А. Расчет массовой доли по способу прямого и косвенного титрования (титрования по заместителю)

Для расчета массы химически чистого вещества воспользуемся формулой:

m = C_1/Z • M_1/Z • V_(л)

Таким образом, применительно к нашей ситуации, формула будет следующей:

C_{1/Z (исслед.в-ва)} • M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V_{~(мл)(исслед.в-ва)}

m_{х.ч.(исслед. в-ва)} = -----------------------------------------------------------

(х.ч. – это практическое содержание, следовательно и все показатели берем практические. V_{~(мл)(исслед.в-ва)} – это объем навески, взятой на анализ, то есть объем пипетки)

Для вывода формулы воспользуемся законом эквивалентов.

С_{1/Z (1)} • V₍₁₎ = С_{1/Z (2)} • V₍₂₎

Таким образом, С_{1/Z (исслед.в-ва)} • V_{~ (мл) (исслед.в-ва)} = С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

Следовательно:

С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

С_{1/Z (исслед.в-ва)} = -------------------------------------

V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}

Практическую молярную концентрацию эквивалента рабочего раствора можно найти из формулы расчета поправочного коэффициента:

С_{1/Z ~}

К_п= ---------

С_{1/Z т.}

Следовательно: С_{1/Z ~(раб.р-ра)} = С_{1/Z т(раб.р-ра).} х К_{п(раб.р-ра)}

Подставим эти значения в формулу расчета молярной концентрации эквивалента практически исследуемого вещества.

С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}С_{1/Z т(раб.р-ра).} • К_{п(раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

С_{1/Z (исслед.в-ва)} = -------------------------------- = --------------------------------------------------

V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}

Затем подставим это значение в формулу расчета массы навески химически чистого вещества:

C_{1/Z (исслед.в-ва)} • M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V~_{(мл)(исслед.в-ва)}

m_{х.ч.(исслед. в-ва)} = ----------------------------------------------------------- =

С_{1/Z т(раб.р-ра).} • К_{п(раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)} •M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V~_{(мл)(исслед.в-ва)}

= -----------------------------------------------------------------------------------------------

V_{~ (мл) (исслед.в-ва)} х 1000

Объемы практически исследуемого раствора сокращаются, а далее мы видим, что произведение теоретической молярной концентрации эквивалента рабочего раствора на молярную массу эквивалента исследуемого вещества и деленное на тысячу, есть не что иное, как теоретический титр рабочего раствора по определяемому веществу.

С_{1/Z т. раб.} • M_{1/Z опр.}

(Т _{т. раб./ опр.} = ----------------------- )

Произведение практического объема рабочего раствора на его поправочный коэффициент – это объем теоретический рабочего раствора.

(V т. = V_~ • К_п )

Следовательно,

mх.ч.(исслед.в-ва) = Тт. раб./ опр•Vт. (раб.р-ра)

Каждый раз эту формулу НЕ ВЫВОДЯТ, а пользуются ужеГОТОВОЙ!

Вначале отдельным действием рассчитывают титр точный (теоретический) рабочего раствора по определяемому веществу. Обосновывают найденный показатель (указывают – что он показывает). Не забывают, что титр одного вещества по другому – это всегда взаимодействие двух веществ, причем 1 мл рабочего раствора взаимодействует с граммами определяемого вещества. Затем рассчитывают теоретический (точный) объем рабочего раствора через поправочный коэффициент. И только потом – массу химически чистого вещества.

Далее, находят массовую долю, обосновывают этот показатель, (помнят, что массовая доля – это содержание грамм химически чистого вещества в 100 граммах вещества (раствора). Затем записывают ответ.

Задача 1

Определить массовую долю химически чистой хлороводородной кислоты в фарм.препарате, если для приготовления 200 мл разведения взяли 2 мл хлороводородной кислоты с ρ = 1,123 г/мл, а на титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 7,5 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 1,0262. Мм НСl = 36,46 г/моль.

Рассуждения: В задаче речь идет о растворах двух веществ: кислоты хлороводородной и гидроксиде натрия. Необходимо найти массовую долю одного из них, следовательно, это - задача III типа. Так же мы видим, что из одного из веществ (хлороводородной кислоты) готовилось разведение – его мы обозначим как объем колбы (V_к), а объем навески взятой на анализ обозначим как объем пипетки (V_п). Придерживаясь рекомендаций, приведенных выше, записываем «Дано» и начинаем решать задачу.

Дано:	Решение:
Vнав (НС1). = 2 мл Vк. (НС1) = 200 мл Vп. (НС1) = 10 мл V ~ 0,1 моль/л(NаОН) = 7,5 мл Kп ~0,1моль/л (NаОН) = 1,0262 М.м. . (НС1) = 36,46 г/моль ρ. (НС1) = 1,123 г/мл	Анализ данных: НС1 – это исследуемый (анализируемый) раствор, так как не известна его концентрация NаОН – это рабочий раствор, так как известен его поправочный коэффициент   Метод количественного определения – метод алкалиметрии, вариант нейтрализации (так как рабочий раствор – щелочь, а в основе метода лежит реакция нейтрализации) Способ прямого титрования (так как. вещества взаимодействуют друг с другом напрямую).
Найти: ω. (НС1) = ?

Записываем уравнение реакции, лежащее в основе анализа, чтобы правильно рассчитать молярную массу эквивалента исследуемого вещества. Во избежание ошибок на первое место в реакции записываем исследуемое вещество, то есть хлороводородную кислоту:

HCl + NаОН = NaCl + H₂O

1 моль 1 экв.

Вещества реагируют друг с другом в соотношении 1 моль: 1 эквивалент, следовательно:

f_экв.(HCl) = 1 M_{1|z (HCl)}= Mm _(HCl) • f_экв.(HCl) = Mm _(HCl)

M_{1|z (HCl)}= Mm _(HCl) = 36,46 г/моль

Массовую долю исследуемого вещества находим по формуле:

m х.ч.

ω= --------- • 100%

mн.ф.

В нашем случае это:

m х.ч. _(HCl)

ω_(HCl) = --------------- • 100%

m н.ф. _(HCl)

1) Найдем массу навески фактической.

Во-первых – из условия задачи мы видим, что нам не дано ни одной массы, но зато мы знаем объем раствора и его плотность, следовательно, из формулы ρ=m/V мы можем выразить массу навески хлороводородной кислоты, взятой для приготовления разведения:

! m =V • ρ, то есть в нашем случае:

m_нав.(HCl) =V_нав.(HCl) • ρ_нав.(HCl) = 2 мл • 1,123 г/мл = 2,2460 г

Во-вторых – из условия задачи мы также видим, что в данном случае готовится разведение, и на титрование оно берется не все, а только его часть. Следовательно, масса навески фактической с массой навески не совпадает, (она будет меньше), и это необходимо учесть в расчетах. Поэтому следующим действием мы составляем пропорцию:

m нав. _.(HCl) - V_к.(HCl) следовательно, 2,2460 г – 200 мл

mн.ф. _.(HCl) - V_п.(HCl) mн.ф. _.(HCl) – 10 мл

А затем, решая пропорцию, находим массу навески фактической хлороводородной кислоты:

2,2460 г • 10 мл

mн.ф. _.(HCl) = ------------------------ = 0,1123 г

200 мл

2) Найдем массу химически чистого вещества хлороводородной кислоты.

m_{х.ч.(исслед.в-ва)} = Т_{т. раб./ опр}• V_{т. (раб.р-ра)}

То есть, в нашем случае,

m_{х.ч. .(HCl)} = Т_{0,1 моль/л NаОН ./ HCl}• V_{0,1 моль/л NаОН}

а) Вначале рассчитываем титр точный рабочего раствора по определяемому веществу:

С_{1/Z т. раб.} • M_{1/Z опр.}

Т _{т. раб./ опр.} = -----------------------

Следовательно:

С_{1/Z0,1 моль/л NаОН} • M_{1/Z HCl} 0,1 моль/л • 36,46 г/моль

Т_{0,1 моль/л NаОН/ HCl.} = --------------------------------- = ----------------------------------- = 0,003646 г/мл

1000 1000

Не забываем обосновать рассчитанный показатель: это титр соответствия и он обозначает взаимодействие!!! 1 мл рабочего раствора с граммами определяемого вещества, то есть в нашем случае получается следующее:

Титр показывает, что 1 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л взаимодействует с 0,003646 г химически чистого хлороволорода.

б) Далее рассчитываем теоретический (точный) объем рабочего раствора – гидроксида натрия – через его поправочный коэффициент.

V т. = V_~ • К_п

V_{0,1 моль/л NаОН} = V_{~ 0,1 моль/л NаОН} • К_{п ~ 0,1 моль/л NаОН} = 7,5 мл • 1,0262 = 7,6965 мл округляем и

получаем 7,70 мл

в) Подставляем найденные значения в формулу и рассчитываем массу химически чистого вещества:

m_{х.ч. .(HCl)} = Т_{0,1 моль/л NаОН / HCl}• V_{0,1 моль/л NаОН} = 0,003646 г/мл • 7,70 мл = 0,0280742 г

округляем и получаем 0,0281 г

3) Рассчитываем массовую долю хлороводородной кислоты в растворе:

m х.ч. _(HCl) 0,0281 г

ω_(HCl) = --------------- • 100% = --------------- • 100% = 25,0222618% округляем и получаем

m н.ф. _(HCl) 0,1123 г 25,02%

И, снова, не забываем обосновать рассчитанный показатель, то есть указать, что в данном случае показывает массовая доля. Помним, что это – содержание химически чистого вещества в 100 г вещества (раствора). В нашем случае:

Массовая доля показывает, что в 100 г раствора хлороводородной кислоты содержится 25,02 г х.ч. хлороводорода.

Ответ: ω _(НС1) = 25,02%

Задача 2

Определить массовую долю химически чистого натрия гидрокарбоната в фарм.препарате, если для приготовления 100 мл разведения была взята навеска вещества массой 0,5018 г, а на титрование 10 мл полученного раствора было израсходовано 5,9 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 0,9975.

Мм (NaНСO₃)=84,01 г/моль.

Дано:	Решение:
mнав (NaНСO3) = 0,5018 г Vк. (NaНСO3) = 100 мл Vп. (NaНСO3) = 10 мл V ~ 0,1 моль/л(HCl) = 5,9 мл Kп~0,1моль/л (HCl) = 0,9975 М.м. . (NaНСO3) = 84,01 г/моль	Анализ данных: NaНСO3 – это исследуемое (анализируемое) вещество, так как не известна его концентрация НС1 – это рабочий раствор, так как известен его поправочный коэффициент   Метод количественного определения – метод ацидиметрии Способ прямого титрования
Найти: ω. (NaНСO3) = ?

В основе метода лежит уравнение реакции:

NaНСO₃ + НС1 = NaCl + CO₂↑ + H₂O

1 моль 1 экв.

f_экв. (NaНСO₃) = 1 M_1|z (NaНСO₃) = Mм (NaНСO₃) • f_экв. (NaНСO₃) = Mм (NaНСO₃)

M_1|z (NaНСO₃)= Mм (NaНСO₃) = 84,01 г/моль

m х.ч. (NaНСO₃)

ω(NaНСO₃) = --------------- • 100%

m н.ф. (NaНСO₃)

1) Найдем массу навески фактической, так как готовится разведение.

m нав. (NaНСO₃) - V_к(NaНСO₃) следовательно, 0,5018 г – 100 мл

mн.ф. (NaНСO₃) - V_п. (NaНСO₃) mн.ф. (NaНСO₃) – 10 мл

Следовательно:

0,5018 г • 10 мл

mн.ф. (NaНСO₃) = ------------------------ = 0,0502 г

100 мл

2) Рассчитываем массу навески химически чистого натрия гидрокарбоната

m_{х.ч.(исслед.в-ва)} = Т_{т. раб./ опр}• V_{т. (раб.р-ра)}

m_х.ч. (NaНСO₃) = Т_{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃ • V_{0,1 моль/л} HCl

а) Находим титр точный рабочего раствора по определяемому веществу (титр хлороводородной кислоты по натрия гидрокарбонату)

С_{1/Z т. раб.} • M_{1/Z опр.}

Т _{т. раб./ опр.} = -----------------------

С_{1/Z 0,1 моль/л HCl} • M_1/Z NaНСO₃ 0,1 моль/л • 84,01 г/моль

Т_{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃ = --------------------------------- = ----------------------------------- = 0,008401 г/мл

1000 1000

Титр показывает, что 1 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л взаимодействует с 0,008401 г х.ч. натрия гидрокарбоната.

б) Рассчитываем теоретический объем рабочего раствора хлороводородной кислоты

V т. = V_~ • Кп

V_{0,1 моль/л HCl} = V_{~ 0,1 моль/л HCl} • К_{п ~ 0,1 моль/л HCl} = 5,9 мл • 0,9975 = 5,89 мл

в) Подставляем значения в формулу:

m_х.ч. (NaНСO₃) = Т_{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃ • V_{0,1 моль/л} HCl = 0,008401 г/мл • 5,89 мл = 0,0495 г

3) Рассчитываем массовую долю:

m х.ч. (NaНСO₃) 0,0495 г

ω(NaНСO₃) = --------------- • 100% = ------------- • 100% = 98,60%

m н.ф. (NaНСO₃) 0,0502 г

Массовая доля показывает, что в 100 г фарм.препарата натрия гидрокарбоната содержится 98,60 г х.ч. натрия гидрокарбоната.

Ответ: ω_. (NaНСO₃) = 98,60%