Способы выражения концентрации раствора титриметрического анализа

Расчёты в титриметрическом анализе

I. Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе.

В титриметрическом анализе используют следующие основные спо­собы выражения концентраций растворов.

1) Молярная концентрация c(A)— количество растворенного вещества А в молях, содержащееся в одном литре расвора:

где n(А) — количество растворенного вещества А, моль; V(A) — объем раствора, л; m(A) — масса растворенного вещества А, г; М(А) — моляр­ная масса растворенного вещества А, г/моль. Молярная концентрация измеряется в моль/л.

2) Молярная концентрация эквивалента c( 1 /_zA), или нормальность (старое название) — количество растворенного вещества А в молях, со­ответствующее эквиваленту вещества А, содержащееся в одном литре раствора:

где 1 /_z — фактор эквивалентности; рассчитывается для каждого вещества на основании стехиометрии реакции, n( 1 /_zA) — количество вещества, равное эквиваленту А в растворе, моль; M( 1 /_zA) — молярная масса эк­вивалента растворенного вещества А, г/моль.

Молярная концентрация эквивалента измеряется в моль/л.

3) Титр Т(А) растворенного вещества А — это масса растворенного вещества А, содержащаяся в одном миллилитре раствора:

где объем раствора V(A) измеряется в мл.

Титр измеряется в г/мл; в некоторых случаях — в мкг/мл. Иногда титр обозначают символом t(А).

4) Титр раствора по определяемому веществу X, или Титриметрический фактор пересчета t(T\X) — масса титруемого вещества X, взаимодействующая с одним миллилитром титранта Т:

Вывод формулы для t(Т/Х)

Пусть при титровании протекает реакция:

X + T = продукты реакции

Согласно закону эквивалентов вещества X и T реагируют в эквивалентных количествах

Измеряется, как и титр раствора, в г/мл.

Титр по определяемому веществу используется при расчете массы определяемого компонента по результатам титриметрического анализа лекарственных препаратов и других веществ.

Пусть, например, на титрование анализируемого раствора, содержащего определяемый компонент X, израсходован объем титранта V(T) мл с молярной концентрацией эквивалента c( 1 /_zТ).

5) Поправочный коэффициент F(или K) — число, выражающее отно­шение действительной (практической) концентрации c( 1 /_zA)_пр. вещества А в растворе к его заданной (теоретической ) концентрации c( 1 /_zA)_теор.:

Пусть, например, требуется приготовить раствор с заданной (теоретической) концентрацией 0,1000 моль/л. Практически приготовлен раствор с близкой (но не точно равной 0,1000 моль/л) концентрацией 0,1056 моль/л. Тогда поправочный коэффициент равен

F = 0,1056/0,1000 = 1,056

В дальнейшем при применении приготовленного раствора можно во всех расчетах использовать теоретическую концентрацию, вводя поправочный (для данного раствора) коэффициент, что упрощает проведение расчетов.

Отечественная Государственная Фармация рекомендует готовить стандартные растворы с поправочным коэффициентом в преде­лах 0,98—1,02.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе

В титриметрическом анализе используют следующие основные способы выражения концентраций растворов.

Молярная концентрация с(А) —- количество растворенного вещества А в молях, содержащееся в одном литре раствора:

, моль/л

где m(А) — масса растворенного вещества А, г

М(А.) — молярная масса растворенного вещества А, г/моль.

Молярная концентрация эквивалента с(1/_Z А), или нормальность (старое название),— количество растворенного вещества А в молях, соответствующее эквиваленту А, содержащееся в одном литре раствора:

, моль/л

где 1/_Z — фактор эквивалентности; рассчитывается для каждого вещества на основании стехиометрии реакции;

M(1/_ZА) — молярная масса эквивалента растворенного вещества А, г/моль.

Титр T(А) растворенного вещества А — это масса растворенного вещества А в граммах, содержащаяся в одном миллилитре раствора:

, г/мл

где объем раствора V измеряется в мл.

Титр раствора по определяемому веществу X, или титриметрический фактор пересчета t (Т/ Х), — масса титруемого вещества, взаимодействующая с одним миллилитром титранта Т:

, г/мл

Поправочный коэффициент К — число, выражающее отношение действительной (практической) концентрации c(1/zA) вещества А в растворе к его заданной (теоретической) концентрации с(1/zА)_теор:

К = c(1/zA)_пр/c(1/zA)_теор
Лабораторная работа № 1

Определение содержания Na ₂ CO ₃ и NaHCO ₃

При их совместном присутствии

Для своего варианта рассчитать навеску вещества с заданной концентрацией в требуемом объеме.

№	Соединение	mн, г	См	Сн	%	Т×10 3	r, г/см 3	V, л или m, кг
1	NaHCO3 Na2CO3	0,05 0,05	0,5
2	NaHCO3 Na2CO3	0,03 0,06	0,5
3	Na2CO3 NaHCO3	0,4 0,5	3,0 6,0	0,5 кг
4	Na2CO3 NaHCO3	5,0 5,0	0,25
5	NaHCO3	7,0	0,25
6	Na2CO3	0,6	0,25 кг
7	NaHCO3	0,05	0,25
8	NaHCO3 Na2CO3	0,06 0,05	0,25
9	NaHCO3 Na2CO3	0,055 0,045	0,25
10	NaHCO3 Na2CO3	0,2 0,8	0,25 кг
11	Na2CO3 NaHCO3	8,0 2,0	0,2
12	Na2CO3 NaHCO3	4,0 6,0	0,25
13	Na2CO3 NaHCO3	7,0 3,0	0,25
14	Na HCO3	0,45	0,25 кг
15	NaНCO3	0,1	0,25
16	Na2CO3	0,1	0,25
17	NaHCO3 Na2CO3	0,01 0,09	0,2
18	NaHCO3	0,38	0,25 кг
19	NaHCO3 Na2CO3	1,0 6,0	0,25
20	Na2CO3 NaHCO3	3,0 7,0	0,25
21	Na2CO3 NaHCO3	1,5 6,5	0,5
22	Na2CO3	0,42	0,25 кг
23	NaHCO3	0,1	0,25
24	Na2CO3	0,08	0,2
25	NaHCO3	7,0	0,25
26	Na2CO3	0,6	0,25 кг
27	NaHCO3	0,05	0,25
28	NaHCO3 Na2CO3	0,06 0,05	0,25
29	NaHCO3	0,38	0,25 кг

Результаты занести в таблицу и показать преподавателю. После его разрешения приступить к приготовлению раствора.

Соединение	mн, г	См	Сн	%	Т, г/мл	r, г/см 3	V, л или m, кг
NaHCO3 Na2CO3

Приготовление раствора солей нужной концентрации

Рассчитанную навеску солей (или одной соли) взвешивают на аналитических весах и количественно переносят в мерную колбу заданного объема (200 мл, 250 мл или 500 мл). Мерную колбу заполняют наполовину дистиллированной водой и растворяют навеску путем перемешивания. После растворения солей (или одной соли) доливают дистиллированную воду до метки мерной колбы и тщательно перемешивают.

Раствор переливают в пластмассовую бутылку и подписывают.

Содержание солей определяют путем титрования приготовленного раствора соляной кислотой, используя два индикатора: фенолфталеин и метиловый оранжевый. При титровании наблюдаются две точки эквивалентности: первая, когда «наполовину» нейтрализован Na₂CO₃, вторая, когда нейтрализован NaHCO₃, содержащийся в исходной смеси и полученный в результате нейтрализации Na₂CO₃. В этот момент наступает полная нейтрализация смеси Na₂CO₃.

NaHCO₃ + HCl ® NaCl + CO₂ + H₂O (метиловый оранжевый)

Кислота хлористоводородная, НСl 0,1н раствор;

Индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый.

В бюретку до значения «0» заливают 0,1 н раствор HCl.

В коническую колбу емкостью 250 мл пипеткой переносят аликвотную часть приготовленного раствора, добавляют 2-3 капли фенолфталеина (раствор окрашивается в малиновый цвет) и по каплям приливают из бюретки 0,1 н раствор HCl до полного обесцвечивания раствора. Записывают объем раствора НС1, пошедший на титрование V _ф. Затем в эту же колбу добавляют 2-3 капли метилового оранжевого (раствор окрашивается в желтый цвет) и продолжают тировать 0,1 н НС1 до перехода окраски в красновато-оранжевый цвет. Записывают объем раствора соляной кислоты, пошедший на титрование V _мо.

Проводят три параллельных опыта. В формулу для расчета подставляют среднее арифметическое значение трех параллельных определений: .

Содержание карбоната натрия и гидрокарбоната натрия определяют по формулам:

(г)

(г)

где N_HCl — нормальность раствора соляной кислоты;

— эквивалентные массы карбоната натрия и гидрокарбоната натрия;

V_к и V_п — объемы соответственно мерной колбы и мерной пипетки, мл.

Принято экспериментальные данные и результаты расчетов выражать только значащими цифрами. Значащими называют все достоверно известные цифры плюс первая из недостоверных, т.е. все результаты следует округлять до первой недостоверной цифры.

Например, объем титранта, пошедший на титрование V = 12,5 мл.

Содержание определяемого вещества (г) записывают до трех значащих цифр. Например, 0,204; 0,0258 или 1,23. Нули, стоящие в начале числа всегда незначимы и служат лишь для указания места запятой в десятичной дроби.

Лабораторная работа № 2

Определение содержания Na ОН и Na ₂ CO ₃

Дата добавления: 2019-09-13 ; просмотров: 436 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Титриметрия. Посуда, титрованные растворы, способы и методы

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

ТИТРИМЕТРИЯ

• 3.1. Основные понятия титриметрии
• 3.2. Химическая лабораторная посуда и ее назначение
• 3.3. Приготовление титрованных растворов
• 3.4. Основные способы и методы титрования
• 3.5. Кислотно-основное титрование
  • 3.5.1. Основные понятия кислотно-основного титрования
  • 3.5.2. Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Теории индикаторов
  • 3.5.3. Техника титрования
• 3.6. Оксидиметрия
  • 3.6.1. Основные понятия методов оксидиметрии
  • 3.6.2. Перманганатометрия
  • 3.6.3. Йодометрия
  • 3.6.4. Хроматометрия
• 3.7. Комплексонометрия
• 3.8. Осадительное титрование
• 3.9. Методы разделения и концентрирования

Основные понятия титриметрии

Титриметрический анализ основан на точном измерении реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Раньше этот вид анализа называли объемным, так как в расчетах используют объем раствора, пошедшего на реакцию. Титриметрия отличается от гравиметрии малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрический анализ в отношении скорости выполнения дает огромное преимущество по сравнению с гравиметрическим, являющимся, однако, наиболее точным химическим методом анализа.

Титриметрия возникла в середине XVIII века. Многие ученые внесли вклад в ее развитие. У. Льюис (1767) дал определение понятия «точки насыщения», т. е. точки эквивалентности. Благодаря работам Ж. Гей-Люссака титриметрия превратилась из метода анализа в самостоятельный раздел науки. Э. Мор разработал много методик по данному виду анализа, написал учебник по химико-аналитическому методу титрования (1856); В. Оствальд и А. Ганч развили теорию индикаторов (1894).

Титриметрия широко применяется в настоящее время для научных исследований и при контроле технологических процессов.

Титрованный раствор — раствор, титр которого точно известен. От слова «титр» в титриметрическом анализе происходит ряд терминов, например «титрование». Титр — число граммов или миллиграммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора. Например, выражение «титр H2S04 равен 0,0049 г/мл» означает, что каждый миллилитр данного раствора серной кислоты содержит 0,0049 г H2SO4 . Титр обозначается буквой Т с указанием формулы соответствующего вещества. В данном случае; T H2SO4 = 0,0049 г/мл.

Титруемое вещество — вещество, количество которого определяется непосредственно в процессе титрования.

Титрант — вещество, вступающее в реакцию с титруемым веществом. Концентрация стандартного раствора титранта должна быть определена перед началом анализа с точностью не менее трех значащих цифр после запятой.

Аликвота — объем раствора, точно отмеренный при помощи калиброванной пипетки.

Титрование — прибавление титрованного раствора к анализируемому с целью определения точно эквивалентного его количества. Отсюда ясно, что при титровании необходимо достаточно точно установить момент наступления эквивалентности или, как говорят, фиксировать точку эквивалентности.

Реакция, используемая в титриметрическом анализе, должна протекать количественно, т. е. должны выполняться следующие условия:

• ● константа равновесия должна быть достаточно велика;
• ● реакция должна протекать с большой скоростью;
• ● реакция не должна осложняться побочными реакциями;
• ● должен быть способ определения точки эквивалентности.

Если не выполняется хотя бы одно условие, то метод титриметрии непригоден. Для этого метода необходимо:

• 1) использовать мерную посуду для точного определения объемов растворов;
• 2) использовать титрованный или стандартный раствор;
• 3) подобрать способ фиксации точки эквивалентности.

В титриметрии концентрации растворов веществ выражают в молях эквивалентов вещества в одном кубическом дециметре или в одном литре раствора. Нормальная концентрация, используемая в аналитической химии, учитывает то, что эквиваленты веществ для разных реакций различаются, поэтому следует указывать (в скобках) фактор эквивалентности. Например, 0,1н КМnО4 (f экв = 1/5).

Молярная масса эквивалента имеет размерность г×моль –1 . Молярная масса эквивалента равна молярной массе вещества, умноженной на fэкв. Молярная масса вещества численно равна сумме относительных молярных масс атомов, входящих в его состав.

В полуреакции восстановления участвуют 5 электронов, следовательно, f экв (КМnО4) = 1/5, а эквивалент перманганата калия равен 1/5 молярной массы КМnО4.

Химическая лабораторная посуда и ее назначение

Для точного определения объемов используются бюретки, пипетки и мерные колбы (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Мерная посуда а — цилиндры; б — мерные колбы; в — химический стакан; г — бюретки с краном; д — пипетка Мора

Бюретка — цилиндрическая трубка с суженым концом, к которому с помощью резинового шланга присоединена стеклянная трубка с оттянутым кончиком. На резиновый шланг надет зажим, либо вставлен в него стеклянный шарик. Если для титрования применяют агрессивные для резины растворы, то используют полностью стеклянную бюретку (пермангонатометрия). Бюретка градуиронана на миллилитры и десятые их доли. В титриметрии используют бюретки объемами 10, 25 и 50 мл. Заполненная раствором бюретка имеет вогнутую поверхность (мениск). По правилам показания по бюретке берут по нижнему краю мениска; глаз должен находиться на уровне этого нижнего края (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Правила определения результатов исследований

Показания по бюретке могут быть с существенными погрешностями. Такие погрешности являются источником ошибок в объемном анализе.

Бюретка должна быть тщательно промыта и обезжирена (хромовой смесью — смесь концентрированной серной кислоты и бихромата калия или смесью раствора перманганата калия со щелочью). Затем бюретку многократно промывают водопроводной водой, 2−3 раза — дистиллированной водой и 2−3 раза — небольшими порциями раствора, которым заполняют бюретку для анализа. Затем заполняют бюретку раствором для титрования через воронку. При промывании бюретки нельзя затыкать ее сверху пальцами, так как пальцы никогда не бывают химически чистыми.

Пипетка используется для измерения точного объема раствора для метода титриметрии. Это стеклянная длинная узкая трубка с расширением или без него в середине. В верхней узкой части пипетки имеется черта, до которой и нужно заполнять пипетку раствором 5, 10, 20, 25, 50, 100 мл. На пипетке указана ее вместимость и температура, при которой градуирована пипетка. При необходимости используют измерительные пипетки (с градуировкой). Такие пипетки особенно необходимы для работы с небольшими объемами растворов (до 5 мл).

Пипетку моют так же, как и бюретку. Заполняют пипетку с использованием груши или специального приспособления. Можно использовать микродозатор для небольших объемов растворов. Однако показания микродозатора нужно время от времени сверять с показаниями стеклянной пипетки. Мерная стеклянная колба (рис. 3.3) — это сосуд с длинным горлом, на котором черта указывает объем раствора в колбе (50 ,100, 500, 1000 мл).

Рис. 3.3. Мерные стеклянные колбы

Используют мерные колбы для приготовления титрованных, стандартных растворов, а также для их разбавления. Моют колбы так же, как пипетки и бюретки, но не споласкивают рабочим раствором. Вначале раствор заливают через воронку в колбу, а затем доводят объем до черты прикапыванием воды из пипетки. Правило заполнения — по нижнему мениску.

Калибровка объемов мерной посуды идет при температуре 20–25 о С, точное значение температуры приготовления растворов указано на ней.

Приготовление титрованных растворов

Большая разница значений температур, при которых идет приготовление растворов, недопустима. Есть вещества, которые можно растворить только в горячей воде. Например, бура Na2B4O7 ∙10H2O. Растворение ее ведут в горячей воде, в половине объема, затем охлаждают до комнатной температуры и доводят объем водой до метки.

Существуют два способа приготовления титрованных растворов.

Первый способ — по точной массе. Берут навеску вещества, взвешивают на аналитических весах, растворяют в мерной колбе, считают титр раствора T = m V, гсм 3 . При этом:

• — вещество должно быть химически чистым;
• — состав должен строго соответствовать формуле;
• — вещество должно быть устойчивым в твердом и растворенном состояниях.

Вещество, удовлетворяющее указанным требованиям, называется первичным стандартом.

Второй способ — с установленным веществом. Если вещество не удовлетворяет требованиям, указанным выше, то используют установочные вещества. Например, для установления точной концентрации раствора NaOH используют в качестве установочного вещества щавелевую кислоту Na2C2O4 ∙2H2O, для соляной кислоты — буру Na2B4O7 ∙10H2O. Очень удобно использовать фиксаналы, выпускаемые промышленностью.
Фиксанал — запаянные ампулы с веществом для приготовления, как правило, 1 л раствора концентрации 0,1 н.

Основные способы и методы титрования

1. Способ прямого титрования. Определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Например, для определения концентрации кислоты ее титруют щелочью.

2. Способ обратного титрования (или титрование по остатку). Для этого способа необходимы два рабочих раствора, в раствор определяемого вещества вносят избыток основного рабочего раствора, а остаток оттитровывают вспомогательным рабочим раствором.

Например, в кислый раствор хлорида добавляют
AgNO 3 Ag + + Cl – = AgCl.

Затем избыток серебра оттитровывают роданидом Ag+ + CSN – = AgCSN.

3. Титрование по замещению, или косвенное титрование. К определяемому веществу (например, Cu +2) добавляют специальный реагент (I −) для проведения реакции, образовавшийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия. Конец реакции определяют по крахмальному индикатору (исчезновение синей окраски).

Титрование проводят по следующим правилам:

• — титрование раствора проводят медленно;
• — каждое титрование начинают при полном заполнении бюретки;
• — на титрование должно идти 10–20 мл раствора;
• — измерения объемов идет до 0,03 мл, второй знак после запятой оценивается на глаз.

Различают методы титриметрического анализа по типу основной реакции, протекающей при титровании. Выделяют следующие методы титриметрического анализа кислотно-основное взаимодействие, реакция нейтрализации; окисление-восстановление (оксидиметрия); комплексообразование; осаждение.

Расчеты в титриметрии основаны на законе эквивалентов. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. Поэтому наиболее удобный способ выражения концентрации — нормальная концентрация. Объемы [V(A) и V(B)] и нормальные концентрации реагирующих веществ [С_N(А) и C_N(В)] в точке эквивалентности выражается соотношением

С_N(А) и V(A) известны, а V(B) был определен после титрования раствором (А). Тогда:

Масса вещества m(B), содержащего в объеме V(B), находится по формуле:

Методы разделения и концентрирования

Процесс разделения состоит в выделении компонентов, составляющих исходную смесь. Процесс концентрирования состоит в увеличении концентрации микрокомпонентов в пробе анализируемого вещества. Концентрирование является частным случаем разделения. Эти методы чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Методы разделения гомогенных и гетерогенных систем отличаются друг от друга по своей сущности.

Система — совокупность находящихся во взаимодействии веществ, обособленных мысленно или фактически.

Компонент — составная часть системы.

Фаза — однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела. Гомогенная система состоит из одной фазы (например, истинный раствор). Гетерогенная система состоит из двух и более фаз (например, вода + лед, раствор + осадок).

Разделение гетерогенных систем происходит следующими методами:

1. Фильтрация — движение через пористую перегородку жидкости или газа, часто сопровождающееся отложением или осаждением на ней взвешенных твердых частей.
2. Центрифугирование — разделение в поле центробежных сил, возникающих при вращении ротора центрифуги.
3. Флотация — выделение из суспензий и разделение твердых частиц, основанное на различии в их смачиваемости.
4. Седиментация — разделение дисперсных систем под действием силы тяжести с отделением взвешенной фазы в виде осадка или «сливок».

Для разделения гомогенных систем используют следующие методы:

1. Осаждение — необходимый компонент выделяется в осадок при протекании химической реакции.
2. Испарение — метод построен на различии давления пара компонентов смеси при данной температуре (дистилляция, сублимация, возгонка, ректификация, отгонка).
3. Сорбционные методы — основаны на различном поглощении газов, паров или растворенных веществ жидкими или твердыми поглотителями (сорбентами).
4. Экстракционные методы — выделение, разделение и концентрирование веществ, заключающиеся в разделении компонентов между двумя несмешивающимися фазами.

Источник