Розрахунки в титриметрії
Як вже зазначалось за принципом виконання титрування розрізняють пряме і непряме титрування.
Методика прямого титрування і обчислення за результатами прямого титрування:
Ø Піпеткою відбирають точний об'єм досліджуваного розчину (V, см3), переносять його в конічну колбу для титрування (рисунок 7.1 а) і добавляють 2-3 краплі правильно вибраного індикатору;
Ø Бюретку закріплюють на штативі (рисунок 7.2), наповнюють її робочим розчином (титрантом), який повністю реагує з досліджуваною речовиною;
Ø Повільно титрують досліджуваний розчин, тобто добавляють з бюретки титрант краплями при постійному перемішуванні до зміни забарвлення індикатора;
Ø Відмічають точний об'єм титранту (VT), витраченого на взаємодію з досліджуваним розчином. Для обчислень завжди беруть середнє значення об'єму з трьох повторних титрувань, розходження між якими не повинно перевищувати 0,1 см3.
1 – штатив; 2 – бюретка; 3 – колба конічна з розчином Рисунок 7.2 – Установка для проведення титрування |
Усі обчислення в титриметричному аналізі проводять на основі закону еквівалентів: СН1×V1= CН2×V2, де СН1 і CН2 та V1 і V2 – молярна концентрація еквіваленту та об’єм розчинів 1 і 2 відповідно.
За результатами титрування можна обчислити:
– молярну концентрацію еквіваленту (Сн) досліджуваного розчину і його титр (Т);
– масу речовини в досліджуваному розчині;
– масову частку чистої речовини в суміші або розчині.
Обчислення молярної концентрації еквівалента досліджуваного розчину і його титру.
Приклад 1.На титрування 20 см3 досліджуваного розчину кислоти витрачено 10 см3 розчину лугу (титранту) з Сн = 0,5. Чому дорівнює молярна концентрація еквіваленту кислоти?
Розв’язування: Згідно закону Ріхтера (закону еквівалентів) можна записати:
Сн(лугу) × V(лугу) = Сн(к-та) × V(к-та)
Тоді:
Отже молярна концентрація еквіваленту досліджуваного розчину кислоти 0,25 моль/л.
Приклад 2.Обчислити титр розчину HCl з Сн = 0,25.
Розв’язування: В 1 л розчину з Сн = 0,25 моль/л міститься 0,25 моль, тобто 0,25 моль × 36, 5 г/моль = 9,125 г HCl.
Звідки:
Обчислення маси речовини у досліджуваному розчині.
Якщо на титрування досліджуваного розчину витрачено V, л титранту з молярною концентрацією еквівалента Сн (моль/л), то масу досліджуваної речовини (m, г) в цьому об'ємі розчину обчислюють за виразом т = СVМекв., де Мекв. – молярна маса еквівалента речовини, г/моль.
Приклад.Обчислити масу сульфатної кислоти, що міститься у 200 см3 досліджуваного розчину, якщо титруванням встановлено, що молярна концентрація еквіваленту сульфатної кислоти дорівнює 0,25 моль/л.
Розв’язування: Об’єм 200 см3 = 0,2 л. Молярна маса еквіваленту сульфатної кислоти Мекв. = М/2 = 98 г/моль/2 = 49 г/моль. Маємо:
m = 0,25моль/л×0,2л×49 г/моль = 2,45 г.
Обчислення масової частки (%) чистої речовини в технічному препараті.
Приклад. 20 г технічного КОН розчинили у 1л води. На титрування 200 см3 приготованого розчину витратили 100 см3 хлоридної кислоти з Сн = 0,2 моль/л. Обчислити масову частку КОН у технічному препараті.
Розв’язування:Розрахуємо Сн КОН. Сн КОН = (СнHCl×VHCl)/VКОН.
Сн КОН = (0,2 моль/л×0,1 л)/0,2л = 0,1 моль/л. Тоді маса КОН у розчині складає:
т = СVМекв., де Мекв.КОН = МКОН/1= 56 г/моль.
т КОН = 0,1 моль/л × 1л × 56 г/моль = 5,6 г.
Масова частка (w,%) КОН у вихідному препараті скаладє:
w=5,6 г/20 г×100%. = 28%.
Методика непрямого (зворотного) титрування. Обчислення за результатами непрямого титрування:
Непряме титрування можна проводити методом заміщення або методом залишків.
Метод залишків полягає у тому, що до досліджуваного розчину з невідомою концентрацією Снх, добавляють відміряну кількість титрованого розчину реактиву (тобто реактиву з точно відомою концентрацією Сн), узятого у надлишку проти кількості досліджуваної речовини. Після цього титрують надлишок цього реактиву відповідним робочим розчином.
Якщо об'єм першого титрованого (робочого) розчину реактиву, узятого у надлишку, дорівнює V1 (см3), його молярна концентрація еквівалента Сн1 (моль/л), а другого робочого розчину, витраченого на титрування надлишку першого розчину, дорівнює V2 (см3) з концентрацією Сн2 (моль/л), то добуток V1∙Сн1, дорівнюватиме кількості речовини еквівалентів першого титрованого розчину (ммоль), а V2 Сн2 – кількості речовини еквівалентів другого робочого розчину, витраченого на зворотне титрування. Отже, різниця V1∙Сн1 – V2∙Сн2 дорівнює кількості речовини еквівалентів першого розчину, що прореагував із досліджуваною речовиною. Помноживши цю різницю на молярну масу еквівалента досліджуваної речовини, обчислюють її масу (мг) у взятому для аналізу об'ємі розчину V (см3):
m = Мекв.( Сн1V1 – Сн2V2 ), мг.
Можна обчислити також молярну концентрацію еквівалента досліджуваного розчину Сх, якщо відомий об'єм V:
Сх=.( Сн1V1 – Сн2V2 )/ Vx, моль/л.
Наприклад, для визначення вмісту СаСО3 у вапняку застосовувати пряме титрування незручно, тому, що СаСО3 реагує з хлоридною кислотою дуже повільно. У цьому випадку застосовують метод залишків. До наважки проби вапняку добавляють зайву кількість (V1, см3) титрованого розчину хлоридної кислоти (перший робочий розчин, Сн1). Після повного розчинення СаСО3 надлишок введеної хлоридної кислоти титрують розчином їдкого лугу (другий робочий розчин Сн2) і фіксують об’єм лугу витраченого на титрування, V2, см3:
СаСО3 + 2HCl = H2CO3 + CaCl2 (перше титрування)
HCl + NaOH = NaCl + H2O (друге титрування).
Зазначимо, що вибір методики прямого або зворотного титрування зумовлений швидкістю і повнотою взаємодії досліджуваної речовини з титрантом.
Метод заміщення. Принцип методу заміщення полягає у тому, що визначуваний йон заміщують еквівалентною кількістю іншого йону або елементу, які вже можна визначити прямим титруванням.
Наприклад, відомо, що йони кальцію в розчинах не здатні до окисно-відновних реакцій. Тому для їх визначення не застосовують прямих методів титрування окисниками чи відновниками. Методом заміщення можна визначити йони кальцію, користуючись тим, що вони дають у певних умовах нерозчинний осад з йонами С2О42–. Йони С2О42– у свою чергу легко окислюються робочим розчином калію перманганату.
Спочатку йони Кальцію осаджують надлишком розчину амоній оксалату:
Са2+ + (NH4)2C2O4 = CаС2О4 + 2 NH4+
Осад кальцій оксалату відфільтровують, промивають водою і розчиняють у сульфатній кислоті: CаС2О4 + H2SO4 = CаSO4 + H2С2О4.
З рівняння видно, що в розчин переходить оксалатна кислота, кількість якої еквівалентна кількості йонів Кальцію, що містяться в досліджуваному розчині. Оксалатну кислоту потім титрують робочим розчином калій перманганату:
5 H2С2О4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O
Кількість витраченого на титрування розчину KMnO4 еквівалентна кількості оксалатної кислоти, а кількість останньої в свою чергу еквівалентна кількості йонів Кальцію. Маючи це на увазі, легко обчислити масу йонів Кальцію: , г (– молярна концентрація еквіваленту розчину калій перманганату, моль/л; – об’єм розчину KMnO4, витраченого на титрування, см3; – молярна маса еквіваленту йонів Кальцію, г/моль.