Пример 3. Из водного раствора объемом V=100 мл, содержащего смесь гидроксида и карбоната натрия, отобрали аликвотную часть - 20 мл раствора для определения щелочи и

Из водного раствора объемом V=100 мл, содержащего смесь гидроксида и карбоната натрия, отобрали аликвотную часть - 20 мл раствора для определения щелочи и карбоната при их совместном присутствии методом ацидиметрического титрования раствором HCl с молярной концентрацией титранта c(HCl)=0,1000 моль/л. Титрование проводили в присутствии двух индикаторов: вначале - по фенолфталеину, затем - по метиловому оранжевому.

Вначале оттитровывается (по фенолфталеину) вся щелочь и карбонат до бикарбоната (что эквивалентно половине карбоната, присутствующего в растворе):

HCl + NaOH = NaCl + H₂O+ Na₂CO₃ = NaCl + NaHCO₃

На это расходуется объем титранта, равный V₁(HCl).

При дальнейшем прибавлении раствора HCl оттитровывается (по метиловому оранжевому) бикарбонат (что эквивалентно второй половине карбоната, присутствующего в исходном растворе):

HCl + NaHCO₃ = NaCl + H₂CO₃ = NaCl + CO₂ + H₂O.

Общий объем титранта, израсходованного на оба титрования, составляет V₂(HCl).

Рассчитайте концентрацию, титр, и массу гидроксида натрия и карбоната натрия в исходном растворе, если на титрование аликвоты 20 мл раствора затрачено V₁=18 мл и V₂=22 мл раствора титранта.

Решение:

) Рассчитаем объем раствора титранта, затраченного отдельно на титрование карбоната натрия и гидроксида натрия. На титрование бикарбоната, что эквивалентно титрованию половине карбоната, присутствующего в исходном растворе, затрачено V₂ - V₁ = 22 - 18 = 4 мл раствора титранта. Следовательно, на титрование всего карбоната израсходовано в два раза больше титранта, т.е. 2(V₂ - V₁) = 2∙4 = 8 мл.

На титрование щелочи потребовался объем титранта V₂ - 2(V₂ - V₁) = 22 -8 = 14 мл.

) Рассчитаем концентрацию, титр и массу карбоната натрия в анализируемом растворе, исходя из закона эквивалентов. Количества эквивалентов карбоната натрия и HCl равны между собой: n(¹/₂Na₂CO₃)=n(HCl). Поскольку количество эквивалента вещества в растворе равно произведению молярной концентрации эквивалента на объем раствора, то

c(¹/₂Na₂CO₃)V(¹/₂Na₂CO₃)=c(HCl)V(HCl).

Отсюда находим молярную концентрацию эквивалента карбоната натрия в растворе:

c(¹/₂Na₂CO₃)=c(HCl)V(HCl)/V(Na₂CO₃)=c(HCl)∙2(V₂-V₁)/V(Na₂CO₃)=

=0,1∙8/20=0,0400 моль/л.

Молярная концентрация карбоната натрия в растворе равна

c(Na₂CO₃)=с(¹/₂Na₂CO₃)/2=0,0400/2=0,0200 моль/л.

Рассчитаем титр раствора по карбонату натрия:

Т(Na₂CO₃)=с(Na₂CO₃)М(Na₂CO₃)∙10^-3=0,02∙105,989∙10^-3=0,002120 г/моль.

Рассчитаем массу карбоната натрия в V=100 мл исходного раствора:

m(Na₂CO₃)=T(Na₂CO₃)V=0,002120∙100=0,2120 г.

3) Аналогично рассчитаем концентрацию, титр и массу гидроксида натрия в исходном растворе. Очевидно, что

n(NaOH)=n(HCl), c(NaOH)V(NaOH)=c(HCl)V(HCl).

Молярная концентрация гидроксида натрия

c(NaOH)=c(HCl)V(HCl)/V(NaOH)=c(HCl)[V₂-2(V₂-V₁)]/V(NaOH)=

=0,1∙14/20=0,0700 моль/л.

Титр раствора по гидроксиду натрия

Т(NaOH)=c(NaOH)М(NaOH)∙10^-3=0,07∙39,9971∙10^-3=0,002800 г/мл.

Масса гидроксида натрия в исходном растворе объемом V=100 мл:

m(NaOH)=Т(NaOH)V=0,002800∙100=0,2800 г.

Тема IV. Окислительно-восстановительное титрование. Классификация методов по титранту. Кривые окислительно-восстановительного титрования. Основные индикаторы. Количественные расчеты.

Для усвоения данной темы нужно вспомнить теорию окисления-восстановления, написание окислительно-восстановительных реакций, электронно-ионных полуреакций, уметь рассчитывать эквивалентные массы веществ, участвующих в окислении-восстановлении, определять направление реакций, делать расчеты по уравнению Нернста, понимать влияние концентрации и рН среды на направление реакций, знать факторы, влияющие на скорость окислительно-восстановительного титрования.

При построении кривой титрования в данном методе рассчитывают равновесный окислительно-восстановительный потенциал по уравнению Нернста в каждой точке кривой. При этом до точки эквивалентности расчет удобнее проводить по системе определяемого вещества, а после точки эквивалентности по системе титранта. Методы окисления-восстановления классифицируют по используемому титранту. Следует знать важнейшие из них, такие как: перманганатометрия, иодометрия, броматометрия, хроматометрия. Особое внимание надо обратить на приготовление рабочих растворов, их стандартизацию, используемые в каждом методе индикаторы.

Пример 1. Вычислить значение окислительно-восстановительного потенциала (по отношению к водородному электроду) в растворе, полученном при приливании к 50 мл 0,2 н. раствора Na₂S₂O₃ 20 мл 0,2 н. раствора I₂:

E⁰(S₄O₆^2-|S₂O₃^2-)=+0,09 B, E⁰(I₂|I^-)=+0,54 B.