Расчеты, связанные с титрованием

В основе всех количественных расчетов при титриметриче- ских методах анализа лежит следующее правило: количество эквивалента определяемого вещества равно количеству эквивалента титранта, т.е

Все остальные расчетные формулы получают в зависимости от того, что хотят рассчитать: массу или массовую долю, каким методом проводят титрование — методом отдельных навесок или методом пипетирования и, наконец, как характеризуется количественный состав стандартного раствора титранта — с помощью молярной концентрации вещества, титра раствора, титра соответствия и т.д.

Согласно ШРАС, эквивалентом называется реальная или условная частица, которая в конкретной кислотно-основной реакции эквивалентна тем или иным образом одному протону или — в конкретной окислительно-восстановительной реакции — одному электрону. Таким образом, эквивалент — это не масса и не количество вещества. Эквивалентэто частица. Понятие «эквивалент» можно применять только к конкретной реакции. Например, нельзя говорить об эквиваленте серной кислоты вообще, можно лишь сказать, что в реакции (1) эквивалент серной кислоты равен ее молекуле, а в реакции (2) — половине молекулы:

Коэффициент, показывающий, какая часть участвующей в реакции частицы эквивалентна одному протону (при кислотно-основном взаимодействии) или одному электрону (при окислительно-восстановительном взаимодействии), называется фактором эквивалентности (/экв). Величина, обратная фактору эквивалентности, называется эквивалентным числом (z). Так, для реакции (1) /эКВ = 2=1; для реакции (2) /экв = 1/2, a z = 2.

По аналогии с понятиями «количество вещества» и «молярная масса» существуют понятия «количество эквивалента вещества» и «молярная масса эквивалента вещества». Например, в реакции (2) 1 моль молекул серной кислоты соответствует 2 моль «половинок молекул» серной кислоты (п(1/2 H2S04) = 2 моль), а молярная масса эквивалента серной кислоты в этой реакции будет равна 49 г/моль (M(l/2 H2S04) = 49 г/моль). Понятие «эквивалент» используется для облегчения расчетов, так как позволяет проводить их без использования стехиометрических коэффициентов в уравнении соответствующей реакции. Для веществ, у которых молекула (формульная единица) и эквивалент одинаковы (например, НС1 или NaOH при кислотно-основном взаимодействии), лучше вообще не пользоваться понятием эквивалента.

Допустим, что нам необходимо найти массовую долю (%) вещества со(В), имеющего молярную массу М(В), г/моль, в некотором анализируемом объекте, имеющем массу g, г. Для титрования используется раствор с молярной концентрацией эквивалента титранта С(/экв>тВт), причем израсходовано FT, мл, этого раствора.

Массовая доля (%) вещества в анализируемом объекте равна отношению массы этого вещества, содержащейся в пробе, к массе пробы:

Масса определяемого вещества равна произведению количества эквивалента данного вещества, содержащегося в анализируемой пробе, и молярной массы эквивалента (которая, в свою очередь, равна произведению молярной массы вещества и фактора эквивалентности):

Количество эквивалента определяемого вещества, согласно (8.7), будет равно количеству вещества титранта, которое равно произведению молярной концентрации эквивалента титранта в растворе и объема этого раствора, израсходованного для титрования. Размерность молярной концентрации — моль/л, объем на практике обычно выражают в мл, поэтому для удобства расчетов введем в формулу множитель 10_3:

С учетом уравнений (8.9) и (8.10) формула (8.7) будет иметь следующий вид:

С помощью формулы (8.11) можно рассчитать массовую долю вещества в анализируемом объекте в случае использования прямого титрования (либо косвенного или титрования заместителя) по методу отдельных навесок. Если анализ проводят методом обратного титрования, то вместо С(/ЭКВ) т BT)FT в формулу (8.11) подставляют разность таких произведений для двух титрантов. При проведении анализа методом пипетирования в расчетную формулу вводят множитель, называемый фактором разбавления (VK/Vn). Он показывает, какая часть раствора, приготовленного из навески, используется для титрования (составляет аликвоту).

Если заранее рассчитана величина титра соответствия, представляющая собой произведение С(/ЭКВ) ТВТ) • /экв • М(В) • 10-3, то формула (8.11) будет иметь такой вид:

Рассмотрим несколько примеров расчета результатов анализа в титриметрии.

Пример 8.2. Навеску массой 0,9990 г образца гидрокарбоната натрия растворили в 20 мл свежепрокипяченной охлажденной воды. Для титрования раствора потребовалось 23,50 мл 0,4970 М НС1 (индикатор — метиловый оранжевый). Рассчитайте массовую долю ЫаНСОз в анализируемом образце.

Решение

В данном примере имеет место прямое титрование методом отдельных навесок. Эквивалент NaHC03 в реакции с НС1 соответствует его формульной единице, поэтому, согласно уравнению (8.11), имеем:

Пример 8.3. При определении содержания NaHC03 в растворе

  • 5.00 мл последнего поместили в мерную колбу вместимостью
  • 50.0 мл и добавили воду до метки. Затем 5,00 мл полученного раствора титровали из полумикробюретки раствором НС1, титр которого по NaHC03 равен 8,500 • 10“3 г/мл. Рассчитайте массу NaHC03 в 100 мл анализируемого раствора, если известно, что для титрования потребовалось 3,00 мл раствора кислоты.

Решение

Определение гидрокарбоната натрия проводят методом пипе- тирования, причем так же, как и в предыдущем примере, используется прямое титрование. Количественный состав титранта характеризуется с помощью титра соответствия. Масса NaHC03 в 100 мл раствора составит:

Пример 8.4. Навеску массой 1,9500 г образца глазной мази, содержащей HgO, поместили в делительную воронку и растворили мазевую основу в 10 мл диэтилового эфира. К образовавшейся смеси прибавили необходимое количество KI, а затем 10,00 мл 0,1045 М НС1. Для титрования избытка кислоты потребовалось

7,00 мл 0,0998 М NaOH. Рассчитайте массовую долю HgO в анализируемом образце.

Решение

Методика определения оксида ртути (II) в глазной мази сочетает в себе титрование заместителя и обратное титрование. При взаимодействии HgO и KI выделяются ОН_-ионы, которые затем определяют обратным титрованием. Реакция между HgO и KI протекает следующим образом:

Одной частице HgO в данной реакции соответствуют две частицы ОН-, поэтому /aKB(HgO) = 1/2. Массовая доля HgO в образце составляет:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >