Требования к титранту

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Требования к выбору титранта

Поскольку сравнительно немногие химические соединения полностью удовлетворяют всем перечисленным требованиям, выбор веществ для приготовления растворов титрантов ограничен. [c.116]

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ТИТРАНТА [c.315]

Титранты и их стандартизация

Растворы, используемые в кислотно-основном титровании в качестве титрантов, должны отвечать ряду требований:

1) вещество должно быть химически чистым;

2) состав его должен точно соответствовать формуле;

3) вещество должно быть устойчивым при хранении в твердом виде и в растворе;

4) желательно, чтобы вещество имело возможно большую моляр-ную массу.

Если вещества не удовлетворяют перечисленным выше требованиям (например, HCl, H2SO4, NaOH и др.), то производят их стандартизацию.

В ацидиметрии основным титрантом является HCl с С( НС1) в интервале от 0,05 до 0,2 моль/л. Приготовить раствор HCl по точной массе исходного вещества весьма затруднительно из-за высокой летучести кислоты, поэтому титрант готовят путем приблизительного разбавления концентрированного раствора HCl с последующей его стандартизацией, которую проводят следующим образом:

2) проводят реакции между стандартным раствором и раствором HCl:

3) по уравнению (3) рассчитывают точную концентрацию раствора HCl.

В алкалиметрииосновными титрантами являются NaOH и КОН. Их также нельзя приготовить по точной массе (навеске) вещества, так как щелочи взаимодействуют с СО2 и загрязнены примесями К2СО3 и Na2CO3. В данном случае титрант готовят путем разбавления концентрированного (

50%) раствора щелочи. Такой способ позволяет избавиться от примесей К2СО3 и Na2CO3, так как они малорастворимы в концентрированных растворах щелочей и удаляются из раствора в виде осадка. После разбавления полученный раствор стандартизуют, используя в качестве первичного стандарта раствор Н2С2О4×2H2O с заданной концентрацией:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

2.1.Титриметрический метод анализа.

Титриметрия или титриметрические методы количественного анализа основаны на точном измерении объема раствора реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Раствор реактива (титрант, рабочий раствор) должен при этом иметь точную концентрацию, обеспеченную условиями приготовления раствора (рабочий раствор с приготовленным титром) или установленную по другому раствору с точно известной концентрацией (рабочий раствор с установленным титром).

Титр — способ выражения концентрации раствора, определивший название метода, и показывающий массу растворенного вещества в граммах в 1 см 3 (или 1 мл) раствора. Процесс постепенного добавления титранта к раствору определяемого вещества называют титрованием. При титровании наступает момент, когда рабочий раствор В и определяемое вещество А прореагируют между собой в эквивалентных количествах, т.е. в строгом соответствии со стехиометрией реакции. В таком случае справедлив закон эквивалентов, составляющий основу расчетов в титриметрии:

При титровании важно зафиксировать конец реакции, называемый точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ). Для экспериментального установления конечной точки титрования (КТТ), по возможности наиболее близкой к теоретической ТЭ, используют изменение окраски индикатора или какого-либо физического свойства раствора.

К химической реакции титрования предъявляются следующие требования:

1) строгая стехиометричность, отсутствие побочных реакций;

2) высокая скорость;

3) практическая необратимость (Кр > 10 7 ), обеспечивающая количественное превращение реагирующих веществ в продукты реакции;

4) наличие подходящего индикатора или другого способа фиксирования ТЭ.

В титриметрии используют точную мерную посуду: мерные колбы — для приготовления растворов; пипетки — для точного измерения определенного объема раствора при перенесении в другой сосуд

Пипетки: градуированная и простая

Пипетки-дозаторы: а) унипипетка и б) варипипетка

и бюретки — для измерения объема титранта

Бюретки: а) с зажимом Мора, б) со стеклянным затвором-шариком, в) со стеклянным краном

Микробюретки: а) с прямым краном и б) с боковым краном.

Титриметрические методы характеризуются быстротой анализа, простотой оборудования, возможностью автоматизации определения. Чувствительность индикаторных методов титриметрии составляет 10 -3 -10 -4 моль/л, относительная погрешность более 0,1 %.

Классификация титриметрических методов анализа

Методы титрования. В титриметрии используют реакции всех типов — с переносом протона, электрона, электронной пары, процессы осаждения. В соответствии с типом реакции (видом химического равновесия) титриметрические методы разделяют на 4 группы, в каждой из которых выделяют отдельные группы по названию применяемых титрантов.

Приемы титрования. Различают прямое, обратное и титрование заместителя.

При прямом титровании титрант В непосредственно добавляют из бюретки к титруемому веществу А. Прием используют только при выполнении требований к реакции титрования. В случае их невыполнения или в практических целях используют прием обратного титрования, для осуществления которого необходимы два рабочих раствора титрант В1 и титрант В2. Первый добавляется к определяемому веществу А в избытке для доведения реакции до конца, а остаток В1 оттитровывается титрантом В2 для определения непрореагировавшего титранта В1. В этом случае n(А) рассчитывается по разности эквивалентных количеств двух рабочих растворов:

Пример. Ион NH4 + , являющийся в воде очень слабой (Ка=5,68*10 -10 ) кислотой, нельзя оттитровать рабочим раствором NaOH приемом прямого титрования из-за высокой обратимости реакции. Поэтому, к пробе, содержащей соль аммония, добавляют определенный объем титрованного раствора NaOH (В1), обеспечивающий избыточное количество щелочи по отношению к ионам аммония, после чего удаляют аммиак и избыток NaOH титруют рабочим раствором НСl (B2), т.е. последовательно выполняются две реакции:

Смотрите так же:  Штраф по ст 5.35 коап

Титрование заместителя используют при отсутствии подходящего индикатора, при несоблюдении стехиометричности, при медленном протекании реакции и др. В этом случае к определенному объему А добавляют избыток вспомогательного реагента, стехиометрически взаимодействующего с веществом А, а получающийся в эквивалентном количестве продукт реакции оттитровывают рабочим раствором В. Закон эквивалентов при титровании заместителя имеет выражение, как при прямом титровании:

Например, для определения соли аммония проводят реакцию с формальдегидом:

Выделившееся эквивалентное количество ионов H + (заместителей NH4 + ) оттитровывают рабочим раствором NaOH.

n(NH4 + ) = n(NaOH) Способы титрования. При проведении параллельных определений, используют способ отдельных навесок или способ пипетирования (аликвот). В способе пипетирования пробу (навеску или объем), содержащую определяемое вещество А, переводят в мерную колбу вместимостью Vм.к., а на титрование отбирают пипеткой равные объемы Vп — аликвоты. В способе отдельных навесок пробу помещают в колбу для титрования (навеску растворяют) и проводят титрование, точно измеряя при этом объем израсходованного титранта VВ. Способ пипетирования является более экспрессным и менее трудоемким, но и менее точным, чем метод отдельных навесок. Расчетные формулы для разных приемов и способов титрования приведены в табл. 4.

Способы выражения концентрации растворов в титриметрии

Все расчеты в титриметрии связаны с законом эквивалентов и понятием эквивалент. Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества, которая в данной реакции равноценна (эквивалентна) одному иону водорода или одному электрону. Например, эквивалент NaOH, НСl, NaCl — реальная частица, соответствующая молекуле этих веществ. Эквивалент Н3PO4 , в зависимости от числа участвующих в реакции протонов, может представлять реальную молекулу Н3PO4 и условную часть молекулы: 1/2Н3PO4 или 1/3Н3PO4. Дробь, показывающую, какая часть молекулы или иона является эквивалентом, называют фактором эквивалентности fэкв. Фактор эквивалентности рассчитывают на основе стехиометрии реакции. Число, показывающее, сколько эквивалентов содержится в молекуле, называют числом эквивалентности и обозначают z * : fэкв = 1/z * . Молярная масса эквивалента вещества — это масса одного моля эквивалента этого вещества, равная произведе-нию фактора эквивалентности на молярную массу вещества. На-пример, для вещества В:

Молярная масса эквивалента вещества может быть различной, в зависимости от протекающей реакции с его участием.

Условные обозначения и размерности концентрации. В титриметрии обычно используют следующие способы выражения концентрации:

с(В) — молярная концентрация раствора вещества В, моль/л (или моль/дм 3 );

с(fэквВ) — молярная концентрация эквивалента вещества В, моль/л (моль/дм 3 ). с(fэквВ) = n(fэквВ)/V(B),

где V(B) — объем раствора (л), содержащего n молей эквивалентов B. Соответствует старому названию «нормальная концентрация».

Не рекомендуется использовать термины «молярность» и «нормальность» раствора. Разрешаются сокращенные обозначения, например 0,025 М H2SO4 — 0,025 молярный раствор H2SO4, т.е. в одном литре раствора содержится 0,025 моль вещества H2SO4. Можно представлять концентрацию и таким образом: 0,050 н. H2SO4 — 0,050 нормальный раствор H2SO4, т.е. в одном литре раствора содержится 0,050 моль эквивалента вещества H2SO4.

Т(В) — титр раствора вещества В, г/мл (г/см 3 ) – показывает массу вещества В в одном миллилитре раствора:

Т(В/A) — титр рабочего раствора В по определяемому веществу А, г/мл – показывает, какая масса вещества А эквивалентна одному миллилитру рабочего раствора В. Например, Т(KMnO4/Fe) = 0,001396 г/мл означает, что 1 мл такого раствора KMnO4 эквивалентен (оттитровывает) 0,001396 г Fe.

Такой способ выражения концентрации удобен при серийных анализах, поскольку:

От одного способа выражения концентрации можно перейти к другому:

Пример. Из 2,500 г Na2CO3 приготовлено в мерной колбе 500 мл раствора. Вычислить для этого раствора: а) Т(Na2CO3), б) молярную концентрацию, в) молярную концентрацию эквивалента Na2CO3, если предполагается титрование приготовленного раствора рабочим раствором НСl с индикатором метиловым оранжевым, г) определить молярную концентрацию НСl и Т(НСl/Na2CO3), если на титрование 25,00 мл раствора соды израсходовано 23,35 мл раствора НСl.

в) реакция Na2CO3 с HCl при титровании с метиловым оранжевым протекает до Na2CO3, т.е. с участием двух эквивалентов карбоната натрия:

Поскольку с(fэквВ) = Т(В/A)*1000/М(fэкв(А)А),

В анализе чаще всего пользуются рабочими растворами с концентрациями 0,005 — 0,1 моль/л. Не применяются 1 М растворы, так как в этом случае велика капельная ошибка титрования, т. е. ошибка при добавлении одной лишней капли титранта. Удобство использования в титриметрии с(fэквВ) — связано с тем, что при одинаковых концентрациях растворов веществ А и В реакции идут между равными их объемами согласно закону эквивалентов n(A) = n(B) или: с(fэквВ)*V(B) = с(fэквА)*V(А).

Выражение закона в устаревших обозначениях:

Указания к оформлению работ

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1) дату, название работы;

2) краткое описание метода, приема и способа титрования;

3) сущность методики с обязательным приведением всех уравнений реакций и указанием условий анализа;

4) цифровой материал для расчетов (привести используемые объемы мерных колб, пипеток; навески веществ, необходимые значения молярных масс или молярных масс эквивалентов; полученные экспериментальные данные параллельных измерений объемов титранта);

5) расчетные формулы и результаты расчетов согласно заданию лабораторной работы;

6) результаты расчетов абсолютной и относительной погрешностей – при анализе контрольных образцов;

7) оценку воспроизводимости (сходимости) результата выборочной совокупности и границ доверительного интервала.

Титранты, их приготовление и стандартизация

Реагент, добавляемый к анализируемому веществу (раствору), называют титрантом. Он может быть газообразным, твердым или жидким. Во всех случаях он содержит активное вещество Т в точно известной концентрации, которое принимает участие в реакции титрования.

Смотрите так же:  408 приказ о стерилизации и дезинфекции

Наиболее часто в титриметрическом анализе в качестве титрантов используют растворы точно известной концентрации, называемые стандартными или рабочими. Чтобы подчеркнуть факт и метод установления концентрации, их называют стандартизованными,титрованными, а сам процесс установления (нахождения) концентрации активного агента в растворе — стандартизацией.

Титранты независимо от их агрегатного состояния должны удовлетворять ряду требований. Они должны:

а) легко и быстро приготавливаться;

б) анализироваться простыми и общедоступными методами;

в) растворяться (смешиваться) в необходимых соотношениях с титруемым раствором;

г) быть устойчивыми в течение достаточно длительного времени;

д) обеспечивать возможность необходимого количественного взаимодействия с определяемым компонентом;

е) быть окрашенными.

Состав и природа титрантов не должна изменяться вследствие улетучивания, поглощения или участия в побочной реакции с каким-либо компонентом. Возможность протекания любого из указанных процессов следует принимать во внимание на практике. Так, растворы сильных оснований склонны к поглощению летучих кислотных составляющих (например, СО2, SО2, НС1) окружающей среды. При этом изменяются концентрации и составы растворов, так как в них наряду с основаниями уже присутствуют образовавшиеся соли (карбонаты, сульфиты, хлориды). В некоторых случаях в результате поглощения вредных составляющих атмосферы может происходить полное исчезновение исходных свойств титрантов. Например, это происходит при поглощении кислорода воздуха стандартными растворами сильных восстановителей (например, Ti 3+ , V 2+ , S2O3 2- ), а также при поглощении диоксида углерода из воздуха растворами:

Устойчивость титрантов можно повысить:

а) используя поглотители мешающих веществ. Безводные твердые КОН, ВаО, натронная известь (смесь Са(ОН)2 и NaOH) эффективно поглощают СО2 и Н2О. Такие соединения как, Р2О5,

б) создавая защитный слой на поверхности титранта с помощью инертных газов, жидкостей (гексана, октана, толуола, ксилола, тетрахлорида углерода и т.д.), пленок. Так, влияние кислорода воздуха устраняют, храня растворы в атмосфере аргона, азота, углекислого газа и, реже, водорода; а также под тонкой пленкой жидкости, не смешивающейся с водой;

в) удаляя растворенные газы из растворов титрантов их кипячением, продувкой инертными газами, добавкой дезактивирующих веществ. Эту меру предосторожности обычно применяют в методе редуциметрии, при приготовлении и хранении растворов сильных восстановителей, например, раствора тиосульфата натрия;

г) добавляя консерванты и ингибиторы;

д) приготавливая раствор титранта непосредственно перед использованием из веществ или растворов отдельных составляющих в определенных (оптимальных) соотношениях.

Титрантами в методе протолитометрии служат растворы устойчивых сильных кислот и оснований; в комплексонометрии — растворы некоторых полидентатных лигандов. Желательно, чтобы стандартный раствор имел собственную окраску, которая бы исчезала или изменялась в ходе титрования. Выполнение этого требования значительно облегчает и делает более правильным титриметрическое определение, особенно органических веществ. Именно это является одной из причин широкого использования растворов йода, перманганата калия, красителей в качестве титрантов. Наиболее значительна роль окрашенных реагентов в редоксиметрии и реакциях титрования, связанных с образованием ионных ассоциатов. Применение окрашенных титрантов делает нецелесообразным использование специальных цветных индикаторов и тем самым исключает погрешность, связанную с их применением.

Концентрация титрантов, используемых обычно в титриметрическом анализе, составляет от п· 10 -2 до 1моль/л. Возможность и целесообразность использования той или иной концентрации титранта определяет тип химической реакции и скорость реакции титрования, особенно вблизи точки эквивалентности (т. э.), а также растворимость активного агента и продуктов его взаимодействия с определяемым веществом. В неводных средах константа и скорость реакции титрования, как правило, ниже, чем в воде. Для устранения этого недостатка при титровании используют стандартные растворы с более высокой концентрацией (0,2—1 моль/л). Обычно титрование в водных средах проводят растворами с концентрацией 0,01 —0,2М.

С возрастанием концентрации титранта возрастает вклад в общую погрешность определения «капельной» погрешности, обусловленной добавлением лишней части капли титранта в конечной точке титрования (к.т.т.).

Дата добавления: 2015-06-15 ; просмотров: 2484 . Нарушение авторских прав

Требования, предъявляемые к реакциям, которые используют в титриметрии

В титриметрическом анализе может быть использована не любая химическая реакция, а только та, которая соответствует предъявленным к ней требованиям.

1. В реакциях должна точно и быстро фиксироваться точка эквивалентности.

2. Реакция между веществами рабочего и исследуемого растворов должна протекать в строгом стехиометрическом соотношении, соответствующем её химическому уравнению.

При этом не должно образовываться никаких побочных продуктов как вследствие взаимодействия исходных веществ с окружающей средой (например, с кислородом или углекислым газом, содержащимися в воздухе), так и в результате протекания между ними нескольких параллельных реакций.

3. Реакция должна быть практически необратимой, т.е. заканчиваться полным расходованием исходных веществ и иметь большое значение константы равновесия.

4. Реакция должна протекать с достаточной скоростью, т.е. за малый отрезок времени. Наиболее оптимальным в этом случае является время, необходимое для перемешивания одной добавленной капли титранта с объёмом титруемого раствора, т.е. 1-3 секунды.

Если реакция осуществляется медленно, то сложно точно определить наступление точки эквивалентности. При этом также теряется основное достоинство титриметрии – быстрота выполнения анализа и получения результата.

Если химическая реакция не удовлетворяет хотя бы одному из вышеперечисленных требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе. Но если ей невозможно найти замену, то такую реакцию пытаются «приспособить» для применения в титриметрии. Например, многие окислительно-восстановительные реакции при обычных условиях протекают медленно, являются обратимыми и многонаправленными, т.е. исходные вещества в них расходуются одновременно по нескольким направлениям. Для устранения данных недостатков изменяют условия проведения реакции. Например, осуществляют её при нагревании или в присутствии катализаторов (это позволяет существенно увеличить скорость реакции), а также в определённой среде: кислой, нейтральной или щелочной (это позволяет устранить обратимость и многонаправленность).

Смотрите так же:  Договор определение виды

Следует, однако, подчеркнуть, что такое «приспособление» приводит к усложнению метода. Применение его целесообразно идти лишь тогда, когда неизвестна более удобная химическая реакция.

Способы титрования

Различают три основных способа титрования: прямое, обратное, косвенное или заместительное.

При прямом титрованиииспользуют исследуемый и один рабочий растворы. В процессе определения к определённому точно измеренному объёму одного из них по каплям добавляют второй раствор до наступления точки эквивалентности.

Закон эквивалентов в этом случае может быть математически записан следующим образом:

где V1 и V2 – объёмы израсходованных исследуемого и рабочего растворов, соответственно; N1 и N2— молярные концентрации химических эквивалентов веществ исследуемого и рабочего растворов, соответственно.

Молярную концентрацию химического эквивалента вещества в исследуемом растворе рассчитывают по формуле:

.

При обратном титрованиииспользуют исследуемый и два рабочих раствора, один их которых является вспомогательным, а второй применяют для титрования.

В процессе анализа к определённому точно измеренному объёму исследуемого раствора одномоментно добавляют взятый в избытке фиксированный объём вспомогательного рабочего раствора. В результате протекания химической реакции вещество, присутствующее в исследуемом растворе, расходуется полностью. Не прореагировавший избыток вещества вспомогательного раствора титруется затем вторым рабочим раствором до наступления точки эквивалентности, например:

раствор рабочий раствор

Таким образом, вещество, присутствующее во вспомогательном рабочем растворе, реагирует как с веществом исследуемого раствора, так и с веществом второго рабочего раствора. Закон эквивалентов в этом случае математически может быть записан следующим образом:

где V1, V2, V3 – израсходованные объёмы исследуемого, вспомогательного и второго рабочих растворов, соответственно; N1, N2, N3 – молярные концентрации химических эквивалентов веществ в исследуемом, вспомогательном и во втором рабочих растворах, соответственно.

Молярную концентрацию химического эквивалента рассчитывают по формуле:

Обратное титрованиев аналитической практике может называться иначетитрованием по остатку или с двумя титрантами.

Оно используется, если определяемое вещество не реагирует или реагируют медленно с веществом второго рабочего раствора, либо в реакции между ними невозможно определить точку эквивалентности.

При косвенном, или заместительном, титрованиитакже используют исследуемый раствор и два рабочих раствора. В ходе анализа к точно измеренному объёму исследуемого раствора одномоментно добавляют нефиксированный заведомый избыток первого рабочего раствора. В результате протекающей реакции вещество исследуемого раствора полностью расходуется с образованием эквивалентного количества соответствующего продукта реакции, который затем титруется вторым рабочим раствором до наступления точки эквивалентности, например:

исследуемый первый рабочий эквивалентное

раствор раствор кол-во продукта реакции

Таким образом, мы как бы замещаем определяемое вещество на другое, которое впоследствии и подвергаем анализу.

Так как количество вещества эквивалента образовавшегося продукта и количество вещества эквивалента в исследуемом растворе равны между собой, то молярную концентрацию химического эквивалента вещества в исследуемом растворе рассчитываем по такой же формуле, как и при прямом титровании.

Заместительное титрование применяют, когда непосредственное определение вещества в исследуемом растворе невозможно: отсутствует подходящий титрант, нельзя установить точку эквивалентности и т.п.

2. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

2.1. СУЩНОСТЬ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Для рассмотрения материала настоящего раздела потребуются следующие определения.

Титрованный , или стандартный, раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью.

Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для определения точно эквивалентного количества.

Титрующий раствор часто называют рабочим раствором или титрантом. Например, если кислота титруется щелочью, раствор щелочи называется титрантом.

Момент титрования, когда количество прибавленного титранта химически эквивалентно количеству титруемого вещества, называется точкой эквивалентности (стехиометричности).

В титриметрическом анализе может быть использована не любая химическая реакция. Реакции, применяемые в титриметрии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) реакция должна протекать количественно, т.е. константа равновесия реакции должна быть достаточно велика;

2) реакция должна протекать с большой скоростью;

3) реакция не должна осложняться протеканием побочных процессов;

4) должен существовать способ определения окончания реакции.

Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.

Требования к титранту

2.5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРОВ ТИТРАНТОВ

Под стандартизацией раствора титранта понимают установление его точной концентрации с относительной погрешностью, не превышающей ± 0,1%.

Различают приготовленные и установленные растворы титрантов. Приготовленные растворы точной концентрации получают растворением точной навески тщательно очищенного исходного вещества в определенном объеме воды или другого растворителя. Так готовят, например, титрованный раствор NaCl .

Однако многие растворы, например титрованный раствор HCl , приготовить этим способом нельзя. В таких случаях готовят раствор титранта, концентрация которого известна лишь приблизительно, а затем его стандартизуют, т.е. устанавливают концентрацию точно. Эти растворы называют установленными. Для стандартизации растворов применяют специальные установочные вещества – первичные стандарты. Эти вещества должны иметь состав, точно отвечающий химической формуле, быть устойчивыми на воздухе и иметь по возможности большую молярную массу эквивалента *. Они должны быть также доступными и легко очищаться от примесей. Реакция титранта с раствором установочного вещества должна отвечать требованиям, которые предъявляются к титриметрическим реакциям, т.е. протекать быстро, количественно и стехиометрически.

Например, растворы NaOH и KOH часто стандартизуют по гидрофталату калия или дигидрату щавелевой кислоты H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O , растворы HCl и H 2 SO 4 – по карбонату натрия или буре Na 2 B 4 O 7 × 10 H 2 O , растворы перманганата калия – по оксалату натрия Na 2 C 2 O 4 и т.д.

Нередко для целей стандартизации используют вторичные стандарты, в качестве которых выступают титрованные растворы веществ, способных взаимодействовать с титрантом.

Как правило, стандартизацию титранта стремятся проводить в тех же условиях, какие будут при выполнении анализа.

Author: admin