По аналитической химии

Tитриметрический анализ

(для студентов факультета химической технологии и экологии)

МОСКВА 2007

УДК 543

Заворотный В.Л., Калачева Н.А. Методическое руководство к лабораторным работам по аналитической химии. Титриметрический анализ. -М.:РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007, - 44 с.

Методическое руководство к лабораторным работам содержит краткий теоретический материал по курсу «Аналитическая химия», 9 лабораторных работ по количественному анализу, закрепляющих практические навыки студентов по основным темам курса, а также справочный материал, необходимый для решения задач и обработки результатов анализа, оценки правильности и воспроизводимости полученных результатов. Методическое руководство по аналитической химии предназначено для бакалавров и студентов второго курса всех специальностей факультета химической технологии и экологии и соответствует учебной программе курса «Аналитическая химия».

Рецензент ‑ Е.М. Рудык, доцент кафедры общей и неорганической химии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Предисловие

Методическое руководство составлено в соответствии с программой курса «Аналитическая химия, титриметрический анализ» для студентов специальностей 240401, 240403 и 280201 факультета химической технологии и экологии (лаборатория аналитической химии) и является дополнением к курсу лекций и дополнительной литературе, рекомендованной к программе по аналитической химии.

Методическое руководство создано с использованием материалов пособий А.В. Васильева «Количественный анализ» и Ю.В. Харитонова «Аналитическая Химия». В него добавлены новые лабораторные работы, краткий теоретический материал по темам лабораторных работ, внесены коррективы в список используемых реактивов и в редакцию ряда работ, а также справочный материал и примеры задач по разделу концентрация растворов.

Титриметрический (объемный) анализ. Основные понятия

Титриметрический, или объемный, анализ — метод количественного анализа, основанный на измерении объема (или массы) реагента Т, затраченного на реакцию с определяемым веществом X. Другими словами, титриметрический анализ — это анализ, основанный на титровании.

Титрование — процесс определения вещества Х постепенным прибавлением небольших количеств вещества Т, при котором каким-нибудь способом обеспечивают обнаружение точки (момента), когда все вещество Х прореагировало. Титрование позволяет найти количество вещества Х по известному количеству вещества Т, прибавленного до этой точки (момента), с учетом того, что соотношение, в котором реагируют Х и Т, известно из стехиометрии или как-то иначе.

Титрант — раствор, содержащий активный реагент Т, с помощью которого проводят титрование.

Обычно титрование проводят, прибавляя титрант из калиброванной бюретки в колбу для титрования с анализируемым раствором. В эту колбу перед титрованием вносят аликвотную долю анализируемого раствора.

Аликвотная доля (аликвота) — это точно известная часть анализируемого раствора, взятая для анализа. Часто она отбирается калиброванной пипеткой и ее объем обычно обозначается символом V_п.

Точка эквивалентности (ТЭ) — такая точка (момент) титрования, в которой количество прибавленного титранта Т эквивалентно количеству титруемого вещества X. Синонимы ТЭ: стехиометрическая точка, теоретическая конечная точка.

Конечная точка титрования (KТT) — точка (момент) титрования, в которой некоторое свойство раствора (например, его окраска) оказывает заметное (резкое) изменение. КТТ соответствует более или менее ТЭ, но чаше всего не совпадает с ней.

Индикатор — вещество, которое проявляет видимое изменение в ТЭ или вблизи ее. В идеальном случае индикатор присутствует в достаточно малой концентрации, чтобы в интервале его перехода не затрачивалось существенное количество титранта Т. Резкое видимое изменение индикатора (например, его окраски) соответствует КТТ.

Интервал перехода индикатора — область концентрации ионов водорода, металла или других ионов, в пределах которой глаз способен обнаружить изменение в оттенке, интенсивности окраски, флуоресценции или другого свойства визуального индикатора, вызванное изменением соотношения двух соответствующих форм индикатора. Эту область обычно выражают в виде отрицательного логарифма концентрации (например, рН = lg с (Н₃О⁺)). Для окислительно-восстановительного индикатора интервал перехода представляет собой соответствующую область окислительно-восстановительного потенциала.

Кривая титрования — графическое изображение зависимости изменения концентрации с(Х) определяемого вещества Х или некоторого связанного с ним свойства системы (раствора) от объема V(Т) прибавленного титранта Т. Величина с (Х) в ходе титрования изменяется на несколько порядков, поэтому кривая титрования часто строится в координатах lg c (X) ‑ V(T) или рН -V(Т).

По оси абсцисс откладывают объем прибавляемого титранта V (Т).

Если по оси ординат откладывать равновесную концентрацию с (Х) или интенсивность пропорционального ей свойства, то получают линейную кривую титрования.

Если по оси ординат откладывать lg с (Х) или логарифм интенсивности свойства, пропорционального с (Х), то получают логарифмическую (или монологарифмическую) кривую титрования.

Для более четкого выявления особенностей процесса титрования и в прикладных целях иногда строят дифференциальные кривые титрования, откладывая по оси абсцисс объем прибавляемого титранта V (T), а по оси ординат — первую производную от логарифма концентрации (или интенсивности пропорционального ей свойства) по объему прибавляемого титранта dlgc(X)/d V (X). Такие кривые титрования обычно используют в физико-химических методах анализа, например при потенциометрическом титровании.

Рис. 1. Различные типы расчетных кривых титрования 20 мл 0,1 моль/л раствора НС1 эквимолярным раствором NaOH:

а — линейная кривая титрования; б — логарифмическая кривая титрования; в — дифференциальная кривая титрования

На линейных кривых титрования изменение концентрации титруемого вещества или титранта в ТЭ проявляется в форме более или менее четкого излома (рис. 1, а). При постепенном прибавлении титранта. концентрация титруемого вещества уменьшается, что соответствует левой части графика на рис. 1, а. В ТЭ титруемое вещество прореагировало с титрантом полностью, концентрация его практически равна нулю и при дальнейшем прибавлении титранта остается такой же — правая часть графика на рис. 1 а совпадает с осью абсцисс. Однако вследствие большого изменения концентрации (на несколько порядков) вблизи ТЭ очень точное определение самой ТЭ и интервала перехода становится затруднительным. Поэтому при применении визуальных индикаторов линейные кривые титрования используют сравнительно редко.

Изменение концентрации в ТЭ на логарифмических кривые титрования (рис. 1 б) проявляется (при определенных условиях) четко, в форме скачка. Поэтому логарифмические кривые титрования обычно используют для определения ТЭ и интервала перехода (скачка титрования).

На дифференциальных кривых титрования (рис. 1 в) положение ТЭ соответствует максимуму кривой и поэтому определяется достаточно надежно.

Иногда строят билогарифметические кривые титрования, откладывая по оси ординат не логарифм концентрации, а логарифм отношения концентраций сопряженной пары веществ.

Используют также кривые титрования в концентрационно-логариф-мических координатах, когда по обеим осям откладывают логарифмы концентраций веществ, участвующих в реакции.