Методы титриметрического анализа

Титриметрический анализ можно проводить двумя методами: методом отдельных навесок и методом пипетирования.

Метод отдельных навесок. На аналитических весах берут 5-6 навесок определяемого вещества А, каждую из которых растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, и полученные растворы титруют раствором титранта. Массу анализируемого вещества для каждой отдельной навески рассчитывают по формуле

Из среднего арифметического всех найденных значений определяют содержание анализируемого вещества и рассчитывают погрешность.

Метод пипетирования (метод аликвот).Метод пипетирования заключается в том, что на титрование отбирают пипеткой только часть анализируемого раствора V_a. Навеску анализируемого вещества растворяют в мерной колбе объемом V_K. Массу навески рассчитывают таким образом,

чтобы она была в (V_K / V_a.) раз больше, чем масса определяемого вещества, необходимая на отдельное титрование.

Следовательно, при расчете массы по результатам титрования

По сравнению с методом отдельных навесок в методе пипетирования существуют дополнительные случайные отклонения, возникающие в результате погрешностей измерения объемов пипетки и мерной колбы, в которой готовят стандартный раствор. Кроме того, ошибка при взвешивании определяемого вещества может привести к неверным результатам за счет систематической погрешности. Однако ввиду большей длительности и трудоемкости определения по методу отдельных навесок на практике чаще используют метод пипетирования.

В основе кислотно-основного титрования положена реакция взаимодействия ионов водорода или гидроксония с гидроксид-ионами:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О, Н₃О⁺ + ОН^- = 2Н₂О

При помощи этого метода определяют кислоты, основания, соли, способных гидролизоваться в водных растворах, а также их смеси, азот, серу в органических соединениях, некоторые органические соединения (формальдегид, спирты и др.).

В качестве титрантов в кислотно-основном титровании применяют в основном растворы сильных кислот (НС1, Н₂SО₄) и сильных оснований (КОН, NaOH).

В зависимости от природы титранта кислотно-основное титрование включает два основных метода: ацидиметрия и алкалиметрия. В ацидиметрии титрантом служит раствор кислоты, а применяют ее для определения различных оснований. В алкалиметрии титрант - раствор щелочи, а применяется для определения кислот,

Титранты кислотно-основного титрования относятся к титрантам второго типа - стандартизированные или с установленным титром. В качестве исходных веществ для установления титра рабочих растворов кислот используют тетраборат натрия (Na₂B₄O₇*10H₂O) или карбонат натрия безводный (Na₂CO₃), а для установления титра растворов щелочей – щавелевую (Н₂С₂О₄*2Н₂О) или янтарную (Н₂С₄Н₄О₄) кислоту.

Кислотно-основное титрование не сопровождается внешним эффектом, а лишь изменением рН. Реакция среды в точке эквивалентности определяется природой взаимодействующих кислот и оснований.

В кислотно-основном методе титрования различают три случая титрования:

1. Титрование сильной кислоты сильной щелочью и наоборот:

НСl + NaOH = NaCl + H₂O; H⁺ + OH^- = H₂O

Точка эквивалентности находится в нейтральной среде (рН=7), т.к. образующаяся соль не подвергается гидролизу.

2. Титрование слабой кислоты сильной щелочью:

СН₃СООН + NaOH = CH ₃COONa + H₂O

В ионном виде:

СН₃COOH + OH^- = CH₃COO^- + H₂O

В точке эквивалентности образуется соль слабой кислоты и сильного основания, которая вступает в реакцию гидролиза:

СH₃COONa + HOH ↔ CH₃COOH + NaOH

В ионном виде:

СН₃СОО^- + НОН ↔ СН₃СООН + ОН^-

В растворе накапливаются ионы ОН^- и точка эквивалентности будет находиться в щелочной среде (рН > 7 ), не совпадая с точкой нейтральности.

3. Титрование слабого основания сильной кислотой:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O

В ионном виде:

NH₄OH + H⁺ = NH₄⁺ + H₂O

Образующаяся соль слабого основания и сильной кислоты (NH4Cl) подвергается гидролизу, и в растворе накапливаются ионы Н+, что вызывает смещение точки эквивалентности в кислую среду. Следовательно, и в третьем случае точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности.

Поскольку кислотно-основное титрование не сопровождается внешним эффектом, например, изменением окраски, для фиксирования точки эквивалентности применяют индикаторы

Согласно протолитической теории к кислотам относятся химические соединения, способные в растворах отдавать протоны, а к основаниям вещества, способные присоединять протоны. Для того чтобы кислота могла отдать протон, необходимо присутствие основания, принимающего этот протон. Отдавая протон, кислота образует сопряженное с ней основание, а основание, принимая протон, образует сопряженную с ним кислоту.

В водных растворах кислот имеет место следующее равновесие:

В воде, которая является кислотой и основанием одновременно и представляет собой слабый электролит устанавливается равновесие

в сокращенном виде

Константа равновесия этой реакции при температуре 25° С равна

В водных растворах масса воды в большинстве случаев очень велика по сравнению с массой растворенного вещества, количество ее в 1 л раствора можно считать постоянным. Тогда выражение для константы равновесия запишется следующим образом:

Из уравнения следует, что ионное произведение является величиной постоянной при постоянной температуре. Эту константу называют ионным произведением воды, которое при температуре 25° С равно

В чистой воде

При избытке [ОН-]

При избытке [Н + ]

Концентрацию водородных ионов обычно исполь­зуют для характеристики среды. В большинстве расчетов, относящихся к кислотно-основному равновесию, концентрации (и другие величины) удобно выражать в виде отрицательных логарифмов этих величин, обозначаемых знаком „р". Тогда