Прямое, обратное и титрование по замещению и их примеры

В титриметрическом анализе применяют прямое титрование, обратное титрование и титрование по заместителю.

Прямое титрование – это такое титрование, когда определяемое вещество непосредственно титруется стандартным раствором титранта или наоборот. Расчет результатов прямого титрования проводится следующим образом.

n(X) = n(T), или с(X)*V(X) = c(T)*V(T)

m(X) = c(X)*M(X)*V_k = T(X)*V_k/1000,

где n(Х), n(Т) – количество титруемого вещества и тиранта,

с(X), с(Т) – нормальная концентрация титруемого вещества и титранта,

V(X), V(T) – объемы соответственно титруемого вещества и титранта,

М(Х) – молярная масса титруемого вещества Х,

V_k – объем мерной колбы в литрах,

Т(Х) – титр вещества Х.

Примером прямого титрования может служить метод определения изменения концентрации магния, используемый в практической части данной работы.

Обратное титрование (титрование по остатку) – титрование непрореагировавшего вещества, которое прибавлено в избытке к анализируемому раствору в виде стандартного раствора.

К аликвотной доле анализируемого раствора объемом V(X) прибавляют в избытке точно известный объем V(T₁) стандартного вещества Т₁ с молярной концентрацией эквивалента с(Т₁). Определяемое вещество Х реагирует с Т₁ нацело. Затем непрореагировавший избыток вещества Т₁ оттитровывают стандартным раствором тиранта Т₂. Схема реакции при обратном титровании выглядит следующим образом.

Х + Т₁ = Продукты реакции

Т₁(избыток) + Т₂ = Продукты реакции

Расчет концентрации с(Х) определяемого вещества Х:

Вещество Т₁ реагирует с Х и Т₂, поэтому:

n(T₁) = n(X) + n(T₂),

c(T₁)*V(T₁) = c(X)*V(X) + c(T₂)*V(T₂),

c(X) = [ c(T₁)*V(T₁) - c(T₂)*V(T₂) ] / V(X),

где n(Х), n(Т₁), n(T₂) – количество титруемого вещества, добавленного вещества и тиранта,

с(X), с(Т₁), c(T₂) – нормальная концентрация титруемого вещества, добавленного вещества и титранта,

V(X), V(T₁), V(T₂) – объемы соответственно титруемого вещества, добавленного вещества и титранта.

Пример. Определение кальция в карбонате кальция методом обратного титрования.

Пусть требуется определить содержание кальция в анализируемом образце карбоната кальция. Для этого образец растворяют в хлороводородной кислоте (вещество Т₁) с точно известным содержанием НСl:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

X Т₁

Избыток непрореагирававшей НСl оттитровывают стандартным раствором NaОН (вещество Т₂) с известной концентрацией:

НСl + NaОН = NaСl + H₂O

остаток Т₁ Т₂

В соответствии с законом эквивалентов можно записать:

n(HCl) = n(_1/2Ca²⁺) + n(NaОН),

n(_1/2Ca²⁺) = n(HCl) - n(NaОН),

n(_1/2Ca²⁺) = c(HCl)*V(HСl) - с(NaОН)*V(NaОН).

Зная эквивалентное количество катионов кальция n(_1/2Ca²⁺), можно рассчитать массу кальция m(_1/2Ca²⁺) в анализируемом образце:

m(_1/2Ca²⁺) = n(_1/2Ca²⁺) * M(_1/2Ca²⁺),

где М(_1/2Ca²⁺) – молярная масса Ca²⁺.

Косвенное титрование (титрование по замещению) – титрование, при котором определяемое вещество не реагирует с титрантом непосредственно, а определяется косвенно в результате использования стехиометрически протекающей реакции с образованием другого вещества, реагирующего с титрантом.

К анализируемому раствору, содержащему определенный компонент Х, прибавляют реагент А в избытке (для обеспечения полноты протекания реакции) по сравнению со стехиометрическим количеством. При этом образуется вещество В – заместитель в количестве, эквивалентном прореагировавшему компоненту Х:

Х + А = В

избыток заместитель

Образовавшийся заместитель В оттитровывают стандартным раствором титранта Т:

В + Т = D

По результатам титрования рассчитывают молярную концентрацию эквивалента с(Х), титр Т(Х) и массу m(Х) определяемого компонента Х в анализируемом растворе, исходя из закона эквивалентов:

n(X) = n(B) = n(T),

c(X)*V(X) = c(T)*V(T),

c(X) = c(T)*V(T) / V(X), T(X) = c(X)*M(X) / 1000,

m(X) = c(X)*M(X)*V_к,

где n(Х), n(Т), n(B) – количество титруемого вещества, тиранта и заместителя,

с(X), с(Т) – нормальная концентрация титруемого вещества и титранта,

V(X), V(T) – объемы соответственно титруемого вещества и титранта,

М(Х) – молярная масса титруемого вещества Х,

V_k – объем мерной колбы в литрах,

Т(Х) – титр вещества Х,

m(X) – масса титруемого вещества Х.

Таким образом, расчеты результатов анализа в методе косвенного титрования аналогичны таковым при прямом титровании.

Пример. Определение нитратов методом заместительного титрования. Навеску анализируемого нитрата, например нитрата натрия, растворяют в воде и получают раствор объемом V_к. к аликвотной части раствора прибавляют металлический цинк в небольшом избытке по сравнению со стехиометрическим количеством и щелочь. При этом протекает реакция

NaNO₃ + 4Zn + 7NaОН + 6Н₂О = NH₃ + 4Na[Zn(OH)₄]

Х В

Образовавшийся аммиак отгоняют в приемник со стандартным раствором НСl объемом V(НСl), где он связывается в катион аммония:

NН₃ + НСl = NH₄Сl

В T D

Расчеты:

n(Na NO₃) = n(NH₃),

n(НСl) = n(NH₃) + n(NaОН),

n(НСl) = n(Na NO₃) + n(NaОН),

n(Na NO₃) = n(НСl) − n(NaОН),

с (NаNО₃)*V(NаNO₃) = с(НСl)*V(НСl) − c(NaОН)*V(NaОН),

с (NаNО₃) = [с(НСl)*V(НСl) − c(NaОН)*V(NaОН)] / V(NаNO₃).

Все величины в правой части последнего уравнения известны, поэтому можно найти концентрацию нитрата натрия. Зная объем V_к исходного анализируемого раствора, рассчитывают массу нитрата натрия в этом растворе:

m(NаNО₃) = с (NаNО₃)*M(NаNО₃)*V_к.