Характеристика методов титриметрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В. Г. ШУХОВА

КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: Аналитическая химия и физико-химические методы анализа

Выполнил:

Белозорова О.Д.

Белгород 2016 г



Какую навеску щелочи, содержащей 8% индифферентных примесей, следует взять для приготовления:

а) 1 л раствора с титром 0,00500;

б) 1,5 л раствора с титром по оксиду кальция 0,00350?

в) как можно определить примеси карбонатов в щелочи (привести методику и химизм определения)?

Решение:

А) Титр по растворённому веществу (Т) - это масса растворённого вещества (в граммах), содержащаяся в одном миллилитре (смі) раствора. Исходя из этого определяем массу навески щелочи (без учета примесей):

m=T*V=0,005 г/мл*1000 мл=5 г

С учетом 8 % примесей необходимо взять навеску щелочи массой:

m=(5/(100-8))*100%=5,435 г.

Ответ: 5,435 г.

Б) Титр по определяемому веществу -- масса какого-либо вещества (в граммах), реагирующая с одним миллилитром данного раствора.

Исходя из этого определяем массу оксида кальция:

m (CaO) = 0,0035г/мл*1500 мл=5,25 г.

Т.к. примеси щелочей представлены в виде карбонатов, что пересчитываем массу CaO (М=56,08 г/моль) на CaCO3 (М=105,99 г/моль):

m (CaCO3) = 5,25 *105,99/56,08=9,92 г.

В связи с тем, что примесями щелочей являются карбонаты, примем, что 8 % примесей представлены CaCO3, тогда произведем расчет массы навески щелочи:

m (щелочи) =9,92/8*100=124 г.

Ответ: 124 г

В) Щелочи поглощают углекислый газ из воздуха, образуя карбонаты. Например:

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.

Примеси карбонатов в щелочи определяют титрованием раствора соляной кислотой. Так, например, рассмотрим определение карбоната натрия в растворе гидроксида натрия. В данном случае будем проводить титрование раствора соляной кислотой, при этом фиксируя две точки эквивалентности сначала с индикатором фенолфталеином (при этом оттитровывается вся щелочь и половина Na2CO3 ) и с индикатором метиловым оранжевым (титруется остальная половина Na2CO3).

Методика выполнения. К анализируемому раствору щелочи прибавляют 8-10 капель 0,1 %-ного раствора фенолфталеина и оттитровывают стандартным раствором соляной кислоты до исчезновения малиновой окраски раствора от одной капли и записывают показание бюретки (V1). Прибавляют к этому раствору несколько капель метилового оранжевого и продолжают титрование раствора до перехода его окраски из желтой в розовую. Снова делают отсчет показания бюретки (V2). В соответствии со схемой на титрование соды до NaHCO3 пойдет V1-V2 мл раствора соляной кислоты,

NaOH+HCl=NaCl+H2O



Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

а на титрование NaHCO3 до угольной 2(V2 -V1) мл.

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O

Таким образом, на титрование щелочи будет затрачено V2 - 2(V2 -V1) мл кислоты. Определив объемы кислоты, которые пойдут на титрование карбоната натрия и щелочи, можно рассчитать количества анализируемых веществ.

Насыщенный при 293 К раствор бензойной кислоты имеет рН = 3. Рассчитайте растворимость бензойной кислоты (в г на 100 мл раствора).

Решение:

Бензойная кислота C6H5СООН - простейшая одноосновная карбоновая кислота. Данная кислота является слабой, поэтому воспользуемся следующей формулой для определения рН раствора слабой бензойной кислоты:

pH=1/2*pKкис - Ѕ*lg Скис

Отсюда

lg Скис = pKкис - 2pH

Из справочника берем величину pKкис =4,20 и подставляем в формулу.

Находим концентрацию кислоты:

Скис=0,0158 моль/л

Растворимость s бензойной кислоты (М=122 г/моль) равна

S=С*М=0,0158*122=1,93 г/л или 0,193 г в 100 мл раствора.



Ответ: 0,193 г в 100 мл.

Задание на расчет рН, построение и анализ кривых титрования с последующим выбором индикатора. Работу над этим заданием следует проводить поэтапно, для этого необходимо:

а) выбрать по нижеприведенной таблице свой вариант задания и по справочнику найти значение константы диссоциации для слабого электролита;

б) определить тип кривой титрования и привести уравнения реакций титрования и гидролиза образующейся соли в молекулярной и ионно-молекулярной формах;

в) провести расчет значений рН по формулам, выбор которых связать с составом титруемого раствора. Исходный объем титруемого раствора равен 100 мл, концентрации титруемого раствора и титранта взять одинаковыми и равными 0,1 М. Для расчета выбрать моменты титрования, когда прибавлен объем титранта, равный 0; 10; 50; 90; 99; 99,9; 100; 100,1; 101; 110 мл (можно выбрать и больше точек, расчетные данные лучше занести в таблицу);

г) построить кривую титрования на миллиметровой бумаге, указав на ней линии эквивалентности и нейтрализации; скачок титрования (значения рН, соответствующие началу и концу скачка титрования); точку эквивалентности (значение рН в этой точке);

д) провести анализ полученной кривой титрования;

е) подобрать два индикатора, объяснив их выбор с указанием формул и характеристик, отметить переход окраски выбранных индикаторов.

Решение: кальций титрование ион магний

А) титруемое соединение - антраниловая кислота Н2N-С6Н4-СООН. Титровать будем раствором NaOH.

Б) Прямой метод титрования.

Записываем уравнение химической реакции в молекулярном виде:



Н2N-С6Н4-СООН + NaOH > Н2N-С6Н4-COONa + H2O.

Уравнение гидролиза соли в ионно-молекулярном виде:

Н2N-С6Н4-COONa > Н2N-С6Н4-СОО- + Na+

В) Антраниловая кислота - слабая кислота, поэтому находим по справочным таблицам значение рК = 4,99. Определяем состав раствора и рассчитываем его рН в процессе титрования.

До начала титрования (V(NaOH) = 0 см3 ) в растворе присутствует слабая антраниловая кислота. Для расчета рН раствора используем формулу:

.

В процессе титрования до точки эквивалентности в растворе присутствует неоттитрованная антраниловая кислота и ее соль, образовавшаяся в результате химической реакции. Это буферный раствор, состоящий из слабой кислоты и ее соли. Рассчитываем рН без учета разбавления. При равенстве концентраций кислоты и щелочи отношение СКИС / ССОЛИ можно заменить отношением объема недотитрованной кислоты к объему добавленного титранта.

Поэтому вычисления рН при добавлении следующих объемов титранта: 50,00; 99,00; 99,90 см3 - проводим по формуле:

,

Для V(NaOH) = 10,00 см3

,

Для V(NaOH) = 50,00 см3

,

Для V(NaOH) = 90,00 см3

,

Для V(NaOH) = 99,00 см3

,

Для V(NaOH) = 99,90 см3

,

(не оттитровано 0,1 см3 или 0,1 % кислоты - начало скачка на кривой титрования).

В точке эквивалентности V(NaOH) = 100,00 см3 и в титруемом растворе находится соль Н2N-С6Н4-COONa, которая подвергается гидролизу по аниону. Без учета разбавления ССОЛИ = СNaOH = 0,1 моль/дм3. Для расчета рН используем формулу

,

После точки эквивалентности для V(NaOH) = 100,10 см3 в растворе присутствует в избытке NаOH, который будет подавлять гидролиз соли. Поэтому рН раствора зависит только от концентрации щелочи. Для расчета рН используем формулы:

,

,

При V(NaOH) = 100,10 см3 в избытке находится 0,1 см3 или 0,1 % раствора щелочи (конец скачка на кривой титрования).

Для V(NaOH) = 101 см3

,

Для V(NaOH) = 110 см3

,

Объем добавленного титранта, мл	рН
0	2,995
10	4,03
50	4,99
90	5,94
99	6,98
99,9	7,99
100	8,995
100,1	10,0
101	11,0
110	12,0

Расчеты показывают, что скачок на кривой титрования лежит в пределах 7,99-10,0 единиц рН; рН в точке эквивалентности равен 8,995.

е) Подбираем по справочным таблицам индикаторы, интервал перехода которых ДрНИНД находится в пределах скачка на кривой титрования, и рассчитываем для них рТ:

Рисунок - Кривая титрования антраниловой кислоты щелочью

тимоловый синий: интервал перехода 8,0-9,6; рТ = 9,2;

фенолфталеин: интервал перехода 8,2-10,0; рТ = 9,0;

Индикаторная погрешность будет меньше при титровании с фенолфталеином, так как его рТ ближе к рНТЭ при сравнении с другими индикаторами. Переход окраски этого индикатора в точке эквивалентности - из бесцветной в красную.

Вычислить нормальность раствора Na2S2O3, если 1,000 мл раствора K2Cr2O7 эквивалентен 0,005584 г Fе, при взаимодействии 20,00 мл раствора K2Cr2O7 c KI выделяется такое количество I2, которое оттитровывается 32,46 мл раствора Na2S2O3.

Решение: Запишем уравнения химической реакции окисления-восстановления KI с K2Cr2O7:

Cr2O72- + 6I- + 14H+ - 3I2 + Cr3+ + 7H2O

Уравнение химической реакции I2 и Na2S2O3 выглядит следующим образом:



I20 + 2S2O32-> 2I- + S4O62-

Анализ выполнен методом заместительного титрования: рабочим веществом Na2S2O3 титруют не определяемое вещество K2Cr2O7, а его заместитель - свободный йод, который выделился в результате реакции йодида калия с перманганатом калия; кроме того, использован метод отдельных навесок. Расчет проводим по формулам прямого титрования:

nЭКВ(K2Cr2O7) = nЭКВ(Na2S2O3).

Выражаем число молей эквивалента с учетом данных условий задачи и находим нормальность раствора Na2S2O3:

Сн (Na2S2O3)=(Т(K2Cr2O7/Fe)*1000*V(K2Cr2O7))/(Mэ(Fe)* V(Na2S2O3)) = =(0,005584*1000*20)/(55,8*32,46)=0,062 н.

Ответ: 0,062 н.

Какое свойство комплексона III используют в анализе металлов? Приведите химизм определения суммарного содержания ионов кальция и ионов магния.

Использование комплексона III в анализе металлов обусловлено его способностью образовывать прочные внутрикомплексные соединения (хелаты) с катионами металлов. Кроме того, широкое использование комплексона III обусловлено тем, что его реакция с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, его растворы устойчивы при хранении; этот реагент доступен и можно получить его препараты высокой чистоты.

Для определения суммарного содержания ионов кальция и ионов магния (иными словами общей жесткости воды) применяют комплексонометрический метод. В основе метода лежит реакция образования внутримолекулярной растворимой соли комплексона III с ионами кальция и магния. Ион металла замещает атомы водорода карбонильных групп -СООН, а также связывается координационной связью с атомами азота, при этом один ион металла образует соединение только с одной молекулой комплексона III (трилон Б).

Трилон Б - это двузамещенная натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:

При титровании жесткой воды раствором трилона Б образуется внутрикомплексное соединение

при этом ионы Ca2+ связываются во внутренней сфере комплекса. Аналогично происходит и с ионами магния.

В качестве индикаторов, для фиксирования точки эквивалентности, используют металлоиндикаторы. Металлоиндикаторы - это органические красители, образующие окрашенные комплексные соединения с ионами металлов, менее прочные, чем комплекс металла с комплексоном III. Реакцию металла с индикатором можно представить уравнением:

Hind2- + Me2+ = MeInd- + H+



Например, если в раствор, содержащий ионы кальция и магния при рН=7-11 (вводим аммиачный буфер) ввести эриохром черный Т, то раствор окрасится в красный цвет, если этот раствор титровать раствором комплексона III, который с кальцием и магнием дает бесцветный более прочный комплекс, чем комплекс кальция и магния с индикатором, то в конечной точке титрования раствор примет синий цвет.

Произведение растворимости оксалата кальция при 18°С равно 1,78•10-9. Определить: а) растворимость этой соли в 0,05 М растворе (NH4)2C2O4, б) во сколько раз эта растворимость отличается от растворимости в чистой воде?

Решение:

Сначала произведем расчет растворимости оксалата кальция в воде.

Уравнение реакции в ионной форме:

CaC2O4Ca2++C2O42-

Произведение растворимости связано с растворимостью следующим соотношением:

где: m+n -- суммарное количество молей катионов и анионов

m -- количество молей катиона

n -- количество молей аниона

Ksp -- произведение растворимости

S -- растворимость вещества (моль/л)

Из уравнения реакции видно, что m=n=1.

Подставляем в формулу значения ПР, m и n и произведем расчет растворимости оксалата кальция в воде:

4,22•10-5 моль/л

Произведем расчет растворимость оксалата кальция в 0,05 М растворе (NH4)2C2O4. Суммарная концентрация ионов C2O42- составляет:

[C2O42-]=(S+0,05) моль/л.

Оксалат ионы образуются при диссоциации CaC2O4 в его насыщенном растворе

CaC2O4Ca2++C2O42-

а также за счет диссоциации электролита (NH4)2C2O4 в его 0,05 М растворе:

(NH4)2C2O4 2NH4+ + C2O42-

Запишем выражение для ПР(CaC2O4):

ПР = S (S + 0,05).

Слагаемым S по сравнению со вторым слагаемым 0,05 можно пренебречь. Следовательно, ПР = S•0,05. Растворимость CaC2O4 составляет

S = ПР/0,05= 35,6 •10-9моль/л.

Таким образом, в растворе (NH4)2C2O4 растворимость оксалата кальция увеличилась в 20 раз. Ответ: S=35,6 •10-9моль/л. Растворимость в воде увеличилась в 20 раз.

Список литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.1.Гравиметрический и титриметрические методы анализа. М., Дрофа, 2004.

2. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М., Химия, 1975.

3. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии. М., Высшая школа, 1987.

4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М., Химия, 1979.

5. Методические указания: Методы гравиметрии и титриметрии (метод нейтрализации). Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2001.

6. Методические указания: Методы редоксметрии и комплексонометрии. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...