1 курс / Химия / neorganicheskaya_i_analiticheskaya_khimia_metodicheskie_ukazania

H+ + OH- = H2O или

H3O+ + OH- = 2 H2O

Кривые титрования в методе нейтрализации - это графическая зави-

симость pH раствора от объема добавленного титранта. Рассмотрим три слу-

чая кривых титрования.

1) Титрование сильной кислоты сильным основанием (рис.1.):

HCl + NaOH = NaCl + H2O

Расчет кривой проведен для титрования 100.0 мл 0.1000 н раствора HCl 0.1000

н раствором NaOH.

На кривой титрования наблюдается скачок титрования - это резкое из-

менение pH раствора вблизи точки эквивалентности.

В данном случае скачок титрования лежит в интервале от рН=4 до рН=10. Ве-

личина скачка составляет 6 единиц рН.

Точка эквивалентности (ТЭ) совпадает с точкой нейтральности (ТН)

– это точка, в которой рН раствора равен 7.

Кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности и точки нейтральности.

2) Титрование слабой кислоты сильным основанием (рис.2.):

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

Расчет кривой проведен для случая взаимодействия 100.0 мл 0.1000 н раствора

CH3COOH с 0.1000 н раствором NaOH. В данном случае скачок титрования лежит в интервале от рН=7.76 до рН=10. Величина скачка составляет 2.24 еди-

ниц pH, что значительно меньше, чем в первом случае. Точка эквивалентности лежит в щелочной области (pH = 8.87) и не совпадает с точкой нейтральности в результате гидролиза соли CH3COONa по аниону. Кривая титрования несим-

метрична относительно ТЭ и ТН.

91

Рис. 1. Титрование сильной кислоты сильным основанием.

pH
14				Линия эквивалентности
13
12
11						Точка
						эквивалентности
10
9	Фенолфталеин
8
7							Линия нейтральности
6						Точка
						нейтральности
5
4				Метиловый оранжевый
3
2
1
	20	40	60	80	100	120	140 V (NaOH), мл

92

Рис. 2. Титрование слабой кислоты сильным основанием.

3) Титрование слабого основания сильной кислотой (рис.3.):

NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O

Расчет кривой проведен для взаимодействия 100.0 мл 0.1000 н раствора NH4OH

с 0.1000 н раствором HCl . В данном случае скачок титрования находится в ин-

тервале от рН=4 до рН=6,24. Величина скачка составляет 2.24 единиц pH. Точ-

ка эквивалентности лежит в кислотной области (pH=5.11) и не совпадает с точ-

кой нейтральности в результате гидролиза соли NH4Cl по катиону. Кривая тит-

рования несимметрична относительно ТЭ и ТН.

	pH
	14	Линия эквивалентности
	13
	12
	11
	10
	9	Фенолфталеин
	8	Точка нейтральности
	7	Линия нейтральности
	6	Точка
		эквивалентности
	5

4Метиловый

оранжевый

3

2

1

20

40

60

80

100

120

140

V (HCl), мл

Рис. 3. Титрование слабого основания сильной кислотой.

Во всех трех случаях величина скачка увеличивается с увеличением концентрации реагирующих веществ и с уменьшением температуры. Чем больше величина скачка рН, тем точнее можно оттитровать определяемое вещество.

93

Правила выбора индикаторов кислотно - основного титрования

Индикаторы в методе нейтрализации представляют собой слабые органи-

ческие кислоты и основания, изменяющие свою окраску в зависимости от pH

раствора. Они характеризуются двумя величинами: pH – интервалом перехо-

да окраски индикатора и pTпоказателем титрования индикатора (смотри таб-

лицу 7 в разделе « Приложения») . pH индикатора можно рассчитать по фор-

муле:

pH = pK инд 1

(3.15);

где: pK инд = - lg K инд; K инд – константа диссоциации индикатора.

Показателем титрования индикатора (pT) – называется значение pH, при кото-

ром наблюдается наиболее резкое изменение окраски индикатора и заканчива-

ется титрование.

	pT ≈ pK инд	(3.16).
Например, для метилового оранжевого:		pH = 3.1- 4.4;	pT =4.0;
для фенолфталеина:	pH = 8.0 - 10.0;	pT =9.0.
При выборе индикатора для кислотно-основного титрования необходимо
придерживаться следующих правил:
pH – должен частично или полностью совпадать со скачком титрования;
pT – должен быть внутри скачка титрования.
Например, при титровании 0.1000 н раствора CH3COOH			0.1000 н раствором

NaOH в качестве индикатора пригоден фенолфталеин, т.к. его рТ, равный 9,

находится внутри скачка на кривой титрования.

3.3.1. Примеры решения задач по теме « Метод нейтрализации»

Пример 1. Приготовлен рабочий раствор буры Na2B4O7 ∙ 10 H2O растворением навески массой 2.1000 г в мерной колбе объемом 100.0 мл. На титрование

10.00 мл этого раствора пошло в среднем 9.51 мл соляной кислоты. Вычислить молярную концентрацию эквивалента и титр соляной кислоты.

Решение: Титрование буры раствором HCl протекает по уравнению:

94

Nа2В4О7 + 5 Н2О + 2 HCl = 4 H3BO3 + 2 NaCl

Фактор эквивалентности буры Nа2В4О7 = 1/2 т.к. 1 молекула буры взаимо-

действует с 2 Н+ от двух молекул HCl, М(Na2B4O7∙10 H2O)=381.4 г/моль.

I способ (по основному уравнению титриметрического анализа):

1) Рассчитываем титр и молярную концентрацию эквивалента раствора буры:

Т = m/V = 2.1000 /100.0 = 0.02100 г/мл

С(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = (Т∙1000) / М(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = = (0.02100∙1000) /190.70 = 0.1101 моль/л

2) Рассчитываем молярную концентрацию эквивалента раствора HCl и ее титр:

С(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O)∙V(Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = С(1/1HCl)∙V(HCl)

С(1/1HCl) = [С(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O)∙V(Na2B4O7 ∙ 10 H2O)]/ V(HCl) =

= (0.1101∙10.00)/9.51 = 0.1158 моль/л

Т(HCl) = С(1/1HCl)∙M(1/1 HCl)/1000 = (0.1158∙36.461)/1000 = 0.004221 г/мл

II способ (через титр рабочего раствора по определяемому веществу):

1) Рассчитываем титр раствора буры по соляной кислоте:

Т(Na2B4O7 ∙ 10 H2O/HCl) = [С(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O)∙ M(1/1 HCl)] /1000 =

= (0.1101∙36.461) /1000 = 0.004015 г/мл

2) Рассчитываем титр HCl и молярную концентрацию эквивалента:

Т(HCl) = [Т(Na2B4O7 ∙ 10 H2O/HCl)∙ V(Na2B4O7 ∙ 10 H2O)]/ V(HCl) =

= (0.004015∙10.00)/9.51 = 0.004221 г/мл

С(1/1HCl) = Т(HCl)∙1000/ M(1/1 HCl) = (0.004221∙1000)/ 36.461 = 0.1158 моль/л

Ответ: С(1/1HCl) = 0.1158 моль/л; Т(HCl) = 0.004221 г/мл

Пример 2. Рассчитать массу NaCl в пробе, если на ее титрование израсходова-

но 19.56 мл рабочего раствора AgNO3 с T(AgNO3/ NaCl) = 0.005680 г/мл. Чему равна нормальная концентрация раствора AgNO3?

Решение: Титрование NaCl раствором AgNO3 протекает по уравнению:

NaCl + AgNO3 = AgCl + Na NO3

Факторы эквивалентности всех участвующих в реакции солей равны 1/1.

95

m(NaCl) = T(AgNO3/NaCl)∙V(AgNO3) = 0.005680∙19.56 = 0.1111 г

T(AgNO3/NaCl) = С(1/1AgNO3)∙М(1/1NaCl)/1000, отсюда

С(1/1AgNO3) = T(AgNO3/NaCl) ∙1000/ М(1/1NaCl) = (0.005680∙1000)/58.443 = 0.09719

моль/л

Ответ: С(1/1AgNO3) = 0.09719 моль/л; m(NaCl) = 0.1111г.

Пример 3. Массовая доля основного компонента (Na2B4O7 ∙ 10 H2O) в загряз-

ненной буре определена титрованием навески массой 0.4200 г, при этом на тит-

рование пошло 18.10 мл раствора HCl с нормальной концентрацией 0.1050

моль/л. Определить массовую долю (%) Na2B4O7 ∙ 10 H2O в образце.

Решение: Титрование буры раствором HCl протекает по уравнению: Nа2В4О7 + 5 Н2О + 2 HCl = 4 H3BO3 + 2 NaCl

Согласно одной из записей закона эквивалентов (3.6):

m(Na2B4O7 ∙ 10 H2O) / M(1/2 Na2B4O7 ∙10 H2O) = C(1/1HCl)∙V(HCl) /1000,

отсюда

m(Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = [C(1/1HCl)∙V(HCl) ∙ M(1/2 Na2B4O7 ∙ 10 H2O)]/1000 =

= (0.1050∙18.10∙190.70)/1000 = 0.3624 г

Массовую долю Na2B4O7 ∙ 10 H2O в образце буры рассчитывают по формуле:

(Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = m(Na2B4O7 ∙ 10 H2O)/m(образца),

(Na2B4O7 ∙ 10 H2O) = 0.3624/0.4200 = 0.8629 (86.29%).

Ответ: Массовая доля Na2B4O7 ∙ 10 H2O в образце буры 86.29%.

Внимание! Во всех приведенных примерах деление на 1000 показывает пере-

вод объема реагента из мл в литры.

3.3.2. Лабораторная работа

Стандартизация раствора кислоты по тетраборату натрия

Для установки титра и нормальной концентрации кислоты (т.е. её стан-

дартизации) в качестве первичного стандарта используют тетраборат натрия

(буру) Nа2В4О7 · 10 Н2О. Химически чистый (х.ч.) тетраборат получают пу-

тем перекристаллизации буры при температуре < 600 С.

96

Водный раствор тетрабората натрия имеет щелочную реакцию в ре-

зультате гидролиза соли по аниону:

Nа2В4О7 + 7 Н2О = 2 NaOH + 4 H3BO3

Поэтому его можно титровать кислотами:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Суммарное уравнение реакции имеет вид:

Nа2В4О7 + 5 Н2О + 2 HCl = 4 H3BO3 + 2 NaCl

Данная работа состоит из двух операций: 1) приготовление первичного стандартного раствора буры; 2) стандартизация раствора кислоты.

Приготовление раствора тетрабората натрия по точной навеске.

1. Расчет навески для приготовления 100.0 мл раствора с нормальной концентрацией буры С (1/2 Nа2В4О7 · 10 Н2О) = 0.1000 моль/л.

Так как 1 моль (381.40 г) Nа2В4О7 ·10 Н2О реагирует с 2 молями кислоты,

то молярная масса эквивалента буры равна

М(1/2 Nа2В4О7 ·10 Н2О)=381.40 /2=190.70 г.

2. Взвешивание расчетной навески на аналитических весах.

Результаты взвешивания записывают по форме:

масса пустого бюкса, г………………….

масса бюкса с навеской, г………………

масса навески, г…………………………

Осторожно через сухую воронку пересыпают частями навеску в тщатель-

но вымытую мерную колбу, струей горячей воды смывают тетраборат натрия из воронки и бюкса в мерную колбу. Предварительно в мерную колбу пример-

но на 1/5 часть наливают подогретой воды. Вынув воронку из колбы, плавны-

ми круговыми движениями, не переворачивая колбы, растворяют полностью тетраборат натрия, постоянно добавляя воду. Раствор охлаждают до комнатной температуры и после этого доводят уровень жидкости в мерной колбе до метки по нижнему краю мениска. Приготовленный раствор закрывают пробкой, по-

сле чего его тщательно перемешивают, несколько раз перевертывая колбу.

97

Стандартизация раствора кислоты титрованием

Для проведения титрования собирают титровальную установку. Она со-

стоит из следующих частей:

1)штатива, в лапке которого закреплена бюретка;

2)конической колбы для титрования;

3)пипетки для отбора аликвоты исследуемого раствора «грушей»;

4)белого экрана на основании штатива;

5)воронки для заполнения бюретки.

Бюретку емкостью 25.00 мл укрепляют в штативе. Сначала ее ополаскивают 10

– 15 мл раствора кислоты, затем бюретку заполняют раствором кислоты выше уровня нулевого деления. Во время работы следят за тем, чтобы носик бюретки был заполнен раствором кислоты. Лишь перед самым началом титрования устанавливают уровень кислоты на нулевое деление, осторожно сливая избыток кислоты из бюретки в стакан.

Пипеткой Мора отбирают 10.00 мл раствора тетрабората натрия, для этого оттянутый конец пипетки опускают в бутыль почти до дна и засасывают раствор выше метки с помощью резиновой груши. Затем закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем и вынимают ее из колбы.

Аликвота раствора выливается в коническую колбу для титрования, куда вносят 1-2 капли индикатора метилоранжа. Колбу подставляют под носик бю-

ретки, который во время титрования должен быть на 1-2 см опущен в горло колбы. По мере вытекания раствора из бюретки содержимое колбы непрерывно перемешивают плавными круговыми движениями. Титрование заканчивается,

когда от добавленной очередной капли кислоты происходит изменение окраски раствора тетрабората натрия из желтой в розовую. Титруют до получения трёх сходящихся результатов. После окончания каждого титрования отсчитывают по шкале бюретки объем кислоты, израсходованной на титрование, и снова за-

полняют бюретку раствором кислоты до нулевого деления.

Результаты титрования записывают в виде таблицы:

98

	Объем аликвоты	Объем титранта	Среднее значение
Число тит-	раствора	(кислоты) по бю-	объема титранта,
рований	(Nа2В4О7 ),	ретке,	мл
	мл	мл

Затем проводят расчет молярной концентрации эквивалента и титра кис-

лоты по среднему значению объема кислоты.

3.3.3. Лабораторная работа

Определение содержания щелочи в растворе

Целью работы является определение массы щелочи (NаОН) в растворе.

Студент получает у преподавателя мерную колбу на 100.0 мл, в которую налито определенное количество щелочи. До риски в колбу добавляют дистиллирован-

ную воду, раствор тщательно перемешивается. В бюретку наливают кислоту,

стандартизированную в предыдущей лабораторной работе. В коническую кол-

бу для титрования отбирают пипеткой Мора 10.00 мл NаОН, прибавляют 1-2

капли индикатора метилоранжа и титруют раствором кислоты до появления оранжево-розовой окраски. Титруют до получения трёх сходимых результатов.

Результаты записывают в таблицу, аналогичную в предыдущей работе. Рассчи-

тывают нормальную концентрацию и титр щелочи, а также массу NаОН в 100.0

мл анализируемого раствора по вышеприведенным формулам (раздел 3.1).

3.3.4. Лабораторная работа

Определение кислотности квашеных овощей

При квашении овощей происходит молочнокислое брожение, в результа-

те которого образуется молочная кислота . Она является кон-

сервантом и обеспечивает длительную сохранность овощей, а также придает им специфический кислый вкус.

99

Определение кислотности квашеных овощей сводится к титрованию их рассолов щелочью. Выражают кислотность в процентах молочной кислоты,

которые показывают, сколько г молочной кислоты содержится в 100 г рассола.

Например, реализуемая квашеная капуста должна иметь кислотность в зави-

симости от времени хранения от 0.7 до 2.4%

Методика эксперимента

В колбу для титрования наливают пипеткой 10.00 мл рассола, 3-5 капель фенолфталеина и оттитровывают раствором щелочи до появления устойчивой розовой окраски. Расчет кислотности рассола проводят по формуле:

(3.17);

где Х – кислотность рассола в % молочной кислоты;

V(NaOH) – объем щелочи, пошедшей на титрование аликвоты рассола (мл),

пересчитанный на концентрацию С (NaOH) = 0.1000 моль/л, по формуле

V(NaOH) = С (NaOH)практ ∙ V(NaOH)практ / 0.1000 ;

K – коэффициент пересчета на молочную кислоту, равный 0.00900 ; Vраствора – объем рассола, взятый для титрования (мл).

3.3.5. Уровень требований по теме

«Метод нейтрализации»

В результате изучения темы «Метод нейтрализации» студент должен:

знать: сущность метода нейтрализации, типы кривых титрования, поня-

тие о точке эквивалентности, теорию кислотно-основных индикаторов, правила выбора индикаторов кислотно-основного титрования;

уметь: готовить первичные и вторичные стандартные растворы, прово-

дить стандартизацию растворов, собирать титровальную установку, правильно проводить титрование; рассчитывать нормальную концентрацию анализируе-

мого раствора и его титр двумя способами;

100