Расчеты в кислотно-основном титровании
Понятия ‘эквивалент” и “молярная масса эквивалента” являются фундамен-тальными в аналитической химии. Во всех реакциях массы взаимодействую-щих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов (закон экви-валентов):
m(В) M(1/z В)
----------- = --------------
m(А) M(1/z А)
где m (В) и m(А) – массы взаимодействующих веществ В и А, г
M (1/z В) и M(1/z А) –молярные массы эквивалентов веществ В и А, моль/л
Эквивалентом в кислотно-основных реакциях называется реальная или ус-ловная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентной одному иону водорода. При использовании термина “эквивалент” необходимо указывать, к какой конкретно реакции он от-носится.
Так, при нейтрализации молекулы фосфорной кислоты двумя молекулами щелочи в реакции:
H3PO4 +2 NaOH = Na2HPO4+2 H2O
замещается два иона водорода. Следовательно, эквивалент фосфорной кислоты в данной реакции равен 1/2 молекулы H3PO4 , а молярная масса эквивалента
(массса моля эквивалента ) равна 1/2 M( H3PO4 ), то есть 49 г/моль. Отношение 1/z называется фактором эквивалентности. Очевидно, он характеризует коли-чественную связь между молекулой вещества, его эквивалентом, а также мо-лярной массой вещества и его молярной массой эквивалента.
Все расчеты в титриметрическом анализе базируются на законе эквивалентов. При этом используются две основные схемы расчетов, основанные на исполь-зовании “титра титранта по анализируемому веществу” и “молярной концентра-ции эквивалента титранта”.
-7-
Схема 1.
Под титром титранта по анализируемому веществу (титр соответствия) по- нимают массу анализируемого вещества (в граммах), реагирующего с I мл ста-ндартного раствора (титранта).
Например, при титровании раствора гидроксида натрия 0,1н соляной кислотой:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
ее титр рассчитывают, исходя из следующих соображений.
По реакции на I моль гидроксида натрия идёт один моль кислоты. В I мл титранта cодержится 10 -4 моль HCl. С этим количеством прореагирует также 10 -4 моль NaOH или по массе: 40 г/моль · 10 -4 моль= 4 · 10 -3 г. То есть с 1 мл раствора НCl реагирует 0,00010г NaOH.
В общем виде титр титранта ( В ) по анализируемому веществу (А ) опреде-ляется по формуле:
C(1/z ·В) · M(1/z · А) 1.5.1.
TВ/А = ------------------------------ , г/мл
где C ( 1/z В )-молярная концентрация эквивалента титранта, моль/л
М ( 1/z А )-молярная масса эквивалента анализируемого вещества, г/моль
Зная титр, легко рассчитать массу анализируемого вещства mT (А) в титруе-мом объеме:
mT (А)=Vр-ра(В)·TВ/А 1.5.2
где Vр-ра(В)- объем титранта (мл), пошедший на титрование
Титруемый объем Vт (А) является частью объема всей пробы Vп (А), поэтому массу анализируемого вещества (mп) в пробе можно рассчитать по формуле :
Vр-ра (В) · Tв/А · Vп(А) 1.5.3.
mп (А) = -----------------------------------
Vт (А)
При выводе данных формул принималось, что концентрация титранта точно равна 0,1 н. Однако, в аналитической практике никогда не удается получить концентрацию, точно 0,1н. Фактически концентрация или несколько больше, или несколько меньше этой величины.
-8-
Например, 0,095 или 0,105. Для того, чтобы не рассчитывать каждый раз титр, вводится поправочный коэффициент, представляющий собой отношение фактической концентрации к точной:
Сф
К = ----------
Ст
Следовательно, поправочный коэффициент может быть больше или меньше единицы.
В этой связи расчетная формула примет вид:
Vр-ра (А) · K· TВ/А · VП (А) 1.5.4.
mп (А)= -----------------------------------
VT(А)
СХЕМА 2
Если концентрация титранта выражена в молях эквивалента на литр
(нормальная концентрация), то можно воспользоваться соотношением:
C(1/z В) · Vр-ра(В) =C(1/z А) V р-ра (А)
Откуда:
C(1/z В) · Vр-ра(В) 1.5.5.
С (1/z А) = ------------------------------
Vр-ра(А)
где:
С ( 1/z В) - молярная концентрация эквивалента титранта
С ( 1/z · А) – молярная концентрация эквивалента титрируемого раствора
Vр-ра (В) – объём титранта
Vр-ра (А) – объём титрируемого раствора.
И далее:
M(1/z А) ·Vр-ра(А)· C(1/z А)
mТ(А) = ------------------------------------ 1.5.6
М(1/z А) ·V(А) ·C(1/z А) ·Vп(А)
mп(А) = ----------------------------------------- 1.5.7
1000 · Vт (А)
-9-
Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н А Я Ч А С Т Ь
Описание оборудования.
В работе используются: штатив, мерная колба на 100 мл, конические колбы, пипетки мерные и градуированные, бюретка, воронка, часовое стекло, техничес-кие и аналитические весы.
Реактивы: щавелевая кислота, раствор хлороводорода, раствор гидроксида натрия, фенолфталеин.