Сущность, особенности и методы титриметрического анализа

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ (ОБЪЕМНЫЙ) АНАЛИЗ

Лекция 9

Вычисления в гравиметрическом анализе

Выше были рассмотрены вычисления величины навески, коли­чества осадителя, содержания серебра в нитрате серебра. Как вид­но из этих расчетов, для определения содержания той или иной со­ставной части анализируемого вещества, необходимо знать величину навески этого вещества, массу полученного осадка и его химическую формулу. Обычно результаты определений массы выражают в про­центах от исходного вещества.

Часто при определениях массы веществ для вычислений в гравиметрическом анализе используют факторы пересчета, или аналитические множители. Аналитический множитель представляет собой отношение моле­кулярной (атомной) массы определяемого вещества (элемента) к молекулярной массе осадка (весовой формы). В расчетах обычно участвуют величины переменные и постоянные. К первым относят­ся, например, масса навески, масса осадка; ко вторым - атомные и молекулярные массы, не зависящие ни от условий задачи, ни от условий опыта. Отношение постоянных величин есть тоже величина постоянная, которую можно вычислить заранее и заменить ею отношение постоянных величин. Конечно, величина фактора пересче­та остается постоянной только при условии, если не изменяются ни весовая форма, ни определяемое вещество. Так, например, при определении бария гравиметрическим методом в виде сульфата бария аналитический множитель равен:

f =	ABa	=	137,40	= 0,5887
MВaSO4	233,40

где А — атомная масса бария, М — молекулярная масса сульфата бария. Пользуясь аналитическими факторами, производят вычисле­ния по готовым формулам. Например, для вычисления содержания составной части в веществе в процентах используют формулу:

p · f	· 100 %
q

где q — навеска исследуемого вещества, р — масса прокаленного осадка. Тогда процентное содержание бария в хлориде бария BaCl₂ · 2H₂O определится:

% Ba =	p · f	· 100 =	0,4665 · 0,5887	· 100 = 56,14
q	0,4888

1 Сущность, особенности и методы титриметрического анализа

2 Выражение концентрации растворов в титриметрическом анализе

3 Приготовление исходных и рабочих титрованных растворов

4 Вычисления в титриметрическом анализе

Титриметрический анализ имеет ряд преимуществ перед гравиметрическим методом, а именно: скорость выполнения определений, относительную простоту операций, достаточную точность получаемых результатов. Указанные положения ставят титриметрические методы анализа на одно из первых мест в лабораторной практике химических, пищевых, металлургических и дру­гих производств. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов как определяемого вещества, так и реагента, который применяется при данном определении.

Сущность его определяется следующим примером: даны два раствора - первый раствор соляной кислоты, содержащий 0,03604 г в 1 мл, и второй раствор гидроксида натрия неизвестной концентрации. Требуется определить, сколько граммов гидроксида натрия содержится в 20 мл этого раствора. Для этого определенный объем раствора (20 мл) гидроксида натрия наливают в коническую колбу, добавляют 2-3 капли инди­катора метилового оранжевого и начинают прибавлять по каплям из бюретки раствор соляной кислоты, непрерывно перемешивая содержимое колбы. Реакцию нейтрализации ведут до тех пор, пока раствор не приобретет оранжевую окраску. После этого произво­дят отсчет по шкале бюретки и определяют, сколько миллилитров раствора соляной кислоты израсходовалось на нейтрализацию. Рассчитывают содержание гидроксида натрия NaOH. Допустим, что израсходовано 20,70 мл раствора соляной кислоты. Реакция протекала согласно уравнению: NaOH + НС1 ® Н₂О + NaCI

Нам известно, что 1 мл соляной кислоты содержит 0,03604 г НС1, следовательно, в 20,70 мл будет содержаться (20,70 · 0,03604) 0,7467 г HCl.

Зная, что по уравнению реакции на 1 моль НС1 (36,46 г) требует­ся 1 моль гидроксида натрия NaOH (40,00 г), находим количество NaOH:

36,46 г НС1 нейтрализуют 40,00 г NaOH

0,7467 г НС1» х г NaOH

x =	40,00 · 0,7467	= 0,8194 (г)
36,46

Следовательно, в 20 мл раствора гидроксида натрия содержится 0,8191 г NaOH.

Процесс прибавления раствора соляной кислоты к раствору щелочи, а также любого раствора с известной концентрацией к раствору вещества неизвестной концентрации (или наоборот) на­зывают титрованием.

Реакции титриметрических определений должны удовлетворять следующим требованиям:

Момент окончания реакции (точка эквивалентности) должен четко и хорошо определяться. Точка эквивалентности может фик­сироваться или по изменению окраски титруемого раствора, или по изменению физико-химических показателей его (электропро­водность, окислительно-восстановительный потенциал и др.).

Постоянная равновесия проводимой титриметрической реакции должна быть достаточно велика, а константа обратной реакции по возможности мала. Это условие в данном методе имеет особо важное значение, так как в этом случае не имеется возможности смещать равновесие реакции путем добавления избытка реагента.

Скорость аналитической реакции должна быть достаточно вели­ка, чтобы имелась возможность точно фиксировать точку эквива­лентности. При реакциях, имеющих небольшую скорость, весьма трудно, а часто даже невозможно определять конец титрования, вследствие чего раствор будет перетитрован.

При титровании не должны иметь место побочные реакции.

Вещества, мешающие определению точки эквивалентности и протеканию основной реакции, должны отсутствовать.

Область вопросов, которые решаются методами титриметрического анализа, не так уж обширна, но реакции, которые могут быть использованы для этой цели, достаточно многочисленны и разно­образны. Их целесообразно разделить на четыре группы:

Методы кислотно-основного титрования (нейтрализации).

В ос­нову этих методов положены следующие реакции:

Н⁺ + ОН^-®H₂O

H₃O⁺ + ОН^- ® 2H₂O

При использовании методов кислотно-основного титрования точ­ка эквивалентности определяется при помощи индикаторов, кото­рые меняют свою окраску в зависимости от реакции среды (величины рН). Этими методами определяют концентрации кислот, щелочей и солей, гидролизующихся в водных растворах.

Методы окисления-восстановления (редоксиметрия). Данная группа методов основана на окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают между рабочим раствором и определяемым веществом. К этой группе относятся:

а) перманганатометрия - рабочий раствор КМnO₄ - окисли­тель, при помощи которого определяют Fe²⁺, NO₂^- CNS^- и др.;

б) иодометрия, где в качестве окислителя используют I₂, а в виде восстановителя I^-. Этим способом определяют КМnO₄, MnO₂, Cl₂, Na₂SO₃ и др.;

в) хроматометрия — в виде окислителя применяют рабочий раствор бихромата калия K₂Cr₂O₇;

г) броматометрия - используют в качестве рабочего раствора окислитель - бромат калия КвrО₃;

д) ванадатометрия - рабочим раствором служит раствор ванадата аммония NH₄VO₃;

е) периметрия -окислителем и рабочим раствором являют­ся различные соединения церия Се (IV).

Методы осаждения. Данные методы основаны на реакциях обмена, при которых определяемый элемент (ион) переходит в осадок. Точку эквивалентности устанавливают различными способами. В зависимости от того, какой реагент используют в качестве рабочего раствора, метод получает соответствующее название. Если используют раствор нит­рата серебра AgNO₃, то способ называют аргентометрией, если раствор роданида аммония NH₄CNS — роданометрией, при приме­нении раствора соли ртути (I) — меркурометрией и т. д.

Методы комплексообразования дают возможность определять целый ряд катионов и анионов, которые обладают способностью образовывать малодиссоциированные комплексные ионы. Особый интерес представляют комплексоны, широко используемые в количественном анализе,— комплексен III (трилон Б).

Титрование можно проводить различными способами в зависи­мости от характера проводимых определений:

а) способом прямого титрования, когда определяемый ион непосредственно титруют раствором реагента или наоборот;

б) способом обратного титрования, при котором к анализи­руемому раствору приливают некоторый избыток реагента и этот избыток оттитровывают другим реагентом. Данный способ применя­ют в различных методах титриметрического анализа, в частности в роданометрии;

в) способом замещения, который используют в тех случаях, когда определяемый ион не взаимодействует непосредственно с рабочим раствором, или реагирует с ним в нестехиометрических соотношениях, или же не дает реакции с индикатором. Примером такого способа может служить определение окислителей методом иодометрии.

При любом способе проведения титриметрических определений всегда требуется рабочий титрованный раствор, точное измерение объемов растворов реагирующих веществ, четкое определение точки эквивалентности, правильное вычисление результатов анализа.

Дата добавления: 2015-06-30