Расчетно-графическая работа

                                       Содержание:

 

3          3-5          5-6                                             5          6-10           11      11-14             15                       16          17-19               20             21          22-24             24

 

Глава 1. Общие положения титриметрии.

§2. Титриметрические методы       

§3.Стандартныерастворы..                                                                 §4.Способы выражения концентрации стандартных растворов.           

§5. Кривые титрования.                                                             

Глава 2. Кислотно-основное титрование.

§1. Построение кривых титрования.                                                          

§2. Расчет кривой титрования. 100 мл 0,5М раствора                  

HCOOH  0,5М раствором NaOH.                                                      

§3.Кривая титрования 0,5М раствора HCOOH 0,5М

раствором  NaOH.

§4. Выбор индикатора. Индикаторная погрешность.

  §5. Вывод по кривой титрования.

Глава 3. Комплексонометрия.

 

§1. Комплексонометрическое титрование.

 

§2. Титрование 0,1 М Ca²⁺ЭДТА. Вывод формул

для расчета  кривой комплексонометрического титрования.

 

§3. Таблица значений рС.

 

§4. Кривая титрования.                                                                                                                                          

 

§5. Индикаторы. Индикаторная погрешность.                                              26-27

 

§6.Выводы по кривой титрования.                                                                      28

 

Список литературы.                                                                                             29

 

 

 

 

 

2

                  Глава 1. Общие положения титриметрии.

                                §1.Сущность титриметрии.

 

Метод титриметрии относится к числу  химических методов анализа. В его  основе лежит закон о том, что  вещества реагируют между собой  в эквивалентных количествах. Уравнением, описывающим его, является соотношение  c1V1=c2V2, где c1 и c2 – молярные концентрации эквивалентов реагирующих веществ, а V1 и V2 – их объемы. Следовательно, если известны объемы растворов реагирующих веществ и концентрация одного из них, можно определить концентрацию другого вещества.

Процесс титрования проходит следующим  образом: к исследуемому раствору (титруемому веществу) небольшими порциями добавляют  раствор с точно известной  концентрацией вещества, называемый титрантом. В растворе проходит стехиометрическая  реакция между компонентами и  устанавливается равновесие. Точку, в которой добавленное теоретическое  количество титранта соответствует  точной стехиометрии реакции, проходящей между компонентами, называют точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ). Определение ТЭ является важнейшей  задачей титриметрии.

Реакции титрования должны соответствовать  определенным требованиям. Во-первых, она должна протекать строго стехиометрично. Во-вторых, протекать быстро и количественно, то есть иметь высокую константу  равновесия. В-третьих, должен существовать способ фиксирования ТЭ.

Экспериментально конец титрования устанавливают или по изменению  окраски индикатора (индикаторы –  это вещества, которые претерпевают химические изменения, сопровождающиеся внешним эффектом при концентрациях  определяемого вещества или титранта характерных для точки эквивалентности), или по изменению определенного  физико-химического свойства раствора. Точка эта называется конечной точкой титрования (КТТ) и не всегда совпадает  с теоретически рассчитанной ТЭ. За счет этого возникает индикаторная погрешность титрования.

 

                                    §2. Титриметрические методы.

 

Титриметрические  методы можно классифицировать по ряду признаков. Первая классификация рассматривает  их с точки зрения процессов, лежащих  в их основе. Выделяют четыре основных типа титрования:

1.Кислотно-основное титрование. Используется для определения концентрации кислот, оснований, а также солей, в результате гидролиза которых происходит изменение pH раствора (образуется сильная кислота или основание).

3

Различают ацидиметрию (титрантом является сильная кислота,

обычно HCl) и алкалиметрию (титрантом является сильное основание, обычно NaOH или KOH).

2. Окислительно-восстановительное  титрование (редоксиметрия). Используется  для определения концентрации  окислителей и восстановителей.  Включает целый ряд методов,  названных по имени титранта: перманганатометрия (титрант – KMnO₄), бихроматометрия (K₂Cr₂O₇), йодометрия (I₂), броматометрия (KBrO₃), цериметрия (Ce(SO₄)₂), хромометрия (CrCl₂) и т.д.

3. Осадительное  титрование. Применяется для определения  ионов, образующих малорастворимые  осадки. Наиболее важными из подобных  методов являются аргентометрия  (титрант – AgNO₃) и меркурометрия (Hg₂(NO₃)₂). Они используются преимущественно для определения содержания ионов Cl^-, Br^-, I^- и SCN^-.

4. Комплексометрическое  титрование. В основе метода лежит  образование комплексных соединений  с определяемым веществом. Чаще  всего используются органические  комплексообразователи (например,       комплексон III – в комплексонометрии), а также некоторые неорганические (Hg(NO₃)₂ – в методе меркуриметрии).

По  способу выполнения титрования различают  прямое, обратное титрование и метод  замещения. При прямом титровании титрант  добавляют к титруемому веществу непосредственно. Примером прямого  титрования можно считать йодометрическое  определение иона AsO₄^3-. Но необходимо учитывать, что реакция, проходящая при титровании, должна соответствовать вышеперечисленным требованиям к реакции титрования. Поэтому, если скорость реакции мала, наблюдаются нежелательные побочные эффекты или невозможно зафиксировать точку эквивалентности, можно использовать прием обратного титрования. Сущность его заключается в прибавлении к определяемому веществу точно известный избыток титранта (T₁), дождаться окончания реакции и оттитровать избыток непрореагировавшего титранта другим веществом (T₂). Количество титранта, затраченное на определяемое вещество находят по разности общего количества и оттитрованного веществом T₂. Обратное титрование применяют, например, при йодометрическом определении ионов SO₃^2-, когда избыток йода, не прореагировавший с сульфитом оттитровывается тиосульфатом натрия.

Если  реакция нестехиометрична, или протекает  медленно, можно использовать метод  замещения. Для этого применяют  вспомогательный реагент, вступающий в стехиометрическую реакцию  с определяемым веществом и дающий некоторый продукт, получающийся в  эквивалентном количестве. Продукт  этот оттитровывают соответствующим  титрантом. Примером применения метода замещения может служить йодометрическое  определение меди.

4

При реакции Cu²⁺ с KI образуется осадок CuI и I₂, оттитровываемый тиосульфатом натрия.

По  способам приготовления образцов для  титрования рассматривают метод  пипетирования и метод отдельных  навесок. Метод пипетирования заключается  в титровании равных объемов раствора, отобранных пипеткой из мерной колбы, в которой растворена навеска  исследуемого вещества. Масса определяемого  вещества находится  по формуле  , где - отношение объема пипетки к объему колбы.

Для обратного титрования .

Метод отдельных навесок заключается  в том, что определенное число  навесок вещества взвешивают на аналитических  весах, растворяют в небольшом объеме растворителя и проводят их титрование. Масса вещества для каждой из навесок  определяется по формуле  .

Метод пипетирования более экспрессен и менее трудоемок, чем метод  отдельных навесок, но и менее  точен.

 

                      §3. Стандартные растворы.

 

Для титриметрического определения  необходимо знать концентрацию титранта. Титрант с известной концентрацией  называют стандартным раствором. По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы.

Первичный стандартный раствор готовят  растворением точного количества чистого  химического вещества известного стехиометрического состава в определенном объёме растворителя. Вторичный стандартный раствор  получают следующим образом: готовят  раствор с приблизительной концентрацией, близкой к желаемой, и определяют его концентрацию (стандартизируют) по подходящему первичному стандартному раствору.

Первичный стандартный раствор должен отвечать ряду требований:

1. Состав соединения должен строго  соответствовать химической формуле.  Оно либо выпускается промышленностью  в высокочистом состоянии, либо  легко подвергается очистке простыми  методами, например перекристаллизацией.  Содержание примесей не должно  превышать 0,05%, что примерно соответствует  относительному стандартному отклонению  при изменении массы навески.

2. Вещество должно быть устойчивым  при комнатной температуре; вещества  гигроскопичные или легко окисляющиеся  атмосферным кислородом или поглощающие  диоксид углерода непригодны. Вещество  не должно претерпевать изменения  при высушивании. Поэтому первичное  стандартное вещество должно  быть по возможности безводным  и нелетучим. 

 

5

Можно использовать и кристаллогидрат, если его довести до определённой степени  гидратации путём длительного выдерживания в атмосфере с постоянной  относительной  влажностью и затем сохранить  эту степень гидратации во время  взвешивания.

3. Вещество должно обладать по  возможности большой молекулярной  массой, чтобы уменьшить влияние  неизбежной погрешности взвешивания.

Для приготовления многих стандартных  растворов можно воспользоваться  фиксаналами. Фиксанал представляет собой  ампулу, в которой запаяно точно  известное количество стандартного вещества или раствора. Для приготовления  раствора известной концентрации нужно  разбить ампулу над специальной  воронкой с пробивным устройством, перенести содержимое ампулы в мерную колбу подходящего объёма и разбавить  водой до метки. Однако, чтобы застраховаться от случайных погрешностей, следует  стандартизировать даже приготовленный таким образом раствор и периодически повторять стандартизацию (за исключением  тех случаев, когда известно, что  раствор совершенно устойчив).

 

 §4.Способы выражения концентрации стандартных растворов.

 

Обычно  концентрацию растворов выражают в  молях эквивалентов вещества в 1 л раствора (молярная концентрация эквивалента). Иногда используют также титр по исходному веществу: это количество граммов стандартного вещества в 1 мл раствора. При проведении однотипных титриметрических определений удобен титр по определяемому веществу - масса определяемого вещества, с которой реагирует 1 мл стандартного раствора. Например, Т_HCl/CaCO3= 0,008 г/мл означает, что 1 мл раствора HCl реагирует с 0,008 г CaCO₃.

                     

                         §5. Кривые титрования.

 

В процессе титрования изменяются равновесные  концентрации вещества, титранта и  продуктов реакции. При этом пропорционально  концентрациям этих веществ изменяются свойства раствора. Например, при окислительно-восстановительном  титровании изменяются равновесные  концентрации окислителя и восстановителя и, следовательно, потенциал; при изменении  концентраций компонентов кислотно-основной  реакции изменяется pH раствора. График зависимости параметра системы, связанного с концентрацией титруемого вещества, титранта или продукта, от состава раствора в процессе титрования называют кривой титрования.

Кривые  титрования помогают выбрать индикатор, оценить погрешность, наглядно проследить за ходом титрования. При построении кривых титрования по осям координат  можно откладывать разные величины. Если по оси ординат отложить логарифм концентрации (или отношения 

6

концентраций) или величину,пропорциональную этому  логарифму, получаются логарифмические кривые титрования. Если же по оси ординат откладывать концентрацию или физико-химический параметр, пропорциональный концентрации, получают линейные кривые титрования.

По  оси абсцисс обычно откладывают  объём добавленного титранта V_T или степень оттитрованности f, т.е. отношение количества оттитрованного в данный момент вещества n_T  к исходному количеству n₀. Поскольку c_TV_T = n_T и n₀= c₀V₀ = c_TV_TЭ, получаем

   

а при c₀ = c_T

         

где V_T - объём титранта, добавленный к данному моменту титрования; V₀ - исходный объём титруемого вещества; V_TЭ - объём титранта, добавленный моменту эквивалентности; c₀ и  c_T - молярные концентрации эквивалентов (или нормальные концентрации) титруемого вещества и титранта.