Методы титрования в аналитической химии кратко. Титриметрические методы анализа. Порядок работы с бюреткой
Сущность метода и его достоинства
Титриметрический анализ основан на точном измерении объемов веществ, вступающих в химическую реакцию; является одним из методов количественного анализа.
Процесс медленного прибавления титранта к раствору определяемого вещества для определения точки эквивалентности называется титрованием . Титрант – раствор с точно известной концентрацией.
Точка эквивалентности – момент титрования, когда достигнуто эквивалентное соотношение реагирующих веществ.
Точку эквивалентности (т.э.) определяют по изменению окраски индикатора (химического индикатора) или с помощью инструментальных индикаторов, приборов фиксирующих измене какого-то свойства среды в процессе титрования.
Индикаторы – это вещества, которые изменяют свое строение и физические свойства при изменении среды. В области точки эквивалентности индикатор изменяет свой цвет, образует осадок или вызывает какой-то другой наблюдаемый эффект. С помощью индикаторов можно установить конечную точку титрования (к.т.т.) – момент титрования, когда наблюдается изменение цвета индикатора. В идеальном случае т.э. и к.т.т. совпадают, однако в практических условиях между ними наблюдается некоторая разница. Чем больше эта разница, тем больше погрешность титрования при прочих равных условиях, поэтому следует подбирать такой индикатор, чтобы разность между т.э. и т.к.т. была минимальной.
Достигнув точки эквивалентности, титрование заканчивают и отмечают объем раствора, пошедший на данную реакцию. Следовательно, в титриметрическом методе анализа первостепенное значение имеет точное определение точки эквивалентности.
Количественное определение с помощью титриметрического метода анализа выполняется довольно быстро, что позволяет проводить несколько параллельных определений и получать более точное среднее арифметическое. В основе всех расчетов титриметрического метода анализа лежит закон эквивалентов.
К реакциям , применяемым в количественном объемном анализе, предъявляют следующие требования :
1. Реакция должна протекать в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции и должна быть практически необратима. Результат реакции должен отражать количество анализируемого вещества. Константа равновесия реакции должна быть больше 10 8 .
2. Реакция должна протекать без побочных реакций.
3. Реакция должна протекать с достаточно большой скоростью.
4. Должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности. Окончание реакции должно определяться достаточно легко и просто.
Достоинства титриметрического анализа :
1) быстрота определения;
2) простота оборудования;
3) возможность автоматизации;
4) точность – относительная погрешность 0,1 – 0,01 %.
Титриметрический метод анализа используется для определения неорганических и органических веществ. Титрование можно проводить в водных и неводных средах.
При проведении количественного анализа необходимо:
Все процедуры анализа проводить с особой точностью и аккуратностью;
Объем растворов замеряют с точностью до 0,01 – 0,02 см 3 ;
Титрант использую с концентрацией 0,1 н.;
Навески веществ берут с точностью до четвертого знака и не менее 0,2 г;
Необходимо проводить калибровку и настройку приборов;
Результаты анализа подвергают математической обработке.
Правила титрования
1. Следует устанавливать титр стандартного раствора и применять один и тот же раствор в присутствии одного и того же индикатора.
2. Для титрования следует брать всегда одно и тоже количество индикатора и повторять титрование определяемого вещества несколько раз до тех пор, пока не будут получены три близко сходящихся результата.
3. Необходимо брать, как правило, не более 1-2 капель индикатора, не забывая о том, что индикаторы, применяемые в методе нейтрализации, сами являются кислотами или основаниями. На их нейтрализацию также расходуется часть раствора титранта.
4. Всегда следует титровать до одного и того же оттенка окраски раствора, используя для титрования по возможности одинаковые объемы титруемого раствора.
5. Необходимо выбирать такой индикатор, который изменяет свой цвет вблизи точки эквивалентности.
Методы титрования
В титриметрическом методе анализа используются различные типы химических реакций. В зависимости от характера применяемой химической реакции различают следующие методы титриметрического анализа:
Кислотно-основное титрование (протолитометрия) – в основе метода лежит реакция нейтрализации (Н + + ОН ‑ = Н 2 О); точка эквивалентности определяется при помощи индикаторов, изменяющих свою окраску в зависимости от реакции среды. В зависимости от природы титранта метод подразделяется на:
Ацидометрическое титрование (титрант кислота – НС1 или Н 2 SO 4);
Алкалиметрическое титрование (титрант – щелочь – NaOH или Ba(OH) 2);
Осадительное титрование (седиметрия) – основано на реакциях обмена, при которых определяемый ион (элемент) переходит в осадок:
В зависимости от рабочего раствора (титранта) метод подразделяется на:
Аргентометрическое титрование (титрант – AgNO 3);
Роданометрическое титрование (титрант NH 4 SCN или КSCN);
Меркурометрическое титрование (титрант HgNO 3).
Комплексонометрическое титрование или комплексонометрия – используется для определения катионов и анионов, способных образовывать малодиссоциированные комплексные ионы:
Окислительно-восстановительное титрование или редоксиметрия - в основе метода лежит оксислительно-восстановительная реакция между рабочим раствором и определяемым веществом:
К этой группе относятся:
Перманганатометрическое титрование (титрант – KМnO 4);
Хроматометрическое титрование (титрант - K 2 Cr 2 O 7);
Йодометрическое титрование (титрант I 2 или KI)
Броматометрическое титрование (титрант IBrO 3)
Ванадатометрическое титрование (титрант NH 4 VO 3) и т.д.
Лабораторная работа № 8
ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Цель работы: ознакомиться с основами титриметрического анализа, изучить основные методы и приёмы титрования.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Сущность титриметрического анализа . Основные понятия.
Титриметрический (объёмный) анализ является одним из важнейших видов количественного анализа. Его основными достоинствами являются точность, быстрота исполнения и возможность применения для определения самых разнообразных веществ. Определение содержания вещества в титриметрическом анализе осуществляется в результате проведения реакции точно известного количества одного вещества с неизвестным количеством другого, с последующим расчётом количества определяемого вещества по уравнению реакции. Реакция, которая при этом протекает должна быть стехиометрической, т. е. вещества должны реагировать строго количественно, согласно коэффициентам в уравнении. Только при соблюдении этого условия реакция может быть использована для количественного анализа.
Основной операцией титриметрического анализа является титрование – постепенное смешивание веществ до полного окончания реакции. Обычно в титриметрическом анализе используются растворы веществ. В ходе титрования раствор одного вещества постепенно приливается к раствору другого вещества до тех пор, пока вещества полностью не прореагируют. Раствор, который приливают, называется титрантом , раствор, к которому приливается титрант, называется титруемым раствором. Объём титруемого раствора, который подвергается титрованию, называется аликвотной частью или аликвотным объёмом.
Точкой эквивалентности называется момент, наступающий в ходе титрования, когда реагирующие вещества полностью прореагировали. В этот момент они находятся в эквивалентных количествах, т. е. достаточных для полного, без остатка, протекания реакции.
Для титрования применяются растворы с точно известной концентрацией, которые называются стандартными или титрованными . Различают несколько типов стандартных растворов.
Первичным стандартом называется раствор с точно известной концентрацией, приготовленный по точной навеске вещества. Вещество для приготовления первичного стандарта должно иметь определённый состав и быть определённой степени чистоты. Содержание в нём примесей не должно превышать установленных норм. Зачастую для приготовления стандартных растворов вещество подвергается дополнительной очистке. Перед взвешиванием вещество высушивается в эксикаторе над осушающим веществом или выдерживается при повышенной температуре. Навеску взвешивают на аналитических весах и растворяют в определённом объёме растворителя. Полученный стандартный раствор не должен изменять своих свойств при хранении. Стандартные растворы хранят в плотно закрытой посуде. При необходимости их предохраняют от попадания прямых солнечных лучей и воздействия высокой температуры. Стандартные растворы многих веществ (HCl, H2SO4, Na2B4O7 и др.) могут храниться годами без изменения концентрации.
Ввиду того, что подготовка вещества для приготовления стандартного раствора является длительным и трудоёмким процессом, химической промышленностью выпускаются т. наз. фиксаналы . Фиксанал представляет собой стеклянную ампулу, в которой запаяна определённая навеска вещества. Ампулу разбивают, и вещество количественно переносят в мерную колбу, доводя затем объём жидкости до метки. Применение фиксаналов значительно облегчает процесс и сокращает время приготовления стандартного раствора.
Некоторые вещества трудно получить в химически чистом виде (например, KMnO4). Из-за содержания примесей взять точную навеску вещества часто бывает невозможно. Кроме этого, растворы многих веществ при хранении изменяют свои свойства. Например, растворы щелочей способны поглощать углекислый газ из воздуха, в результате чего их концентрация со временем меняется. В этих случаях используют вторичные стандарты.
Вторичным стандартом называется раствор вещества с точно известной концентрацией, которая устанавливается по первичному стандарту. Вторичные стандарты (например, растворы KMnO4, NaOH и т. д.) хранятся при тех же условиях, что и первичные стандарты, но их концентрацию периодически проверяют по стандартным растворам так называемых установочных веществ.
2. Способы и виды титрования.
В процессе титрования аликвотная часть раствора отбирается обычно в колбу, затем к ней из бюретки малыми порциями приливается раствор титранта, до достижения точки эквивалентности. В точке эквивалентности измеряется объём титранта, израсходовавшийся на титрование раствора. Титрование может осуществляться несколькими способами.
Прямое титрование заключается в том, что раствор определяемого вещества А титруют стандартным раствором титранта В . Способом прямого титрования титруют растворы кислот, оснований, карбонатов и т. д.
При реверсивном титровании аликвотную часть стандартного раствора В титруют раствором определяемого вещества А . Реверсивное титрование применяется в том случае, если определяемое вещество неустойчиво при тех условиях, в которых производится титрование. Например, окисление нитритов перманганатом калия происходит в кислой среде.
NO2- + MnO2- + 6H+ ® NO3- + Mn2+ + 3H2O
Но сами нитриты в кислой среде неустойчивы.
2NaNO2 + H2SO4 ® Na2SO4 + 2HNO2
Поэтому стандартный раствор перманганата, подкисленный серной кислотой, титруют раствором нитрита, концентрацию которого хотят определить.
Обратное титрование применяют в тех случаях, когда прямое титрование не применимо: например, из-за очень низкого содержания определяемого вещества, невозможности определить точку эквивалентности, при медленном протекании реакции и т. д. В ходе обратного титрования к аликвотной части определяемого вещества А приливают точно измеренный объём стандартного раствора вещества В , взятый в избытке. Непрореагировавший избыток вещества В определяют титрованием стандартным раствором вспомогательного вещества С . По разности исходного количества вещества В и его количества, оставшегося после протекания реакции, определяют количество вещества В , вступившее в реакцию с веществом А , исходя из которого и рассчитывают содержание вещества А .
Косвенное титрование или титрование по заместителю. Основано на том, что титруют не само определяемое вещество, а продукт его реакции со вспомогательным веществом С .
Вещество D должно образовываться строго количественно по отношению к веществу А . Определив cодержание продукта реакции D титрованием стандартным раствором вещества В, по уравнению реакции рассчитывают содержание определяемого вещества А .
Реакции, которые используются в титриметрическом анализе, должны быть строго стехиометрическими, протекать достаточно быстро и по возможности при комнатной температуре. В зависимости от типа протекающей реакции различают:
Кислотно-основное титрование, в основе которого лежит реакция нейтрализации.
Окислительно-восстановительное титрование, основанное на окисчлительно-восстановительных реакциях.
Комплексонометрическое титрование, основанное на реакциях комплексообразования.
3. Кислотно-основное титрование.
В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации между кислотой и основанием. В результате реакции нейтрализации образуется соль и вода.
HAn + KtOH ® KtAn + H2O
Реакция нейтрализации протекает при комнатной температуре практически мгновенно. Кислотно-основное титрование применяется для определения кислот, оснований, а также многих солей слабых кислот: карбонатов, боратов, сульфитов, и т. д. При помощи данного метода можно титровать смеси различных кислот или оснований, определяя содержание каждого компонента в отдельности.
При титровании кислоты основанием или наоборот, происходит постепенное изменение кислотности среды, которое выражается водородным показателем рН. Вода представляет собой слабый электролит, который диссоциирует согласно уравнению.
Н2О ® Н+ + ОН-
Произведение концентрации ионов водорода на концентрацию ионов гидроксила есть величина постоянная, и называется ионное произведение воды.
https://pandia.ru/text/78/441/images/image002_110.gif" width="165" height="25 src="> (1)
В нейтральной среде концентрации водородных ионов и гидроксид-ионов равны и составляют 10-7м/л. Ионное произведение воды остаётся постоянным при добавлении в воду кислоты или основания. При добавлении кислоты увеличивается концентрация ионов водорода, что приводит к сдвигу равновесия диссоциации воды влево, в результате чего концентрация гидроксид-ионов уменьшается. Например, если = 10-3м./л., то = 10-11м./л. Ионное произведение воды останется постоянным.
Если увеличить концентрацию щёлочи, то концентрация гидроксид-ионов увеличится, а концентрация ионов водорода уменьшится, ионное произведение воды также останется постоянным. Например, = 10-2, = 10-12
Водородным показателем рН называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.
рН = - lg . (2)
Исходя из уравнения (1) можно заключить, что в нейтральной среде рН = 7.
pН = - lg 10-7 = 7.
В кислой среде рН < 7, в щелочной рН > 7. Аналогично выводится формула для рОН из уравнения (1).
pОН = - lg = 14 – pH. (3)
В ходе кислотно-основного титования с каждой порцией приливаемого титранта изменяется рН раствора. В точке эквивалентности рН достигает определённого значения. В этот момент времени титрование необходимо прекратить и измерить объём титранта, пошедший на титрование. Для определения рН в точке эквивалентности строят кривую титрования – график зависимости рН раствора от объёма прибавляемого титранта. Кривую титрования можно построить экспериментально, измеряя рН в различные моменты титрования, или рассчитать теоретически, используя формулы (2) или (3). Для примера рассмотрим титрование сильной кислоты HCl сильным основанием NaOH.
Таблица 1. Титрование 100мл 0,1М раствора HCl 0,1М раствором NaOH.
nNaOH (моль) | nHCl (моль) вступившее в реакцию. | nHCl остающееся в растворе (моль) | |||
1,00 10-2 | 1,00 10-2 | ||||
По мере прибавления щёлочи к раствору кислоты, происходит уменьшение количества кислоты и рН раствора увеличивается. В точке эквивалентности кислота полностью нейтрализована щёлочью и рН = 7. Реакция раствора нейтральная. При дальнейшем добавлении щёлочи рН раствора определяется избыточным количеством NaOH. При добавлении 101 и 110мл. раствора NaOH избыток щёлочи составляет соответственно 1 и 10 мл. Kоличество NaOH в этих двух точках, исходя из формулы молярной концентрации раствора равно соответственно моль и 1 10-3моль
Исходя из формулы (3) для титруемого раствора с избытком щёлочи 1 и 10 мл. имеем значения рН соответственно 10 и 11. По рассчитанным значениям рН строим кривую титрования.
По кривой титрования видно, что в начале титрования рН раствора определяется присутствием в растворе соляной кислоты и слабо изменяется при добавлении раствора щёлочи. Вблизи точки эквивалентности происходит резкий скачок рН при добавлении очень малого количества щёлочи. В точке эквивалентности в растворе присутствует только соль и вода. Соль сильного основания и сильной кислоты гидролизу не подвергается и поэтому реакция раствора нейтральная рН = 7. Дальнейшее прибавление щёлочи приводит к увеличению рН раствора, которое также незначительно изменяется от объёма приливаемого титранта, как и в начале титрования. В случае титрования сильных кислот сильными основаниями и наоборот, точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности раствора.
При титровании слабой кислоты сильным основанием наблюдается несколько иная картина. Слабые кислоты в растворах диссоциируют не полностью и в растворе устанавливается равновесие..
HAn ® H+ + An-.
Константа этого равновесия называется константой диссоциации кислоты.
(4)
Поскольку слабая кислота диссоциирует не полностью, то концентрацию ионов водорода нельзя свести к общей концентрации кислоты в растворе как это было в случае титрования сильной кислоты. (6)
При добавлении раствора щёлочи к раствору слабой кислоты в растворе образуется соль слабой кислоты. Растворы, содержащие слабый электролит и его соль называются буферными растворами . Их кислотность зависит не только от концентрации слабого электролита, но и от концентрации соли. По формуле (5) можно рассчитать рН буферных растворов.
СKtAn – концентрация соли в буферном растворе.
KD – константа диссоциации слабого электролита
СHАn – концентрация слабого электролита в растворе.
Буферные растворы обладают свойством сохранять определённое значение рН при добавлении кислоты или основания (отсюда происходит их название). Добавление сильной кислоты к буферному раствору приводит к вытеснению слабой кислоты из её соли и следовательно, к связыванию ионов водорода:
KtAn + H+ ® Kt+ + HAn
При добавление сильного основания, последнее сразу нейтрализуется присутствующей в растворе слабой кислотой с образованием соли,
HAn + OH-® HOH + An-
что также приводит к стабилизации рН буферного раствора. Буферные растворы широко применяются в лабораторной практике в тех случаях, когда требуется создать среду с постоянным значением рН.
В качестве примера рассмотрим титрование 100 мл. 0,1М. раствора уксусной кислоты СН3СООН, 0,1М. раствором NaOH.
При добавлении щёлочи к раствору уксусной кислоты происходит реакция.
СН3СООН + NaOH ® СН3СООNa + H2O
Из уравнения реакции видно, что СН3СООН и NaOH вступают в реакцию в соотношении 1:1, следовательно количество вступившей в реакцию кислоты равно количеству щёлочи, содержащемуся в прилитом титранте. Количество образующегося ацетата натрия СН3СООNa также равно количеству щёлочи поступившему в раствор в ходе титрования.
В точке эквивалентности уксусная кислота полностью нейтрализована и в растворе присутствует ацетат натрия. Однако реакция раствора в точке эквивалентности не является нейтральной, поскольку ацетат натрия как соль слабой кислоты подвергается гидролизу по аниону.
СН3СОО - + Н+ОН- ® СН3СООН + ОН-.
Можно показать, что концентрация ионов водорода в растворе соли слабой кислоты и сильного основания может быть рассчитана по формуле.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
CH3COOH вступившее в реакцию.
CH3COOН остающееся в растворе
1,00 10-2
1,00 10-2
0 ,100
По полученным данным строим кривую титрования слабой кислоты сильным основанием.
 |
По кривой титрования видно, что точка эквивалентности при титровании слабой кислоты сильным основанием не совпадает с точкой нейтральности и лежит в области щелочной реакции раствора.
Кривые титрования позволяют точно определить рН раствора в точке эквивалентности, что является важным для определения конечной точки титрования. Определение точки эквивалентности можно производить инструментальным методом , непосредственно измеряя рН раствора при помощи прибора рН–метра, но чаще для этих целей используют кислотно-основные индикаторы. Индикаторы по своей природе являются органическими веществами, которые изменяют свою окраску в зависимости от рН среды. Сами по себе индикаторы являются слабыми кислотами или основаниями, которые обратимо диссоциируют согласно уравнению:
НInd ® H+ + Ind-
Молекулярная и ионная формы индикатора имеют различную окраску и переходят друг в друга при определённом значении рН. Пределы рН, в которых индикатор меняет свою окраску, называются интервалом перехода индикатора. Для каждого индикатора интервал перехода является строго индивидуальным. Например, индикатор метиловый красный меняет окраску в интервале рН = 4.4 – 6,2. При рН < 4,4 индикатор окрашен в красный цвет, при рН > 6,2, в жёлтый. Фенолфталеин в кислой среде бесцветен, в интервале рН = 8 – 10 он приобретает малиновую окраску. Для того, чтобы правильно выбрать индикатор, необходимо сопоставить его интервал перехода со скачком рН на кривой титрования. Интервал перехода индикатора должен по возможности совпадать со скачком рН. Например, при титровании сильной кислоты сильным основанием скачок рН наблюдается в интервале 4-10. В данный промежуток попадают интервалы перехода таких индикаторов как метиловый красный (4,4 – 6,2), фенолфталеин (8 – 10), лакмус (5 – 8). Все эти индикаторы пригодны для установления точки эквивалентности в данном виде титрования. Такие индикаторы как ализариновый желтый (10 – 12), тимоловый голубой (1,2 – 2,8) в данном случае совершенно непригодны. Их использование даст совершенно неверные результаты анализа.
При выборе индикатора желательно, чтобы изменение окраски было наиболее контрастным и резким. С этой целью иногда применяют смеси различных индикаторов или смеси индикаторов с красителями.
3. Окислительно – восстановительное титрование .
(редоксиметрия, оксидиметрия.)
К окислительно-восстановительным, относят обширную группу методов титриметрического анализа, основанных на протекании окислительно-восстановительных реакций. В окислительно-восстановительном титровании используются различные окислители и восстановители. При этом возможно определение восстановителей титрованием стандартными растворами окислителей и наоборот, определение окислителей стандартными растворами восстановителей. Благодаря большому разнообразию окислительно-восстановительных реакций этот метод позволяет определять большое количество самых разнообразных веществ, в том числе и тех которые непосредственно не проявляют окислительно-восстановительных свойств. В последнем случае используется обратное титрование. Например, при определении кальция его ионы осаждают оксалат – ионом
Ca2+ + C2O42- ® CaC2O4¯
Избыток оксалата затем оттитровывают перманганатом калия.
Окислительно-восстановительное титрование имеет ещё ряд достоинств. Окислительно-восстановительные реакции протекают достаточно быстро, что позволяет проводить титрование всего за несколько минут. Многие из них протекают в кислой, нейтральной и щелочной средах, что значительно расширяет возможности применения данного метода. Во многих случаях фиксирование точки эквивалентности возможно без применения индикаторов, поскольку применяемые растворы титрантов окрашены (KMnO4, K2Cr2O7) и в точке эквивалентности окраска титруемого раствора изменяется от одной капли титранта. Основные виды окислительно-восстановительного титрования различают по окислителю, используемому в реакции.
Перманганатометрия.
В данном методе окислительно-восстановительного титрования окислителем служит перманганат калия KMnO4. Перманганат калия сильный окислитель. Он способен вступать в реакции в кислой, нейтральной и щелочной средах. о различных средах окислительная способность перманганата калия неодинакова. Наиболее сильно она выражена в кислой среде.
MnO4- + 8H+ +5e ® Mn+ + 4H2O
MnO4- + 2H2O + 3e ® MnO2¯ + 4OH-
MnO4- + e ® MnO42-
Перманганатометрическим методом можно определять самые разнообразные вещества: Fe2+, Cr2+, Mn2+, Cl-, Br-, SO32-, S2O32-, NO2,- Fe3+, Ce4+, Cr2O72+, MnO2, NO3-, ClO3-.и т. д. Многие органические вещества: фенолы, аминосахара, альдегиды, щавелевую кислоту и т. д.
Перманганатометрия имеет много достоинств.
1. Перманганат калия является дешёвым и легкодоступным веществом.
2. Растворы перманганата окрашены в малиновый цвет, поэтому точку эквивалентности можно установить без применения индикаторов.
3. Перманганат калия сильный окислитель и поэтому пригоден для определения многих веществ, которые не окисляются другими окислителями.
4. Титрование перманганатом можно проводить при различной реакции среды.
Перманганатометрия имеет и некоторые недостатки.
1. Перманганат калия трудно получить в химически чистом виде. Поэтому приготовить стандартный раствор по точной навеске вещества затруднительно. Для титрования используют вторичные стандарты перманганата, концентрация которых устанавливается по стандартным растворам других веществ: (NH4)2C2O4, K4, H2C2O4 и др. которые называются установочными веществами.
2. Растворы перманганата неустойчивы и при длительном хранении меняют свою концентрацию, которую необходимо периодически проверять по растворам установочных веществ.
3. Окисление перманганатом многих веществ при комнатной температуре протекает медленно и для проведения реакции требуется нагревание раствора.
Йодометрия.
В йодометрическом титровании окислителем является йод. Йод окисляет многие восстановители: SO32-, S2O32-, S2-, N2O4, Cr2+, и т. д. Но окислительная способность у йода значительно меньше, чем у перманганата. Йод плохо растворим в воде, поэтому обычно его растворяют в растворе KI. Концентрацию стандартного раствора йода устанавливают стандартным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3.
2S2O32- + I2 ® S4O62- + 2I-
При йодометрическом определении используются различные способы титрования. Вещества, легко окисляемые йодом, титруют непосредственно стандартным раствором йода. Так определяют: CN-, SO32-, S2O32-, и др.
Вещества, которые труднее окисляются йодом, титруют методом обратного титрования: к раствору определяемого вещества приливают избыток раствора йода. После окончания реакции избыточный йод отитровывают стандартным раствором тиосульфата. Индикатором в йодометрическом титровании служит обычно крахмал, который даёт с йодом характерное синее окрашивание, по появлению которого можно судить о присутствии в растворе свободного йода.
Методом косвенного йодометрического титрования определяют многие окислители: к раствору окислителя приливают определённый объём стандартного раствора йодида калия, при этом выделяется свободный йод, который затем отитровывается стандартным раствором тиосульфата. Методом косвенного титрования определяют Cl2, Br2, O3 KMnO4, BrO32- и т. д.
Достоинства йодометрического метода.
1. Йодометрический метод является очень точным и превосходит по точности другие методы окислительно-восстановительного титрования.
2. Растворы йода окрашены, что позволяет в некоторых случаях определять точку эквивалентности без применения индикаторов.
3. Йод хорошо растворим в органических растворителях, что позволяет использовать его для титрования неводных растворов.
Йодометрия имеет и некоторые недостатки.
1. Йод является летучим веществом и при титровании возможны его потери за счёт испарения. Поэтому йодометрическое титрование нужно проводить быстро и по возможности на холоду.
2. Йодид ионы окисляются кислородом воздуха, по этой причине йодометрическое титрование необходимо проводить быстро.
3. Дайте определения понятиям: первичный стандарт, вторичный стандарт, титрант, аликвотный объём, титрование.
4. Какие существуют виды титриметрического анализа, на чём основана их классификация?
5. Перечислите основные виды окислительно-восстановительного титрования. Дайте краткую характеристику перманганатометрии и йодометрии.
6. Что называется точкой эквивалентности? Какие существуют способы её установления, и какие из них использовались в данной лабораторной работе?
7. Для чего предназначены кривые титрования? Каковы принципы их построения в кислотно-основном и окислительно-восстановительном титровании?
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Титрование - это постепенное прибавление титрованного раствора реагента (титранта) к анализируемому раствору для определения точки эквивалентности. Титриметрический метод анализа основан на измерении объема реагента точно известной концентрации, затраченного на реакцию взаимодействия с определяемым веществом. Точка эквивалентности - момент титрования, когда достигнуто эквивалентное соотношение реагирующих веществ.
К реакциям, применяемым в количественном объемном анализе, предъявляют следующие требования:
1. Реакция должна протекать в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции и должна быть практически необратима. Результат реакции должен отражать количество анализируемого вещества. Константа равновесия реакции должна быть достаточно велика.
2. Реакция должна протекать без побочных реакций, иначе нельзя применять закон эквивалентов.
3. Реакция должна протекать с достаточно большой скоростью, т.е. за 1-3 секунды. Это главное достоинство титриметрического анализа.
4. Должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности. Окончание реакции должно определяться достаточно легко и просто.
Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.
1. системы
Отличительным признаком окислительно-восстановительных реакций является перенос электронов между реагирующими частицами - ионами, атомами, молекулами и комплексами, в результате чего изменяется степень окисления этих частиц, например
Поскольку электроны не могут накапливаться в растворе, одновременно должны проходить два процесса - потери и приобретения, т. е. процесс окисления одних и восстановления других частиц. Таким образом, любая окислительно-восстановительная реакция всегда может быть представлена в виде двух полуреакций:
аOx1 + bRed2 = аRed1 + bOx2
Исходная частица и продукт каждой полуреакции составляют окислительно-восстановительную пару или систему. В вышеприведенных полуреакциях Red1 является сопряженым с Ox1, а Ox2 сопряжен с Red1.
Потенциал любой окислительно-восстановительной системы, измеренный в стандартных условиях относительно водородного электрода, называют стандартным потенциалом (Е0) этой системы. Стандартный потенциал принято считать положительным, если система выступает в качестве окислителя и на водородном электроде протекает полуреакция окисления:
или отрицательным, если система играет роль восстановителя, а на водородном электроде происходит полуреакция восстановления:
Абсолютное значение стандартного потенциала характеризует «силу» окислителя или восстановителя.
Стандартный потенциал - термодинамическая стандартизированная величина - является очень важным физико-химическим и аналитическим параметром, позволяющим оценивать направление соответствующей реакции и рассчитывать активности реагирующих частиц в условиях равновесия.
Для характеристики окислительно-восстановительной системы в конкретных условиях пользуются понятием реального (формального) потенциала Е0", который соответствует потенциалу, установившемуся на электроде в данном конкретном растворе при равенстве 1 моль/л исходных концентраций окисленной и восстановленной форм потенциалопределяющих ионов и зафиксированной концентрации всех прочих компонентов раствора.
Реальные потенциалы с аналитической точки зрения более ценны, чем стандартные потенциалы, так как истинное поведение системы определяется не стандартным, а реальным потенциалом и именно последний позволяет предвидеть протекание окислительно-восстановительной реакции в конкретных условиях. Реальный потенциал системы зависит от кислотности, присутствия посторонних ионов в растворе и может изменяться в широком диапазоне.
2. Кривые титрования
В титриметрических методах расчет и построение кривой титрования дают возможность оценить, насколько успешным будет титрование, и позволяют выбрать индикатор. При построении кривой окислительно-восстановительного титрования по оси ординат откладывают потенциал системы, а по оси абсцисс - объем титранта или процент оттитровывания.
2.1 Влияние условий титрования на ход кривых
Кривая титрования построена, исходя из значений окислительно-восстановительных потенциалов, поэтому все факторы, влияющие на потенциал, будут оказывать влияние на форму кривой титрования и скачок на ней. К таким факторам относят значения стандартного потенциала систем определяемого вещества и титранта, число электронов, участвующих в полуреакциях, рН раствора, присутствие комплексообразующих реагентов или осадителей, природу кислоты. Чем большее число электронов принимает участие в окислительно-восстановительной реакции, тем более пологая кривая характеризует данное титрование. Скачок титрования тем больше, чем больше разница окислительно-восстановительных потенциалов окислителя и восстановителя. При очень малой разнице их окислительно-восстановительных потенциалов титрование невозможно. Так титрование ионов Cl- (Е = 1,36В) перманганатом (Е = 1,51) практически невозможно. Часто бывает необходимо расширить интервал потенциалов, в котором находится скачок, если он мал. В таких случаях прибегают к регулированию скачка.
Значительно влияет на размер скачка уменьшение концентрации одного из компонентов окислительно-восстановительной пары (например, с помощью комплексообразующего реагента). Предположим, что в раствор вводят фосфорную кислоту, фториды или оксалаты, образующие комплексы с железом (III) и не взаимодействующие с железом (II), при этом потенциал пары Fe3+/Fe2+ понижается. Если, например, вследствие реакции конкурирующего комплексообразования концентрация ионов Fe3+ в растворе понизится в 10 000 раз, скачок потенциала на кривой титрования начнется уже не при Е = 0,95В, а при Е = 0,71В. Окончится он, как и раньше, при Е = 1,48В. Таким образом, область скачка на кривой титрования окажется значительно расширенной.
Повышение температуры, соответственно, увеличивает потенциал системы титранта и определяемого вещества.
Итак, при выборе оптимальных условий окислительно-восстановительного титрования следует прежде всего учитывать их влияние на состояние окислительно-восстановительной системы, а следовательно, на реальный окислительно-восстановительный потенциал.
2.2 Определение точки эквивалентности
В окислительно-восстановительных методах титрования, так же как и в методах кислотно-основного взаимодействия, возможны различные способы индикации точки эквивалентности.
1. Безындикаторные методы применимы при использовании окрашенных титрантов (растворы KMnO4, I2), незначительный избыток которых придает раствору визуально фиксируемую окраску.
2. Индикаторные методы могут быть химическими, если при этом используют в качестве индикаторов химические соединения, резко изменяющие свою окраску вблизи точки эквивалентности (в пределах скачка на кривой титрования).
Иногда в окислительно-восстановительных методах титрования применяют кислотно-основные индикаторы: метиловый оранжевый, метиловый красный, конго красный и др. Эти индикаторы в конечной точке титрования необратимо окисляются избытком окислителя и при этом меняют свою окраску.
Возможно применение флуоресцентных и хемилюминесцентных индикаторов при титровании восстановителей сильными окислителями. К числу флуоресцентных индикаторов относят многие вещества (акридин, эухризин и др.), излучающие в видимой области при определенных значениях рН раствора после облучения их ультрафиолетовым излучением. Хемилюминесцентными индикаторами являются вещества (люминол, люцигенин, силоксен и др.), излучающие в видимой области спектра в конечной точке титрования вследствие экзотермических химических процессов. Хемилюминесценция наблюдается главным образом при реакциях окисления пероксидом водорода, гипохлоритами и некоторыми другими окислителями. Достоинством флуоресцентных и хемилюминесцентных индикаторов является то, что их можно применять для титрования не только прозрачных и бесцветных, но и мутных или окрашенных растворов, для титрования которых обычные редокс-индикаторы непригодны.
Индикаторные методы могут быть также физико-химическими: потенциометрические, амперометрические, кондуктометрические и др.
2.3 Окислительно-восстановительные индикаторы
Для определения точки эквивалентности в редоксиметрии используют различные индикаторы:
1. Окислительно-восстановительные индикаторы (редокс-индикаторы), изменяющие цвет при изменении окислительно-восстановительного потенциала системы.
2. Специфические индикаторы, изменяющие свой цвет при появлении избытка титранта или исчезновении определяемого вещества. Специфические индикаторы применяют в некоторых случаях. Так крахмал - индикатор на присутствие свободного йода, вернее трииодид-ионов. В присутствии крахмал при комнатной температуре синеет. Появление синей окраски крахмала связано с адсорбцией на амилазе, входящей в состав крахмала.
Иногда в качестве индикатора используют тиоцианат аммония при титровании солей железа(III), катионы с ионами образуют соединение красного цвета. В точке эквивалентности все ионы восстанавливаются до и титруемый раствор из красного становится бесцветным.
При титровании раствором перманганата калия сам титрант играет роль индикатора. При малейшем избытке KMnO4 раствор окрашивается в розовый цвет.
Редокс-индикаторы делятся на: обратимые и необратимые.
Обратимые индикаторы - обратимо изменяют свой цвет при изменении потенциала системы. Необратимые индикаторы - подвергаются необратимому окислению или восстановлению, в результате чего цвет индикатора изменяется необратимо.
Редокс-индикаторы существуют в двух формах окисленной и восстановленной, причем цвет одной формы отличается от цвета другой.
Переход индикатора из одной формы в другую и изменение его окраски происходит при определенном потенциале системы (потенциале перехода). Потенциал индикатора определяется по уравнению Нернста:
При равенстве концентраций окисленной и восстановленной форм индикатора. При этом половина молекул индикатора существует в окисленной форме, половина - в восстановленной форме. Интервал перехода индикатора (ИП) лежит в пределах отношений концентраций обеих форм индикатора от 1/10 до 10/1.
При проведении окислительно-восстановительного титрования необходимо подбирать индикатор таким образом, чтобы потенциал индикатора находился в пределах скачка потенциала на кривой титрования. Многие индикаторы окислительно-восстановительного титрования обладают кислотными или основными свойствами и могут менять свое поведение в зависимости от рН среды.
Одним из наиболее известных и употребимых редокс-индикаторов является дифениламин:
Восстановленная форма индикатора бесцветная. Под действием окислителей дифениламин сначала необратимо переходит в бесцветный дифенилбензидин, который затем обратимо окисляется до сине-фиолетового дифенилбензидинфиолетового.
Двухцветным индикатором является ферроин, представляющий собой комплекс Fe2+ с о-фенантролином
Титрование индикаторным методом возможно, если для данной реакции ЭДС? 0,4В. При ЭДС = 0,4-0,2В используют инструментальные индикаторы.
3. Классификация методов окислительно-восстановительного титрования
Если окислительно-восстановительная реакция протекает нестехеометрично или недостаточно быстро, применяют косвенные способы титрования: обратное титрование и титрование по замещению. Например, при цериметрическом определении Fe3+ используют способ титрования по замещению:
Fe3+ +Ti3+ = TiIV + Fe2+ + + CeIV = Fe3+ + Ce3+.3+ не мешает титрованию.
Окислительно-восстановительное титрование возможно, если в растворе присутствует одна подходящая степень окисления определяемого компонента. В противном случае до начала титрования необходимо провести предварительное восстановление (окисление) до подходящей степени окисления, как это делают, например, при анализе смеси Fe2+ и Fe3+ методом перманганатометрии. Предварительное восстановление (окисление) должно обеспечить количественный перевод определяемого элемента в нужную степень окисления.
Вводимый для этой цели реагент должен представлять собой такое соединение, от избытка которого перед началом титрования легко освободиться (кипячением, фильтрованием и др.). В некоторых случаях методом редоксиметрии определяют соединения, не изменяющие своей степени окисления.
Так, титрованием по замещению, определяют ионы кальция, цинка, никеля, кобальта и свинца в перманганатометрии, сильные кислоты - в иодометрии.
Таблица 1
Методы окислительно-восстановительного титрования
|
Название метода |
Стандартный раствор (титрант) |
Уравнения полуреакций системы титранта |
Особенности метода |
||
|
Стандартный раствор - окислитель |
|||||
|
Перманганато-метрия |
MnO4?+ 8H+ + 5e? = Mn2++ 4H2O MnO4?+ 4H+ + 3e? = MnO2 + 2H2O MnO4?+ 2H2O + 3e? = MnO2+ 4OH? |
Безындикаторный метод, используется в широкой области рН |
|||
|
Броматометрия |
BrO3?+ 6H+ + 6e? = Br?+ 3H2O |
Индикатор - мети-ловый оранжевый. Среда - сильнокислая |
|||
|
Цериметрия |
Ce4+ + e? = Ce3+ |
Индикатор - ферроин. Среда - сильнокислая |
|||
|
Хроматометрия |
Сr2O72?+ 14H+ + 6e? = 2Cr3++2H2O |
Индикатор - дифе-ниламин. Среда? сильнокислая |
|||
|
Нитритометрия |
NO2- + 2H+ + e? = NO + H2O |
Внешний индикатор - иодид- крахмаль-ная бумага. Среда? слабокислая |
|||
|
Иодиметрия |
Индикатор - крахмал |
||||
|
Стандартный раствор - восстановитель |
|||||
|
Аскорбино-метрия |
С6H6O6 +2H+ +2 e? = С6H8O6 |
Индикаторы - вари-аминовый синий или для определе-ния ионов Fe3+ роданид калия. Среда - кислая |
|||
|
Титанометрия |
TiO2+ + 2H+ + e? =Ti3+ + H2O |
Индикатор - мети-леновый голубой. Среда - кислая |
|||
|
Иодометрия |
S4O62?+ 2e? = 2S2O32? |
Индикатор - крах-мал. Вспомогатель-ный реагент - KI. Среда - слабокислая или нейтральная |
4. Перманганатометрия
Перманганатометрия - один из наиболее часто применяемых методов окислительно-восстановительного титрования. В качестве титранта используют раствор перманганата калия, окислительные свойства которого можно регулировать в зависимости от кислотности раствора.
4.1 Особенности метода
Наибольшее распространение в аналитической практике получил перманганатометрический метод определения в кислых средах: восстановление MnO4- до Mn2+ проходит быстро и стехиометрично:
Особенностью метода является сильное влияние концентрации ионов водорода на стандартный потенциал системы MnO4-/ Mn2+. При титровании в сильнокислых средах чаще всего используют серную кислоту. Хлороводородную и азотную кислоты применять не следует, так как в их присутствии могут идти конкурирующие окислительно-восстановительные реакции. Восстановление перманганат-иона в щелочной среде протекает последовательно: сначала до манганат-иона MnO42-, а затем до диоксида марганца MnO2:
Количественно восстановление перманганата в щелочной среде до манганата протекает в присутствии соли бария. Ba(MnO4)2 растворим в воде, в то время как ВаMnO4 - нерастворим, поэтому дальнейшее восстановление MnVI из осадка не происходит.
Перманганатометрически в щелочной среде, как правило, определяют органические соединения: формиат, формальдегид, муравьиную, коричную, винную, лимонную кислоты, гидразин, ацетон и др.
Индикатором конца титрования служит бледно-розовая окраска избытка титранта КMnO4 (одна капля 0,004 М раствора титранта придает заметную окраску 100 мл раствора). Поэтому, если титруемый раствор бесцветен, о достижении точки эквивалентности можно судить по появлению бледно-розовой окраски избытка титранта КMnO4 при титровании прямым способом или по исчезновению окраски при реверсивном титровании. При анализе окрашенных растворов рекомендуется использовать индикатор ферроин.
К достоинствам перманганатометрического метода относят:
1. Возможность титрования раствором КMnO4 в любой среде (кислой, нейтральной, щелочной).
2. Применимость раствора перманганата калия в кислой среде для определения многих веществ, которые не взаимодействуют с более слабыми окислителями.
Наряду с перечисленными достоинствами метод перманганатометрии имеет ряд недостатков:
1. Т итрант КMnO4 готовят как вторичный стандарт, поскольку исходный реагент - перманганат калия - трудно получить в химически чистом состоянии.
2. Реакции с участием MnO4- возможны в строго определенных условиях (рН, температура и т. д.).
4.2 Применение метода
1. Определение восстановителей. Если окислительно-восстановительная реакция между определяемым восстановителем и MnO4- протекает быстро, то титрование проводят прямым способом. Так определяют оксалаты, нитриты, пероксид водорода, железо (II), ферроцианиды, мышьяковистую кислоту и др.:
Н2О2 + 2MnO4- + 6Н+ = 5О2 + 2Мn2+ + 8Н2О
54- + MnO4- + 8H+ = 53- + 2Mn2+ + 4H2O
AsIII + 2MnO4- + 16H+ = 5AsV + 2 Mn2+ + 8H2O
5Fe2+ + MnO4- +8H+ = 5Fe3+ + 2Мn2+ + 4Н2О
2. Определение окислителей. Добавляют избыток стандартного раствора восстановителя и затем титруют его остаток раствором KMnO4 (способ обратного титрования). Например, хроматы, персульфаты, хлориты, хлораты и другие окислители можно определять перманганатометрическим методом, подействовав сначала избытком стандартного раствора Fe2+, а затем оттитровав непрореагировавшее количество Fe2+ раствором KMnO4:
Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O + (Fe2+) - избыток-
Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O - остаток
3. Определение веществ, не обладающих окислительно-восстановительными свойствами, проводят косвенным способом, например титрованием по замещению. Для этого определяемый компонент переводят в форму соединения, обладающего восстановительными или окислительными свойствами, а затем проводят титрование. Например, ионы кальция, цинка, кадмия, никеля, кобальта, осаждают в виде малорастворимых оксалатов:
М2+ + С2О4- = vМС2О4
Осадок отделяют от раствора, промывают и растворяют в H2SO4:
МС2О4 + H2SO4 = H2C2O4 + MSO4
Затем H2C2O4 (заместитель) титруют раствором KMnO4:
2MnO4- + 5С2O42- + 16H+ = 2Mn2+ +10CO2 + 8H2O
4. Определение органических соединений. Отличительной особенностью реакций органических соединений с MnO4- является их малая скорость. Определение возможно, если использовать косвенный способ: анализируемое соединение предварительно обрабатывают избытком сильнощелочного раствора перманганта и дают возможность реакции протекать необходимый период времени. Остаток перманганата титруют раствором оксалата натрия:
С3Н5(ОН)3 + 14MnO4- + 20OH- = 3CO32- + 14MnO42- + 14H2O +
(MnO4-), избыток остаток
2MnO4- + 5С2O42- + 16H+ = 2Mn2+ +10CO2 + 8H2O остаток
окислительный восстановительный титриметрический
5. Суть и классификация осадительных методов
Методы осадительного титрования - это методы титриметрического анализа, в которых применяются титранты, которые образуют осадки с определяемыми веществами.
Требования к реакциям и определяемым веществам:
1. Определяемое вещество должна быть хорошо растворимо в воде и должно образовывать ионы, которые были бы активными в реакциях осаждения.
2. Получаемый в реакции осадок должен быть практически нерастворимым (ПР < 10 -8 ? - 10 , S < 10 -5).
3. Результаты титрования не должны искажаться явлениями адсорбции (соосаждение).
4. Выпадание осадка должно происходить достаточно быстро (т.е. не должны образовываться пересыщенные растворы).
5. Должна быть возможность фиксации точки эквивалентности.
Классификация методов осадительного титрования в зависимости от используемых титрантов:
Аргентометрия (титрант AgNO 3) ;
Меркурометрия (титрант Hg 2 (NO 3) 2);
Тиоцианатометрия (титрант NH 4 SCN);
Сульфатометрия (титранты H 2 SO 4 , BaCl 2);
Хроматометрия (титрант K 2 CrO 4);
Гексацианоферратометрия (титрант K 4 ).
6. Кривые титрования и их анализ
Построение кривых титрования осуществляется на основании расчетов согласно правилу произведения растворимости и соответственно.
Кривая титрования строится в координатах, которые показывают изменение концентрации определяемого иона в зависимости от объема добавленного титранта.
Чем больше скачок титрования на кривой, тем более широкие возможности для выбора соответствующего индикатора.
Факторы, которые влияют на величину скачка на кривых осадительного титрования:
1. Концентрация растворов титранта и определяемого иона Чем выше концентрация, тем больше скачок на кривой титрования.
2. Растворимость осадка, который образуется в процессе титрования (чем меньше растворимость, тем больше скачок титрования).
Зависимость величины скачка титрования от растворимости труднорастворимого электролита.
3. Температура
Чем выше температура, тем больше растворимость осадка и тем меньше скачок на кривой титрования. Титрование проводят при комнатной температуре.
4. Ионная сила раствора
Влияние относительно незначительное, так как ионная сила раствора, по сравнению с другими факторами, не так сильно изменяет растворимость осадка; тем не менее, чем выше ионная сила раствора, тем выше растворимость и меньше скачок титрования.
7. Аргентометрия
Аргентометрия - метод осадительного титрования, который базируется на реакциях образования трудно растворимых солей Аргентума:
X - + Ag + = AgХ,
где X - = Cl - , Br - , I - , CN - , SCN - и др.
Титрант: AgNO 3 - вторичный стандартный раствор.
Стандартизация: за первичным стандартным раствором натрий хлорида NaCl:
Индикатором при стандартизации есть 5 % калий хромат K 2 CrО 4 . Титрование проводят до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата:
В зависимости от способа проведения титрования и используемого индикатора методы аргентометрии классифицируют на:
Безиндикаторные: - метод Гей-Люссака (метод равного помутнения)
Метод до точки просветления
Индикаторные: - метод Мора
Метод Фаянса - Фишера - Ходакова
Метод Фольгарда
Метод Мора
Титрант: AgNO 3 - втор. станд. раствор.
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором есть 5% калий хромат K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 ?+ 2KNO 3
Определяемые вещества: хлориды Cl - , бромиды Br - .
Среда: рН~ 6,5-10,3.
Применение: количественное определение натрий хлорида, калий хлорида, натрий бромида, калий бромида в субстанция лекарственных веществ.
Ограничения применения:
1. Нельзя титровать кислые растворы:
2CrО 4 2- + 2H + = Cr 2 O 7 2- + H 2 O
2. Нельзя титровать в присутствии аммиака и других ионов, молекул, которые могут выступать лигандами по отношению к ионам аргентума в реакциях комплексообразования.
3. Нельзя титровать в присутствии многих катионов (Ba 2+ , Pb 2+ , и др.), которые образуют окрашенные осадки с хромат - ионами CrО 4 2- .
4. Нельзя титровать в присутствии восстановителей, которые реагируют с хромат-ионами CrО 4 2- , превращая их в ионы Cr 3+ .
5. Нельзя титровать в присутствии многих анионов (PO 4 3- , AsО 4 3- , AsО 3 3- , S 2- и др.), которые с ионами аргентума образуют окрашенные осадки аргентума.
Метод Фаянса-Фишера-Ходакова
Титрант: AgNO 3 - втор. станд. раствор
Стандартизация за перв. станд. раствором натрий хлорида NaCl методом пипетирования:
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором при стандартизации есть 5% раствор калий хромата K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 ?+ 2KNO 3
Среда: рН~ 6,5-10,3 при определении хлоридов и рН~ 2,0-10,3 при определении бромидов и йодидов.
Индикаторы метода:
Флуоресцеин при определении хлоридов;
Эозин при определении бромидов и йодидов.
Механизм действия индикаторов: адсорбционный. Адсорбционные индикаторы - это индикаторы, адсорбция или десорбция которых осадком сопровождается изменением окраски в Т.Э. или вблизи нее.
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
HInd х H + + Ind - .
Условия проведения титрования:
1. Кислотность растворов
2. Концентрация реагирующих растворов
3. Учет адсорбционной способности индикаторов и присутствующих в растворе ионов.
4. Титрование вблизи т.э. следует проводить медленно
5. Титрование с адсорбционными индикаторами проводят в рассеянном свете.
Применение: количественное определение хлоридов, бромидов, йодидов, тиоцианатов, цианидов.
Метод Фольгарда
Титранты: AgNO 3 , аммоний или калий тиоцианат NH 4 SCN, KSCN - вторичные стандартные растворы.
Стандартизация AgNO 3 за перв. станд. раствором NaCl методом пипетирования:
AgNO 3 + NaCl = AgCl? + NaNO 3
Индикатором при стандартизации AgNO 3 есть 5 % раствор калий хромата K 2 CrО 4 (до появления коричнево-красного осадка аргентум хромата):
2AgNO 3 + K 2 CrО 4 = Ag 2 CrО 4 + 2KNO 3
Стандартизация NH 4 SCN, KSCN за стандартным раствором AgNO 3:
AgNO 3 + NH 4 SCN = AgSCN + NH 4 NO 3
Индикатором при стандартизации аммоний или калий тиоцианата являются соли ферума (ІІІ) (например, NH 4 Fe(SO 4) 2 12H 2 O в присутствии нитратной кислоты):
Fe 3+ + SCN - = 2+
Титруют до появления слабо розовой окраски.
Среда: нитратнокислая.
Индикаторы метода: соли ферума (ІІІ) NH 4 Fe(SO 4) 2 ?12H 2 O в присутствии нитратной кислоты.
Определяемые вещества: галогенид-ионы, цианиды, тиоцианаты, сульфиды, карбонаты, хроматы, оксалаты, арсенаты и др.
Hal - + Ag + (избыток) = AgHal
Ag + (остаток) + SCN - = AgSCN,
а после точки эквивалентности:
Fe 3+ + SCN - = 2+
(розово-красная окраска)
При определении йодидов индикатор прибавляют в конце титрования, во избежание параллельной реакции:
2Fe 3+ + 2I - = 2Fe 2+ + I 2
Преимущества метода Фольгарда - возможность титрования:
В очень кислых растворах;
В присутствии многих катионов, которые мешали при определении по методу Мора (катионы бария, плюмбума и др., которые образовывали окрашенные осадки хроматов).
8. Меркурометрия
Меркурометрия - это метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорастворимых осадком солей меркурия (І) Hg 2 2+ :
2Cl - + Hg 2 2+ = Hg 2 Cl 2 Ї ПР = 1,3Ч10 -18
2I - + Hg 2 2+ = Hg 2 I 2 Ї ПР = 4,5 Ч10 -29
Титрант: втор. станд. раствор Hg 2 (NO 3) 2 .
Стандартизация: за стандартным раствором NaCl:
Hg 2 (NO 3) 2 + 2NaCl = Hg 2 Cl 2 Ї + 2NaNO 3
Индикаторы: 1) раствор ферум (ІІІ) тиоцианата (от красного до обесцвечивания)
2Fe(SCN) 2+ + Hg 2 2+ = Hg 2 (SCN) 2 Ї + 2Fe 3+ ;
1-2% спиртовый раствор дифенилкарбазона (до появления синей окраски).
Для учета объема титранта, который израсходовано на титрование индикатора титруют “слепую пробу”:
2) Индикатор прибавляют перед окончанием титрования, так как если его прибавить сначала, то может задолго до т.э. образоваться дифенилкарбазид меркурия (ІІ) и дать синюю окраску скорее, чем будет оттитрован галогенид.
Определяемые вещества: хлориды и йодиды.
Среда: очень кислая (может быть до 5 моль/л ионов H +).
Недостаток: соли Меркурия (І) - очень токсичны.
9. Сульфатометрия
Сульфатометрия - метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорастворимых солей - сульфатов.
Иногда выделяют бариметрию - метод осадительного титрования, который базируется на использовании реакций образования труднорасторимых солей бария.
В основе метода лежит реакция образования осадка барий сульфата:
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 Ї
определ. вещество титрант
Титранты: втор. станд. растворы H 2 SO 4 , Ba(NO 3) 2 , BaCl 2 .
Стандартизация: раствор H 2 SO 4 по Na 2 B 4 O 7 или Na 2 CO 3 с метиловым оранжевым; Ba(NO 3) 2 и BaCl 2 по H 2 SO 4 с нитрхромазо или ортаниловым А.
Индикаторы: применяют металлохромные индикаторы (изменяют свою окраску в присутствии ионов металлов) - нитрхромазо (ортаниловый С), ортаниловый А. Эти индикаторы в растворе окрашены в розовый цвет, а в присутствии катионов бария в фиолетовый цвет.
Определяемые вещества в прямом титровании:
сульфатной кислотой - содержание бария;
барий хлоридом или барий нитратом - содержание сульфатов.
Заключение
Из титриметрических методов анализа окислительно-восстановительное титрование является широко распространенным, границы применения этого метода шире, чем кислотно-основного или комплексонометрического методов. Благодаря большому разнообразию окислительно-восстановительных реакций этот метод позволяет определять большое количество самых разнообразных веществ, в том числе и тех, которые непосредственно не проявляют окислительно-восстановительных свойств.
Перманганатометрия используется для определения общей окисляемости воды и почвы. При этом с MnO4--ионом в кислой среде реагируют все органические компоненты (в том числе гуминовые кислоты почв и природных вод). Число миллимоль эквивалентов KMnO4, пошедших на титрование, и является характеристикой окисляемости (по перманганату).
Перманганатометрию применяют и для анализа легко окисляющихся органических соединений (альдегидов, кетонов, спиртов, карбоновых кислот: щавелевой, винной, лимонной, яблочной, а также гидразогрупп). В пищевой промышленности перманганатометрию можно использовать для определения содержания сахара в пищевых продуктах и сырье, содержания нитритов в колбасных изделиях.
В металлургической промышленности методом перманганатометрии определяют содержание железа в солях, сплавах, металлах, рудах и силикатах.
Список литературы
1. Аналитическая химия. Химические методы анализа/ под ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 1992, 400 с.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. М.: Высшая школа, 1989, 320 с.
3. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы химического анализа/ под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2000, 494 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Отличительные признаки окислительно-восстановительных реакций. Схема стандартного водородного электрода. Уравнение Нернста. Теоретические кривые титрования. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, перманганатометрия.
курсовая работа , добавлен 06.05.2011
Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, йодометрия и дихроматометрия. Окраска окисленной и восстановленной формы. Фиксирование точки эквивалентности.
реферат , добавлен 23.02.2011
Особенности методов окислительно-восстановительного титрования. Основные требования к реакциям, константа равновесия. Характеристика видов окислительно-восстановительного титрования, его индикаторы и кривые. Приготовление и стандартизация растворов.
курсовая работа , добавлен 25.12.2014
Классификация методов титраметрического анализа. Сущность метода "нейтрализации". Приготовление рабочих растворов. Расчет точек и построение кривых кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Достоинства и недостатки йодометрии.
курсовая работа , добавлен 17.11.2013
Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Факторы, оказывающие влияние на скорость реакции. Специфические и редокс-индикаторы. Сущность перманганатометрии, иодометрии, дихроматометрии. Приготовление раствора дихромата калия.
презентация , добавлен 19.03.2015
Метод кислотно-основного титрования: понятие и содержание, основные этапы и принципы реализации, предъявляемые требования, главные условия и возможности применения. Расчет рН растворов. Построение кривых титрования. Выбор индикатора и его обоснование.
презентация , добавлен 16.05.2014
Понятие титраметрического анализа. Окислительно-восстановительное титрование, его виды и условия проведения реакций. Расчет точек кривой титрования, потенциалов, построение кривой титрования. Подборка индикатора, расчет индикаторных ошибок титрования.
курсовая работа , добавлен 10.06.2012
Титриметрический метод анализа. Теория броматометрического метода анализа. Техника титрования. Достоинства и недостатки броматометрического метода. Фенолы. Определение фенола. Химические реакции, используемые в методах титриметрии.
курсовая работа , добавлен 26.03.2007
Классификация окислительно-восстановительного титрования; его применение в фармацевтическом анализе, при определении окисляемости воды и органических соединений. Рассмотрение редокс-титрования на примере цериметрии. Титрование соли железа сульфатом церия.
курсовая работа , добавлен 12.09.2012
Определение кристаллизационной воды в хлориде бария. Установка титра рабочего раствора соляной кислоты. Метод кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Определение содержания ионов в растворе методом качественного анализа.
Цель работы: приобретение навыков в применении одного из методов количественного анализа – титриметрического, и обучение элементарным приемам статистической обработки результатов измерений.
Теоретическая часть
Титриметрический анализ - это метод количественного химического анализа, основанный на измерении объема раствора реактива с точно известной концентрацией, расходуемого для реакции с определяемым веществом.
Титриметрическое определение вещества проводится титрованием - добавлением одного из растворов к другому небольшими порциями и отдельными каплями при постоянном фиксировании (контроле) результата.
Один их двух растворов содержит вещество в неизвестной концентрации и представляет собой анализируемый раствор.
Второй раствор содержит реагент с точно известной концентрацией и называется рабочим раствором, стандартным раствором или титрантом.
Требования к реакциям, применяемым при титриметрическом анализе:
1. Возможность фиксировать точку эквивалентности, наиболее широко используют наблюдение за его окраской, которая может меняться при следующих условиях:
Одно из реагирующих веществ окрашено, и окрашенный реагент в процессе реакции изменяет свой цвет;
Применяемые вещества – индикаторы - изменяют окраску в зависимости от свойств раствора (например, в зависимости от реакции среды).
2. Количественное течение реакции, вплоть до равновесия, характеризуемого соответствующей величиной константы равновесия
3. Достаточная скорость химической реакции, т.к. фиксировать точку эквивалентности при медленно текущих реакциях крайне трудно.
4. Отсутствие побочных реакций, при которых точные вычисления невозможны.
Методы титриметрического анализа можно классифицировать по характеру химической реакции, лежащей в основе определения веществ: кислотно-основного титрования (нейтрализации), осаждения, комплексообразования, окисления-восстановления.
Работа с растворами .
Мерные колбы предназначены для измерения точного объема жидкости. Они представляют собой круглые плоскодонные сосуды с узким длинным горлом, на котором имеется метка, до которой следует наполнять колбу (рис. 1).
Рис.1 Мерные колбы
Техника приготовления растворов в мерных колбах из фиксаналов.
Для приготовления раствора из фиксанала ампулу разбивают над воронкой, вставленной в мерную колбу, содержимое ампулы смывают дистиллированной водой; затем растворяют его в мерной колбе. Раствор, находящийся в мерной колбе, доводят до метки. После доведения уровня жидкости до метки раствор в колбе хорошо перемешивают.
Бюретки представляют собой тонкие стеклянные трубки, градуированные в миллилитрах (рис. 2). К нижнему, слегка суженному концу бюретки припаян стеклянный кран или присоединен резиновый шланг с шариковым затвором и стеклянным носиком. Для работы выбирают бюретку в зависимости от объема раствора, применяемого в анализе.
Рис.2. Бюретки
Порядок работы с бюреткой
1. Бюретку промывают дистиллированной водой.
2. Подготовленную к работе бюретку закрепляют вертикально в штативе, с помощью воронки наливают в бюретку раствор так, чтобы его уровень был выше нулевой отметки.
3. Из нижнего оттянутого конца бюретки удаляют пузырьки воздуха. Для этого отгибают его кверху и выпускают жидкость до тех пор, пока весь воздух не будет удален. Затем опускают капилляр вниз.
4. Уровень жидкости в бюретке устанавливают на нулевое деление.
5. При проведении титрования нажимают на резиновую трубку сбоку от шарика и сливают жидкость из бюретки в колбу, вращая последнюю. Сначала титрант, находящийся в бюретке, сливают тонкой струйкой. Когда же окраска индикатора в месте падения капель титранта начнет изменяться, раствор приливают осторожно, по каплям. Титрование прекращают, когда наступает резкое изменение окраски индикатора от приливания одной капли титранта, и записывают объем израсходованного раствора.
6. По окончании работы титрант из бюретки сливают, бюретку промывают дистиллированной водой.
Метод кислотно-основного титрования (нейтрализации)
Метод кислотно-основного титрования основан на реакции взаимодействия кислот и оснований, т.е. на реакции нейтрализации:
H + + OH¯ = H 2 O
При выполнении данного задания используется метод кислотно-основного титрования, основанный на применении реакции нейтрализации:
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Метод заключается в том, что к раствору определяемого вещества - гидроксида натрия – постепенно прибавляют раствор серной кислоты известной концентрации. Добавление раствора кислоты продолжают до тех пор, пока его количество не станет эквивалентным количеству реагируемого с ним гидроксида натрия, т.е. до нейтрализации щёлочи. Момент нейтрализации устанавливают по изменению окраски индикатора, прибавляемого в титруемый раствор. По закону эквивалентов в соответствии с уравнением:
С н(к-ты) · V (к-ты) = C н (щелочи) · V (щелочи)
С н(к-ты) и C н (щелочи) – молярные концентрации эквивалентов реагирующих растворов, моль/л;
V (к-ты) и V (щелочи) – объёмы реагирующих растворов, л (мл).
С (NaOH) и 
- молярные концентрации эквивалента NaOH и H 2 SO 4 в реагирующих растворах, моль/л;
V (NaOH) и 
) - объёмы реагирующих растворов щёлочи и кислоты, мл.
Примеры решения задач.
1. На нейтрализацию 0,05 л раствора кислоты израсходовано 20 см 3 0,5н раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
2. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 60см 3 0,4н раствора серной кислоты прибавить 120см 3 0,3н раствора гидроксида калия?
Решение задач по определению рН раствора, концентраций различного типа представлено в методическом пособии .
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Получите у лаборанта колбу с раствором щёлочи неизвестной концентрации. Пробы анализируемого раствора отмерьте мерным цилиндром по 10 мл в три конические колбы для титрований. В каждую из них добавьте 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. Раствор приобретёт жёлтую окраску (метилоранж жёлтый в щелочной среде и оранжево-красный в кислой).
Приготовьте к работе установку для титрований (рис.3) Бюретку ополосните дистиллированной водой, а затем заполните раствором серной кислоты точно известной концентрации (молярная концентрация эквивалента H 2 SO 4 указана на склянке) выше нулевого деления. Каучуковую трубку со стеклянным наконечником отогните вверх и, оттягивая резину от стеклянной оливы, закрывающей выход из бюретки, медленно выпускайте жидкость так, чтобы после заполнения наконечника в нём не осталось пузырьков воздуха. Избыток раствора кислоты выпустите из бюретки в подставленный стакан, при этом нижний мениск жидкости в бюретке должен установиться на нулевом делении.
Одну из колб раствора щёлочи подставьте под наконечник бюретки на лист белой бумаги и приступайте непосредственно к титрованию: одной рукой медленно подавайте кислоту из бюретки, а другой непрерывно перемешивайте раствор круговым движением колбы в горизонтальной плоскости. В конце титрования раствор кислоты из бюретки следует подавать по каплям до тех пор, пока от одной капли раствор примет неисчезающую оранжевую окраску.
Определите объём кислоты, израсходованный на титрование, с точностью до 0,01мл. Отсчёт делений бюретки производите по нижнему мениску, при этом глаз должен находиться на уровне мениска.
Повторите титрование ещё 2 раза, начиная каждый раз с нулевого деления бюретки. Результаты титрований запишите в таблицу 1.
Концентрацию раствора щёлочи вычислите по формуле:
Таблица 1
Результаты титрования раствора гидроксида натрия
Проведите статистическую обработку результатов титрований по методике, описанной в приложении. Результаты статистической обработки экспериментальных данных сведите в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты статистической обработки экспериментальных данных титрования раствора гидроксида натрия. Доверительная вероятность α = 0,95.
| n | S x |  |
||
Запишите результат определения молярной концентрации эквивалента NaOH в анализируемом растворе в виде доверительного интервала.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Раствор гидроксида калия имеет рН =12. Концентрация основания в растворе при 100% диссоциации равна … моль/л.
1) 0,005; 2) 0,01; 3) 0,001; 4) 1·10 -12 ; 5) 0,05.
2. На нейтрализацию 0,05 л раствора кислоты израсходовано 20 см 3 0,5 н раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
1) 0,2 н; 2) 0,5 н; 3) 1,0 н; 4) 0,02 н; 5) 1,25 н.
3. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см 3 0,3 н раствора серной кислоты прибавить 125 см 3 0,2 н раствора гидроксида калия?
1) 0,0025 г щелочи; 2) 0,0025 г кислоты; 3) 0,28 г щелочи; 4) 0,14 г щелочи; 5) 0,28 г кислоты.
4. Метод анализа, основанный на определении повышения температуры кипения, называется…
1) спектрофотометрический; 2) потенциометрический; 3) эбулиоскопический; 4) радиометрический; 5) кондуктометрический.
5. Определить процентную концентрацию, молярность и нормальность раствора серной кислоты, полученного при растворении 36 г кислоты в 114 г воды, если плотность раствора 1,031 г/см 3 .
1) 31,6 ; 3,77; 7,54 ; 2) 31,6; 0,00377; 0,00377 ;
3) 24,0 ; 2,87; 2,87 ; 4) 24,0 ; 0,00287; 0,00287;
5) 24,0; 2,87; 5,74.
Титриметрический анализ – метод определения количества вещества путем точного измерения объема растворов веществ, вступающих между собой в реакцию.
Титр – количество г. вещества содержащегося в 1 мл. раствора или эквивалентное определяемому веществу. Например, если титр H 2 SO 4 равен 0,0049 г/мл, это значит, что каждый мл раствора содержит 0,0049 г. серной кислоты.
Раствор, титр которого известен, называется титрованным. Титрование – процесс добавления к исследуемому раствору или его аликвотной части эквивалентного количества титрованного раствора. При этом используются стандартные растворы – фиксаналы – растворы с точной концентрацией вещества (Na 2 CO 3 , HCl).
Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям:
высокая скорость реакции;
реакция должна протекать до конца;
реакция должна быть высоко стехиометричной;
иметь удобный метод фиксирования конца реакции.
HCl + NaOH → NaCl + H 2 O
Главная задача титриметрического анализа – не только использовать раствор точно известной концентрации (фиксанал), но и правильно определить точку эквивалентности.
Существует несколько способов зафиксировать точку эквивалентности:
По собственной окраске ионов определяемого элемента, например марганца в виде аниона MnO 4 -
По веществу-свидетелю
Пример: Ag + + Cl - " AgCl $
Ag + + CrO 4 " Ag 2 CrO 4 $ (ярко оранжевая окраска)
В колбу, где требуется определить ион хлора, добавляют небольшое количество соли K 2 CrO 4 (свидетель). Затем из бюретки постепенно добавляют исследуемое вещество, при этом первыми в реакцию вступают ионы хлора и образуется белый осадок (AgCl), т. е. ПР AgCl << ПР Ag2Cr O4.
Таким образом, лишняя капля нитрата серебра даст ярко оранжевую окраску, т. к. весь хлор уже прореагировал.
III . С помощью индикаторов : например, при реакции нейтрализации используют кислотно-щелочные индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метил оранж – органические соединения изменяющие окраску при переходе от кислой к щелочной среде.
Индикаторы – органические красители, которые меняют свою окраску при изменении кислотности среды.
Схематически (опуская промежуточные формы) равновесие индикатора можно представить как кислотно-основную реакцию
HIn +H 2 O In - + H 3 O +
H 2 O
H +
+ OH -
H +
+ H 2 O
H 3 O +
На область перехода окраски индикатора (положение и интервал) влияют все факторы, от которых зависит константа равновесия (ионная сила, температура, посторонние вещества, растворитель), а также индикатора.
Классификация методов титриметрического анализа.
кислотно-основное титрование (нейтрализация): этим методом определяют количество кислоты или щёлочи в анализируемом растворе;
осаждение и комплексообразование (аргентометрия)
Ag + + Cl - " AgCl $
окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия):
а) перманганатометрия (KMnO 4);
б) йодометрия (Y 2);
в) броматометрия (KBrO 3);
г) дихроматометрия (K 2 Cr 2 O 7);
д) цериметрия (Ce(SO 4) 2);
е) ванадометрия (NH 4 VO 3);
ж) титанометрия (TiCl 3) и т.д.
