Кислотно-основное титрование

Задачи

1. Какую навеску пирита, содержащего около 30% серы нужно взять для анализа, чтобы получить 0,3 г осадка BaSO₄?

2. Вычислить фактор пересчета, если при определении мышьяка сначала осадили As₂S₃, затем окислили серу до SO₄^2-, осадили сульфат хлоридом бария и взвесили BaSO₄?

3. Какую навеску Fe₃O₄ следует взять для получения 1,0 г Fe₂O₃?

4. Определение содержания серы выполняют по схеме S®H₂S®CdS®CuS®CuO. Вычислить фактор пересчета для определения S по CuO.

5. Вычислить фактор пересчета для определения HF, если анализ выполняли по схеме: HF®CaF₂®CaSO₄.

6. Для определения сульфата в растворе Fe₂(SO₄)₃ осадили Fe(OH)₃ и после прокаливания осадка получили гравиметрическую форму Fe₂O₃. Вычислить фактор пересчета.

7. Вычислить фактор пересчета для определения P₂O₅, если анализ выполняли по схеме: P₂O₅®PO₄^3–®(NH₄)₃PO₄×12MoO₃®PbMoO₄.

8. Вычислить фактор пересчета для определения калия, если после осаждения его в виде K₂PtCl₆ получена гравиметрическая форма платины.

9. Вычислить фактор пересчета для определения тиосульфата натрия, если после окисления и осаждения получена гравиметрическая форма BaSO₄.

10. Вычислить фактор пересчета для определения CaO, если анализ выполняли по схеме: CaO®Ca₃(PO₄)₂®Mg₂P₂O₇.

11. Вычислить фактор пересчета для определения NH₃ по хлорплатинатному методу, при котором гравиметрической формой является металлическая платина (NH₃®(NH₄)₂PtCl₆®Pt).

12. Сколько вещества, содержащего около 50% железа, следует взять для анализа, чтобы масса прокаленного осадка Fe₂O₃ была 0,1 г?

13. Анализ карбида кальция выполняли по схеме CaC₂®H₂C₂®Ag₂C₂®AgCl. Вычислить фактор пересчета для определения CaC₂.

14. Смесь бромида и иодида серебра содержит по массе 55,25 % серебра. Вычислить процентное содержание каждой соли в смеси.

15. Рассчитать навеску вещества, содержащего около 1% K₂SO₄ и 3% KCl, необходимую для получения 0,2 г осадка KClO₄.

16. При анализе 0,6528 г вещества получили 0,2825 г смеси сульфатов калия и магния. Масса Mg₂P₂O₇, выделенного из этой смеси, составила 0,1536 г. Вычислить процентное содержание оксидов калия и магния в анализируемом веществе.

17. Из навески 1,0000 г силикатной породы получили смесь солей NaCl и KCl общей массой 0,1015 г. Из этой смеси получили осадок K₂PtCl₆ 0,2040 г. Вычислить процентное содержание Na₂O и K₂O в силикате.

18. Сульфат алюминия содержит около 88% Al₂(SO₄)₃×18H₂O. Рассчитать навеску, необходимую для определения алюминия в виде Al₂O₃, если масса Al₂O₃ 0,1 г.

19. Какой объем 0,1 М AgNO₃ потребуется для осаждения хлора из 1,0 г смеси, содержащей одинаковые массы BaCl₂×2H₂O и NaCl, если осадитель добавляется в стехиометрическом соотношении?

20. Вычислить потери Са (г и %) за счет растворимости осадка СаС₂O₄, если к 20 мл раствора, содержащего 0.1 г кальция, прибавили 35 мл 0,25 М (NH₄)₂C₂O₄.

21. Сколько процентов составят потери за счет растворимости AgCl при осаждении 0,15 г хлорида эквивалентным количеством нитрата серебра в 1 л раствора?

22. Сколько миллилитров 0,1 н. (NH₄)₂SO₄ нужно прибавить к 300 мл воды, чтобы при промывании осадка 0,5 г BaSO₄ этим раствором потери за счет растворимости не превышали 0,01%?

23. Сколько миллилитров 25%-ного NH₃ нужно добавить к 150 мл промывной жидкости, чтобы при промывании осадка MgNH₄PO₄ потери за счет растворимости составили не более 0,0001 г MgO?

24. Вычислить потери PbSO₄ (г и %) за счет растворимости осадка, полученного при добавлении к 20 мл 0,1 М Pb(NO₃)₂ и полуторного избытка 0,1 М H₂SO₄

25. Сколько миллилитров 0,1 М (NH₄)₂CO₄ необходимо для осаждения кальция и стронция из 200 мл раствора, содержащего в 1 л 0,555 г СаСl₂ и 0,317 г SrCl₂, если осадитель добавляют в стехиометрическом количестве?

Пример 1. Какую навеску негашеной извести, содержащей 90% СаО и 10% индифферентных примесей, требуется взять для анализа, чтобы на ее нейтрализацию израсходовать 20,00 мл раствора HCl с титром по СаО 0,009000 г/мл?

Решение. Масса СаО соответствующая указанному объему титранта будет равна m (CaO)= T (HCl/CaO)× V (HCl)=0.009000×20=0.18 г. Отсюда для массы навески имеем 0.18/0.9=0.2 г.

Пример 2. Навеска хлорида аммония обработали избытком щелочи. Выделившийся аммиак поглощен 50,00 мл 0,5120 М HCl и полученный раствор разбавлен до 250,0 мл. На титрование 50.00 полученного раствора израсходовано 25,73 мл 0,04870 M KOH. Какова масса NH₃, содержащегося в хлориде аммония.

Решение. Число молей НСl, введенное с исходным раствором кислоты, составит n₁=c_HCl×V_HCl=0,05000×0,5120=0.02560. С учетом разбавления этого раствора до 250 мл (V_t) найдем число молей НСl, взятое для анализа (п₂)

n ₂= n ₁× V_al / V_t =0.02560×50,00/250=,0.005120

где V_al - объем разбавленного раствора НСl, взятый для анализа.

Число молей КОН (п₃), израсходованное на титрование избытка кислоты, определим из формулы n ₃= c _KOH V _KOH=0,04870×25,73=

Очевидно, число молей аммиака, содержащегося в аликвотной части раствора п₄=п₂-n₃. Отсюда m _NH3= n ₄× V_t × M (NH₃)/ V_al =0,3293 г

Пример 3. Постройте кривую титрования 25,00 мл 0,1000 М раствора малеиновой кислоты 0,1000 М раствором гидроксида натрия.

Решение. Значение рН раствора малеиновой кислоты до начала титрований, было вычислено ранее (см. пример выше); рН=1,54.

Вычисление рН до первой точки эквивалентности. После прибавления раствора щелочи неоттитрованная малеиновая кислота H₂M и сопряженное основание НМ^- образуют буферный раствор. Учитывая, что по первой ступени диссоциации малеиновая кислота является кислотой средней силы, расчет следует вести по уравнению:

.

После преобразования этого выражения имеем:

.

Например, после добавления 5 мл раствора NaOH и подстановки в приведенное выше выражение получаем квадратное уравнение

[H₃O⁺]²+2.87×10^-2[H₃O⁺]-8.00×10^-4=0,

решением которого будет [Н₃О⁺]=1,74×10^-2 М, рН=1,7б.

Аналогичным образом вычисляют рН во всех точках первой буферной области.

Первая точка эквивалентности. В первой точке эквивалентности имеем раствор амфолита HM^- и расчет следует вести с помощью выражения

Ясно, что числитель в этом уравнении можно упростить. С другой стороны, концентрация НМ^- сравнима с величиной K_a1 поэтому

рН=4,12.

Вторая буферная область. Дальнейшее прибавление щелочи приводит к образованию нового буферного раствора, состоящего из неоттитрованной кислоты НМ^- и сопряженного с ней основания М^2-. Если основание добавлено в количестве, достаточном для того, чтобы пренебречь реакцией взаимодействия НМ^- с водой с образованием ОН^- (несколько десятых долей миллилитра), рН смеси легко вычислить из К_a2. Для примера вычислим рН после прибавления 25,50 мл раствора NaOH:

Предположение, что [Н₃О⁺] и [ОН^-] малы в сравнении с обеими общими концентрациями, оказалось справедливым, поэтому рН=4,54.

Вторая точка эквивалентности. После прибавления 50,00 мл 0,1000 М раствора NaOH к 25,00 мл 0,1000 М раствора Н₂М получим 0,0333 М раствор Na₂M. Доминирующим равновесием в этой системе является реакция взаимодействия М^2- с водой, и только оно должно быть принято во внимание. Таким образом,

М^2-+Н₂ОÛОН^-+НМ^-,

Поскольку K_b1=K_w/K_a2=1.68×10^-8 относительно мала, значение во второй точке эквивалентности можно найти по упрощенной формуле

,

рН=14,00-lg(2,36×10^-8)=9,37.

Вычисление рН за второй точкой эквивалентности. При дальнейшем прибавлении щелочи диссоциация М^2- будет подавлена, поэтому рН раствора рассчитывают по избытку прибавленного титранта.

Пример 4. Раствор содержит одно или несколько из следующих веществ: Na₂CO₃, NаHCO₃, NaOH. На титрование 50,0 мл раствора в присутствии фенолфталеина затратили 22,1 мл 0,100 н. НСl. Вторую порцию раствора объемом 50,0 мл оттитровали в присутствии бромкрезолового зеленого, причем вблизи второй точки эквивалентности раствор прокипятили для удаления CO₂. На титрование пошло точно 48,4 мл НСl. Каков состав исходного раствора?

Решение. Если бы раствор содержал только NaOH, на его титрование с любым индикатором были бы затрачены одинаковые объемы кислоты (т.е. Vфф = Vбк). В действительности, однако, на второе титрование пошло 48,4 мл. Поскольку на первое титрование израсходовано меньше половины этого объема, раствор кроме Na₂CO₃ должен содержать некоторое количество NaHCO₃. Теперь мы можем рассчитать концентрации обоих компонентов. В момент достижения рН перехода окраски фенолфталеина первоначально присутствовавший в растворе СО₃^2- превращается в НСО₃^-. Поэтому

n (Na₂CO₃)=22,1×0.100/1000=2,21×10^-3.

На титрование от точки перехода окраски фенолфталеина до точки перехода окраски бромкрезолового зеленого пошло 48,4—22,1=26,3 мл НС1. Этим количеством кислоты оттитровывается как первоначально присутствовавший бикарбонат, так и бикарбонат, образовавшийся из карбоната. Следовательно,

n (NaHCO₃)- n (Na₂CO₃)=26,3×0,100/1000.

Отсюда

n (NaHCO₃) =(2,63-2,21)×10^-3=4.2×10^-4.

Из этих данных легко рассчитать молярные концентрации:

c _Na2CO3=2.21/50=0.0442 ммоль/мл,

c _NaHCO3=0,42/50=0.0084 ммоль/мл.

Пример 5. Для определения постоянной жесткости воды к 100 мл воды прибавили 30,00 мл раствора Nа₂СО₃ (T(Na₂CO₃/CaO)=0,001025), полученную смесь выпарили досуха и сухой остаток растворили в дистиллированной воде. На титрование фильтрата израсходовано 25,00 мл НСl (Т _НС1/СаО=0,000812). Сколько миллиграммов СаО в 1 л воды?

Решение. Масса СаО (в мг), содержащаяся в 100 мл воды, взятой для анализа, находим как разность:

m ¢=(T (Na₂CO₃/CaO)× V (Na₂CO₃)- T (HCl/CaO)× V (HCl))×1000

Отсюда содержание СаО (мг) на 1 л воды составит

m = m ¢×1000/100=104,5 мг

Пример 6. Чему равна индикаторная ошибка титрования 0.1 M HCl 0,1 M раствором NaOH с метиловым красным (рТ=5.1)?

Решение. Поскольку титрование закончится при рН 5,1, то сильная кислота в растворе будет недотитрована и

Относительная погрешность титрования будет равна

Ошибка мала, поэтому для титрования пригоден индикатор метиловый красный.

Пример 7. Можно ли оттитровать 0,02 M NаОН 0,02 M раствором НСl с: а) фенолфталеином (рТ=9); б) метиловым оранжевым (рТ=4)

Решение. а) Точка эквивалентности достигается в этом случае при рН=7. По окончании титрования (рН=9) в растворе еще имеется неоттитрованная сильная щелочь, поэтому относительную индикаторную погрешность следует рассчитывать по формуле

Поскольку V₀»V_ep»V_e, из приведенного уравнения имеем e_r»-10^-3. Следовательно, индикатор вполне пригоден для титрования.

6) В этом случае титрование заканчивается при наличии в растворе избытка сильной кислоты (рН=4), т. е. раствор будет перетитрован:

или e_r»10^-2

Большая ошибка не позволяет использовать индикатор метиловый оранжевый в данном титровании.

Пример 8. Вычислить ошибку титрования 0,1 М этаноламина 0,1 М раствором НСl с: а) метиловым красным (рТ=5); б) фенолфталеином (рТ=9).

Решение. В этой задаче применим общий подход для нахождения индикаторной погрешности титрования.

Согласно принципу электронейтральности,

[H⁺]+[RNH₃⁺]=[Cl^-]+[OH^-].

Концентрацию иона RNH₃⁺ в любой момент титрования можно рассчитать по уравнению

,

где K_a - константа диссоциации RNH₃⁺ (K_a = K_w / K_b, K_b =1,8×10^-5).

Концентрация Cl^- будет равна

Подставим значения указанных концентраций в уравнение электронейтральности

Преобразуя данное уравнение, для относительной индикаторной погрешности имеем

.

а) При использовании метилового красного титрование заканчивается при рН 5,0. Отсюда e_r =1,4×10^-4 (0.014%). Так как погрешность положительна раствор несколько перетитрован, однако погрешность мала и индикатор метиловый красный пригоден для титрования

б) При титровании с фенолфталеином титрование заканчивается при рН 9. Относительная погрешность титрования в этом случае будет следующей: e_r = -3.6×10^-1 (36%). Из этого значения погрешности следует, что значительная часть первоначально взятого амина остается неоттитрованной. Следовательно, индикатор фенолфталеин непригоден для данного титрования.

Дата добавления: 2015-06-25