновесные концентрации определяемого вещества, титранта, продуктов реакции. Пропорционально концентрациям этих веществ изменяются свойства раствора. Кривая титрования - это графическая зависимость свойства раствора от состава раствора в процессе титрования. Кривые титрования позволяют проследить процесс титрования, определить способ установления точки эквивалентности и оценить погрешность титрования.

По оси ординат обычно откладывают свойство среды, например рН, по оси абсцисс - объем добавленного титранта V_Т или степень оттитрованности f, где

f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o=C_ТV_Т/C_ТV_ТЭ= V_Т/V_ТЭ (2.3)

n_Т - число эквивалентов оттитрованного вещества, n_o- исходное число эквивалентов определяемого вещества. Степень оттитрованности иногда выражают в процентах. До точки эквивалентности f<1 (<100%), после точки эквивалентности f>1 (>100%), в точке эквивалентности f=1 (100%).

2.1 КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ

В основе кислотно-основного титрования протолитов лежит реакция кислотно-основного взаимодействия:

НА (кислота) + В (основание) - НВ⁺( сопряженная кислота) + А^-(сопряженное основание)

Н-кислоты и основания

Согласно теории Бренстеда-Лоури (1923г.) кислота - это донор протона (Н⁺)

НА - А^- + Н⁺,

кислота основание

а основание - акцептор протона.

В + Н⁺ - ВН⁺,

основание кислота

Потеря протона кислотой НА приводит к образованию сопряженного основания А^-. Присоединение протона к основанию В приводит к образованию кислоты ВН⁺, сопряженной с этим основанием. Кислотами (Н - кислотами) могут быть нейтральные молекулы (HCl, CH₃COOH ), анионы (HCO₃^?, H₂PO₄^?) или катионы (H₃O⁺, NH₄⁺), способные отдавать протон растворителю или основанию. В воде образуется ион гидроксония Н₃О⁺ (точнее Н₅О₂⁺):

HCO₃^? + H₂O -H₃O⁺ + CO₃^2-

NH₄⁺ + H₂O - H₃O⁺ + NH₃

HCl +H₂O - H₃O⁺ + Cl^?

Амфипротные соединения могут как отдавать, так и присоединять протоны. Например, молекула Н₂О является основанием, сопряженным с кислотой Н₃О⁺

Н₂О + Н⁺- Н₃О⁺

и кислотой, сопряженной с ОН

Н₂О - ОН^- + Н⁺.

В усовершенствованном варианте протонной теории (А.И.Шатенштейн, 1960г.) предусмотрен не только полный переход протона от кислоты к основанию при их взаимодействии, но и образование между ними водородной связи

НА + В - АН……В

в неводных средах. В водной среде с полным переходом протона от кислоты к основанию сила диссоциирующей кислоты НА определяется константой кислотности

К_a =,

а сила диссоциирующего основания В - константой основности

К_в=,

где а - термодинамические активности частиц. В частности, в водных растворах слабой кислоты СН₃СООН и слабого основания NH₃?H₂O устанавливаются протолитические равновесия

СН₃СООН + Н₂О - СН₃СОО^- + Н₃О⁺ (1), рК_а=4,76

кислота₁ основание₂ основание₁ кислота₂

СН₃СОО^- + Н₂О - СН₃СООН + ОН^- (2), рК_в=9,24

основание₁ кислота₂ кислота₁ основание₂

и соответственно

NH₃ + H₂O - NH₄⁺ + OH^- (3), рК_в=4,75

основание₁ кислота₂ кислота₁ основание₂

NH₄⁺ + H₂O - NH₃ + Н₃О⁺ (4), рК_а=9,25.

кислота₁ основание₂ основание₁ кислота₂

Реакции (2) и (4) в рамках теории Аррениуса являются гидролизом солей по ионам СН₃СОО^- и NH₄⁺, а согласно протонной теории представляют собой равновесия диссоциации заряженных частиц основания СН₃СОО^- и кислоты NH₄⁺ в водной среде. При кислотно-основном взаимодействии (2) происходит передача протона от кислоты Н₂О к основанию СН₃СОО^- с образованием сопряженных с ними основания ОН^- и кислоты СН₃СООН с константой равновесия

.

Аналогично для кислотно-основного взаимодействия (4) имеет место равенство

.

Соответственно константа основности СН₃СОО^- равна константе гидролиза ацетат-аниона, а константа кислотности NH₄⁺ равна константе гидролиза катиона аммония.

Буферные растворы представляют собой кислотно-основные пары, состоящие из слабой кислоты (например, СН₃СООН) и сопряженного основания (СН₃СОО^- ) или из слабого основания (например, NH₃?H₂O) и сопряженной кислоты (NH₄⁺). Для любой сопряженной кислотно-основной пары в водном растворе справедливы выражения

К_а?К_в=[Н₃О⁺][OH^-] = K_w= 1,0?10^-14 при 25⁰С

рК_а + рК_в = рК_w = 14,0 ,

где К_w - константа автопротолиза (ионное произведение ) воды, рК= -lgK. Величина К_w существенно возрастает при нагревании (рК_w=14,98 при 0⁰С и 12,26 при 100⁰С). Соответственно уменьшается водородный показатель рН= ?lga_H⁺=0,5pK_w чистой воды и нейтрального водного раствора (7,49 >6,13 при t=0>100⁰C).

В общем случае для амфотерного растворителя SH характерна реакция автопротолиза

SH + SH - SH₂⁺ + S^-_,

константа равновесия которой К_SH= ,называется константой автопротолиза растворителя (2?10^-17 для метанола, 1?10^-19 для этанола).

Очевидно, что сила кислоты или основания существенно зависит от кислотно-основных свойств растворителя. Чем более сильным основанием является протофильный растворитель, тем в большей степени диссоциируют в нем кислоты и тем в меньшей степени - основания. Например, кислотные свойства веществ в жидком аммиаке (сродство к протону F=9,0 эВ) проявляются сильнее, чем в воде (F=7,14эВ). Протогенные растворители с преобладающими кислотными свойствами усиливают диссоциацию оснований и подавляют диссоциацию растворенных кислот. В водном растворе самой сильной кислотой является ион Н₃О⁺, а самым сильным основанием - ион ОН^-.

Для амфипротных (амфотерных) растворителей (вода, низшие спирты, жидкий аммиак и др.) уравнение

K_SH= ,

полезное для расчетов, связывает константу диссоциации кислоты НА, константу диссоциации сопряженного основания А^- и константу автопротолиза растворителя SH.

Протофильные растворители нивелируют силу кислот и дифференцируют основания. Напрмер, в жидком аммиаке выравнивается сила кислот HNO₃ и HCN (К_а?10^?3) в отличие от их водных растворов. Протогенные растворители выравнивают силу растворенных оснований и дифференцируют кислоты. Использование неводных растворителей существенно расширяет возможности метода кислотно-основного титрования (изменение относительной силы кислот и оснований и их дифференцированное или прямое определение). Например, кислотные свойства фенола С₆Н₅ОН, очень слабой кислоты в водном растворе ( К_а=1?10^?10) усиливаются (К_а=5?10^?3) в протофильном растворителе гидразинеN₂H₄, так что фенол в гидразине может быть определен прямым титрованием щелочью.



КРИВЫЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ

В процессе титрования изменяется рН раствора. Кривые титрования строят в координатах рН - f или рН -V_Т. Значения f - универсальны для любой кривой титрования, значения V_Т - зависят от объема титруемого вещества и от концентраций реагирующих веществ. Удобно строить кривую титрования в координатах рН-f, так как в этом случае вид кривой титрования не зависит от объема титруемого вещества в отличии от кривой титрования в координатах рН-V_Т. Кривая титрования имеет S-образную форму. На кривой наблюдаются области плавного (до и после точки эквивалентности) и резкого (вблизи точки эквивалентности) изменения рН. Область резкого изменения называется скачком титрования. Скачок титрования характеризуется индексом крутизны, который является мерой чувствительности и точности титрования:

з=ДрН/V_ТЭ Дf , где з-индекс крутизны.

Индекс крутизны вблизи точки эквивалентности велик. Для f в интервале 0,999…1,001 в приведенном ниже примере з=5,6/0,002?10=280 (табл.2.1.).

Факторы, влияющие на величину скачка титрования

На кривых титрования одноосновных протолитов (кислот и оснований) наблюдается один скачок. На величину скачка титрования влияет ряд факторов.

Концентрация протолита. Чем ниже концентрация титруемого протолита или титранта, тем меньше скачок титрования. Так, при титровании 0,1М раствора сильной одноосновной кислоты (HCl, HNO₃) 0,1 М раствором NaOH и наоборот скачок титрования составляет примерно 6 единиц рН, при 0,01 и 0,001М - соответственно 3,4 и 1,4 единицы рН, при 10^-4М - скачок титрования исчезает.

Температура. При нагревании раствора увеличиваются константы диссоциации воды и слабых протолитов. Из-за значительного (в 525 раз) увеличения константы автопротолиза воды К_w в интервале температур 0…100⁰С показатель рН воды и водных растворов оснований заметно уменьшается. Это приводит к смещению точки эквивалентности и ветви кривой за ней в область меньших значений рН; в результате скачок титрования протолитов заметно уменьшается.

Природа титруемого протолита. Скачок титрования уменьшается с уменьшением К_а кислоты и К_в основания. Так, при титровании 0.1М растворов сильных кислот и оснований скачок титрования составляет примерно 6 единиц рН. Если К_а(К_в) =10^?3, то скачок уменьшается до 3-4 единиц рН. При К_а(К_в) =10^?7?10^?9 скачок титрования вырождается в точку перегиба и определение конца титрования становится практически невозможным. Нетрудно показать, что с помощью индикаторов можно оттитровать слабый протолит с константой К_а (К_в) >10^?8 при исходной концентрации анализируемого раствора >10^?2М. Следовательно, условием обнаружения скачка на кривой титрования является неравенство

К_а (К_в)С₀>10^?10.

Различают следующие варианты титрования протолитов: 1) титрование сильной кислоты сильным основанием; 2) титрование сильного основания сильной кислотой; 3) титрование слабой кислоты сильным основанием; 4) титрование слабого основания сильной кислотой; 5) титрование многоосновных кислот или оснований; 6) титрование смесей кислот или смесей оснований разной силы.

Независимо от варианта титрования при построении кривых рассчитывают рН на следующих четырех этапах: 1) до начала титрования; 2) титрование до точки эквивалентности; 3) в точке эквивалентности; 4) титрование после точки эквивалентности.

Титрование сильной одноосновной кислоты сильным основанием

Рассмотрим поэтапно процесс титрования сильной кислоты сильным основанием:

1) До начала титрования и при титровании до точки эквивалентности значение рН определяется только ионами водорода неоттитрованной сильной кислоты, так как автопротолизом воды можно пренебречь:

[Н⁺]=С_{кислоты}= (2.4)

где С_о?исходная молярная концентрация эквивалента(нормальность) кислоты, V_o - исходный объем кислоты, V_T ? объем титранта, V_ТЭ - объем титранта в точке эквивалентности. Для расчета величины рН при построении кривой титрования в координатах рН ? V_т пользуемся формулой

рН=?lg[]. (2.5)

Чтобы исключить объемы участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) выразим V_Т и подставим в (2.5). В результате получаем следующую формулу для расчета рН при построении кривой титрования в координатах рН- f

рН=?lg. (2.6)

2) После точки эквивалентности значение рН определяется избытком добавленного титранта (сильного основания).

Так как [OH^-]=, концентрация катионов водорода определяется следующей формулой

[Н⁺]=К_w/[OH^-]=, (2.7)

где К_w - константа автопротолиза воды. При построении кривой титрования в координатах рН - V_Т удобно пользоваться следующей формулой для расчета рН:

рН=14?lg[]. (2.8)

Чтобы избавиться от объемов участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o выразим V_Т и подставим в (2.8), в результате получаем следующую формулу для расчета рН при построении кривой титрования в координатах рН?f

рН=14?lg[]. (2.9)

3) В точке эквивалентности значение рН определяется автопротолизом воды:

рН=0,5pK_w=7 (К_w=10^?14) (2.10)

Пример 1.

1) Построить кривую титрования 15,0 мл 0,10 М HCl раствором 0,15 М NaOH в координатах рН?V_Т.

2) Построить кривую титрования 0,10М HCl раствором 0,15 М NaOH в координатах рН? f.

Для кривых титрования, построенных в координатах рН - V_Т, необходимо определить эквивалентный объем титранта:

V_TЭ=C_оV_o/C_T = 0,10?15,0/0,15=10мл

Для построения кривой титрования удобно заполнить следующую таблицу:

Таблица 2.1

Титрование сильной кислоты сильным основанием (координаты рН - V_Т)

f=VT/VТЭ	VT=fVТЭ	Состав раствора	рН-определяющий компонент	Формула рН (рН-VТ)	pH
0	0	HCl, H2O	HCl	(2.5)	1,0
0,5	5	HCl, H2O	HCl	(2.5)	1,43
0,9	9	HCl, H2O	HCl	(2.5)	2,20
0,99	9,9	HCl, H2O	HCl	(2.5)	3,22
0,999	9,99	HCl, H2O	HCl	(2.5)	4,22
1	10	H2O	H2O	(2.10)	7
1,001	10,01	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	9,78
1,01	10,1	H2O	NaOH	(2.8)	10,78
1,1	11	H2O	NaOH	(2.8)	11,76
1,5	15	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	12,40

Таблица 2.2

Титрование сильной кислоты сильным основанием (координаты рН?f)

f=VT/VТЭ	Состав раствора	рН-определяющий компонент	Формула рН (рН-VТ)	pH
0	HCl, H2O	HCl	(2.6)	1
0,5	HCl, H2O	HCl	(2.6)	1,43
0,9	HCl, H2O	HCl	(2.6)	2,20
0,99	HCl, H2O	HCl	(2.6)	3,22
0,999	HCl, H2O	HCl	(2.6)	4,22
1	H2O	H2O	(2.10)	7
1,001	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	9,78
1,01	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	10,78
1,1	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	11,76
1,5	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	12,40

Построенные по данным таблиц 2.1 и 2.2 кривые титрования в координатах рН?V_Т (рис.2.1) и рН?f (рис.2.2) имеют следующий вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Титрование сильного основания сильной одноосновной кислотой

Рассмотрим поэтапно процесс тирования сильного основания сильной кислотой:

1) До начала титрования и при титровании до точки эквивалентности значение рН определяется только неоттитрованным сильным основанием, так как автопротолизом воды можно пренебречь.

Поскольку [OH^-] =С_{основания} =С_о(1 ? f)V_o/(V_o+V_T),

то [Н⁺]=К_w/[OH^-]=, где С_о ? исходная молярная концентрация эквивалента (нормальность) основания, V_o - исходный объем основания, V_T? объем титранта, V_ТЭ - объем титранта в точке эквивалентности, К_w - константа автопротолиза воды. Для расчета значений рН при построении кривой титрования в координатах рН- V_Т пользуемся следующей формулой:

рН=14-lg[]. (2.11)

Чтобы исключить объемы участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o выразим V_Т и подставим в (2.11): в результате получаем следующую формулу для расчета рН при построении кривой титрования в координатах рН?f:

рН=14-lg[]. (2.12)

2) После точки эквивалентности значение рН определяется избытком добавленного титранта - сильной кислоты:

[Н⁺]=.

При построении кривой титрования в координатах рН- V_Т удобно пользоваться следующей формулой:

рН=?lg[]. (2.13)

Чтобы исключить объемы участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o выразим V_Т и подставим в (2.8); в результате получаем следующую формулу для расчета рН при построении кривой титрования в координатах рН- f:

рН=?lg[]. (2.14)

3)В точке эквивалентности значение рН определяется автопротолизом воды (2.10):

рН = 0,5pK_w=7 (К_w=10^?14)

Пример 2.

1)Построить кривую титрования 15,0 мл 0,10М NaOH 0,15 М раствором HCl в координатах рН-V_Т.

2) Построить кривую титрования 0,10н NaOH 0,15 н раствором HCl в координатах рН? f.

Для кривых титрования, построенных в координатах рН - V_{Т ,} необходимо определить эквивалентный объем титранта:

V_TЭ=C_оV_o/C_T = 0,10?15,0/0,15=10мл

Для построения кривых титрования удобно все вычисления занести в следующие таблицы:

Таблица 2.3

Титрование сильного основания сильной кислотой (координаты рН - V_Т)

f=VT/VТЭ	VT=fVТЭ	Состав раствора	рН-определяющий компонент	Формула рН (рН-VT)	pH
0	0	NaOH,H2O	NaOH	(2.11)	13
0,5	5	NaOH, H2O	NaOH	(2.11)	12,57
0,9	9	NaOH, H2O	NaOH	(2.11)	11,80
0,99	9,9	NaOH, H2O	NaOH	(2.11)	10,78
0,999	9,99	NaOH, H2O	NaOH	(2.11)	9,78
1	10	H2O	H2O	(2.10)	7
1,001	10,01	HCl, H2O	HCl	(2.13)	4,22
1,01	10,1	HCl, H2O	HCl	(2.13)	3,22
1,1	11	HCl, H2O	HCl	(2.13)	2,24
1,5	15	HCl, H2O	HCl	(2.13)	1,60

Таблица 2.4

Титрование сильного основания сильной кислотой (координаты рН - f)

f=VT/VТЭ	Состав раствора	рН-определяющий компонент	Формула рН (рН-f)	pH
0	NaOH, H2O	NaOH	(2.12)	13
0,5	NaOH, H2O	NaOH	(2.12)	12,57
0,9	NaOH, H2O	NaOH	(2.12)	11,80
0,99	NaOH, H2O	NaOH	(2.12)	10,78
0,999	NaOH, H2O	NaOH	(2.12)	9,78
1	H2O	H2O	(2.10)	7
1,001	HCl, H2O	HCl	(2.14)	4,22
1,01	HCl, H2O	HCl	(2.14)	3,22
1,1	HCl, H2O	HCl	(2.14)	2,24
1,5	HCl, H2O	HCl	(2.14)	1,60

Построенные по данным таблиц 2.3 и 2.4 кривые титрования в координатах рН?V_Т и рН?f имеют следующий вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Титрование слабой одноосновной кислоты сильным основанием

1) До начала титрования (V_T=0) раствор содержит только слабую кислоту НА, автопротолизом воды можно пренебречь и при б < 5%

[Н⁺]=, где С_о - исходная молярная концентрация кислоты, К_a-константа диссоциации слабой кислоты. При построении кривой титрования в координатах рН- V_Т пользуемся следующей формулой:

рН= ? 0,5 lg(K_aC_o). (2.15)

2) До точки эквивалентности получаем раствор, содержащий слабую кислоту и её соль, т.е. буферную смесь (С_НА/C_А-):

[Н⁺]=К_аС_НА/С_А-, так как С_НА/С_А-=(V_oC_o?V_тC_т)/V_тC_т=(1?f)/f, то [Н⁺]=или [Н⁺]=

и для расчета величины рН при построении кривой титрования в координатах рН-V_Т пользуемся следующей формулой

рН= ?lg[]. (2.16)

При построении кривой титрования в координатах рН-f используем формулу

рН= ?lg(). (2.17)

3) В точке эквивалентности вся кислота оттитрована; значение рН определяется гидролизом соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием: А^- + Н₂О-НА + ОН^-

[Н ⁺]=. Так как С_соли=С₀V₀/(V₀+V_T), а V_Т=С₀V₀/C_T, то

[Н ⁺]=.

Для расчета значений рН при построении кривой титрования в координатах рН-V_Т используется формула

pН=7?0,5lg[]. (2.18)

Чтобы избавиться от объемов участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o выразим V_Т и подставим в (2.18). В результате получаем следующую формулу для расчета рН в точке эквивалентности при построении кривой титрования в координатах рН?f

pН=7?0,5lg. (2.19)

4) После точки эквивалентности величина рН определяется избытком добавленного титранта (сильного основания), и рН рассчитывается так же, как и в случае титрования сильной кислоты сильным основанием по формулам

(2.8): рН= 14? lg[] и (2.9): рН= 14 -lg []

Пример3.

1) Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1М уксусной кислоты (К_a=1,75?10^-5) 0,1М раствором NaOH в координатах рН?V_Т.

2) Построить кривую титрования 0,1М раствора СН₃СООН 0,1 М раствором NaOH в координатах рН?f.

Для кривых титрования, построенных в координатах рН - V_т,необходимо определить эквивалентный объем титранта:

V_TЭ=C_оV_o/C_T = 0,10?10,0/0,10=10мл

Для построения кривых титрования (рис. 2.5 и 2.6) составим нижеследующие таблицы.

Таблица 2.5

Титрование слабой кислоты сильным основанием (координаты рН - V_Т)

f=VT/VТЭ	VT=fVТЭ	Состав раствора	рН-определяющие компоненты	Формула рН (рН-VТ)	pH
0	0	СH3COOH, H2O	СH3COOH	(2.15)	2,88
0,5	5	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH, СH3COONa	(2.16)	4,76
0,9	9	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH, СH3COONa	(2.16)	5,71
0,99	9,9	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH, СH3COONa	(2.16)	6,76
0,999	9,99	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH, СH3COONa	(2.16)	7,76
1	10	СH3COONa, H2O	СH3COONa	(2.18)	8,73
1,001	10,01	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	9,70
1,01	10,1	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	10,70
1,1	11	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	11,68
1,5	15	NaOH, H2O	NaOH	(2.8)	12,30

Таблица 2.6

Титрование слабой кислоты сильным основанием (координаты рН -f)

f=VT/VТЭ	Состав раствора	рН-определяющие компоненты	Формула рН (рН-f)	pH
0	СH3COOH, H2O	СH3COOH	(2.15)	2,88
0,5	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH,СH3COONa	(2.17)	4,76
0,9	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH,СH3COONa	(2.17)	5,71
0,99	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH,СH3COONa	(2.17)	6,76
0,999	СH3COOH, СH3COONa, H2O	СH3COOH,СH3COONa	(2.17)	7,76
1	СH3COONa, H2O	СH3COONa	(2.19)	8,73
1,001	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	9,70
1,01	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	10,70
1,1	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	11,68
1,5	NaOH, H2O	NaOH	(2.9)	12,30

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Титрование слабого основания MOH сильной кислотойНА

1) До начала титрования (V_T=0) раствор содержит только слабое основание, автопротолизом воды можно пренебречь и при б < 5%

[Н⁺]=

где С_о- исходная молярная концентрация основания, К_в -константа диссоциации слабого основания. При построении кривой титрования в координатах рН- V_Т и рН-f пользуемся формулой:

рН=14 + lg . (2.20)

2) До точки эквивалентности получаем раствор, содержащий слабое основание и его соль, т.е. буферную смесь (С_ВОН/C_B+):

[Н⁺]=. Так как С_о/С_В+=(V_oC_o?V_тC_т)/V_тC_т=(1-f)/f, то [Н⁺]=

или [Н⁺]= и для расчета значения рН при построении кривой титрования в координатах рН-V_Тпользуемся следующей формулой:

рН=14?lg[], (2.21)

а для расчета значения рН при построении кривой титрования в координатах рН-f используем формулу

рН=14+lg[]. (2.22)

3) В точке эквивалентности все основание оттитровано, значение рН определяется гидролизом соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой:

М⁺ + Н₂О-МОН + Н⁺

[H⁺]=, и для расчета значения рН при построении кривой титрования в координатах рН-V_Т используется формула

pН=7?0,5lg. (2.23)

Чтобы исключить объемы участвующих в титровании веществ, из формулы (2.3) f=n_Т/n_o=C_ТV_Т/C_oV_o выразим V_Т и подставим в (2.23). В результате получаем следующую формулу для расчета рН в точке эквивалентности (f=1) при построении кривой титрования в координатах рН- f

рН=7?0.5lg[]. (2.24)

4) После точки эквивалентности величина рН определяется избытком добавленного титранта (сильной кислотой) и рН рассчитывается так же, как и в случае титрования сильного основания сильной кислотой по формулам

(2.13): рН= ?lg[] и (2.14): рН= ?lg[ ].

Пример 4.

1)Построить кривую титрования 10,0 мл 0,1М раствора аммиака (К_b=1,76?10^-5) 0,1 М раствором HCl в координатах рН-V_Т.

2) Построить кривую титрования 0,1M раствора аммиака 0,1 М раствором HCl в координатах рН-f.

Для кривых титрования, построенных в координатах рН - V_Т, необходимо определить эквивалентный объем титранта:

V_TЭ=C_оV_o/C_T = 0,10?10,0/0,10=10мл.

Для построения кривых титрования удобно составить таблицы 2.7 и 2.8:

Таблица 2.7

Титрование слабого основания сильной кислотой (координаты рН - V_Т)

f=VT/VТЭ	VT=fVТЭ	Состав раствора	рН-определяющие компоненты	Формула рН (рН-VТ)	pH
0	0	NH3, H2O	NH3	(2.20)	11,12
0,5	5	NH3, NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.21)	9,25
0,9	9	NH3, NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.21)	8,29
0,99	9,9	NH3, NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.21)	7,25
0,999	9,99	NH3, NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.21)	6,25
1	10	NH4Cl, H2O	NH4Cl	(2.23)	5,27
1,001	10,01	HCl, H2O	HCl	(2.13)	4,30
1,01	10,1	HCl, H2O	HCl	(2.13)	3,30
1,1	11	HCl, H2O	HCl	(2.13)	2,32
1,5	15	HCl, H2O	HCl	(2.13)	1,70



Таблица 2.8

Титрование слабого основания сильной кислотой (координаты рН - f)

f=VT/VТЭ	Состав раствора	рН-определяющие компоненты	Формула рН (рН-f)	pH
0	NH3, H2O	NH3	(2.20)	11,12
0,5	NH3,NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.22)	9,25
0,9	NH3,NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.22)	8,29
0,99	NH3,NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.22)	7,25
0,999	NH3,NH4Cl, H2O	NH3, NH4Cl	(2.22)	6,25
1	NH4Cl, H2O	NH4Cl	(2.24)	5,27
1,001	HCl, H2O	HCl	(2.14)	4,30
1,01	HCl, H2O	HCl	(2.14)	3,30
1,1	HCl, H2O	HCl	(2.14)	2,32
1,5	HCl, H2O	HCl	(2.14)	1,70

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кислотно-основные индикаторы

Цветные индикаторы в кислотно-основном титровании - это слабые органические кислоты и основания, протонированные и непротонированные формы которых различаются по окраске и структуре. Кислотно-основное равновесие, в котором принимают участие различные формы индикатора, можно представить следующим образом: HInd - Ind^- + H⁺. Из константы кислотности индикатора следует, что

[H⁺]=K_aи pH=pK_a? lg.

Глаз воспринимает окраску одной из форм при ее определенной концентрации. Если концентрация одной из форм должна быть в 10 раз больше другой, интервал pH=pK_a ±1 называют интервалом перехода окраски индикатора.

Требования, предъявляемые к индикаторам:

1) сильное светопоглощение,

2) переход окраски должен быть контрастным,

3) область перехода окраски должна быть узкая.

Характеристики наиболее часто используемых индикаторов приведены в табл.2.9.

Таблица 2.9

Характеристики наиболее часто используемых индикаторов [11]

Индикатор	Область рН перехода окраски	рКа	Изменение окраски
Метиловый оранжевый	3,1 - 4,4	3,36	Красная - желтая
Бромкрезоловый зеленый	3,9 ?5,4	4,90	Желтая - синяя
Метиловый красный	4,4 ?6,2	5,00	Красная -желтая
Бромтимоловый синий	6,0 - 7,6	7,3	Желтая - синяя
Феноловый красный	6,4 ?8,2	8,00	Желтая - красная
Тимоловый синий	8,0 ?9,6	9,2	Желтая - синяя
Фенолфталеин	8,2 - 9,8	9,53	Бесцветная - малиновая

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ

Индикаторные погрешности вызваны различием показателя титрования (рТ) индикатора, т.е. рН раствора, при котором заканчивается титрование с выбранным индикатором, с рН раствора в точке эквивалентности. Индикаторная погрешность является преобладающей в кислотно-основном титровании при визуальном определении точки эк...