Лекция Основы титриметрического метода метод анализа

План

1. 
   Сущность титриметрического метода анализа
   
2. 
   Классификация титриметрических методов анализа
   
3. 
   Расчеты в титриметрии. Стандартные и рабочие растворы
   
4. 
   Погрешности титриметрического метода
   
5. 
   Построение кривых титрования.
   

Титриметрический метод анализа основан на том, что вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах:

n₁ = n₂

где n₁ и n₂ количества вещества 1 и 2, [n]= моль

n = C·V

Тогда для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение:

C₁·V₁ = C₂·V₂
Титриметрический анализ – метод определения количества вещества путем точного измерения объема растворов веществ, вступающих между собой в реакцию.

Титр – количество г вещества содержащегося в 1 мл раствора или эквивалентное определяемому веществу. Например, если титр H₂SO₄ равен 0,0049 г/мл, это значит, что каждый мл раствора содержит 0,0049 г. серной кислоты.

Раствор, титр которого известен, называется титрованным Титрование – процесс добавления к исследуемому раствору или его аликвотной части эквивалентного количества титрованного раствора. При этом используются стандартные растворы – растворы с точной концентрацией вещества (Na₂CO₃, HCl).

Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям:

1. 
   Реакция должна протекать количественно, быть строго стехиометричной
   
2. 
   Реакция должна протекать с высокой скоростью;
   
3. 
   Реакция должна протекать до конца, должны отсутствовать конкурирующие процессы;
   
4. 
   Для данной реакции должен существовать удобный способ фиксирования конца реакции (точки эквивалентности).
   

HCl + NaOH → NaCl + H₂O (индикатор метилоранж)

Классифицировать титриметрические методы анализа можно по нескольким признакам. Например, по типу основной реакции, протекающей при титровании:

1. 
   кислотно-основное титрование (нейтрализация): H₃O⁺ + OH^- ↔ 2H₂O
   

а) ацидиметрия

б) алкалиметрия

2. 
   окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия):
   

а) перманганатометрия (KMnO₄);

б) йодометрия (I₂);

в) броматометрия (KBrO₃);

г) дихроматометрия (K₂Cr₂O₇);

д) цериметрия (Ce(SO₄)₂);

е) ванадометрия (NH₄VO₃);

ж) титанометрия (TiCl₃) и т.д.

3. 
   осадительное титрование: Me + X ↔ MeX↓
   

б) меркурометрия

4. 
   комплексометрическое титрование Me^m+ + nL ↔ [Me(L)_n]^m+
   

б) комплексонометрия (ЭДТА)

1. 
   По собственной окраске ионов определяемого элемента, например перманганат ионы MnO₄^- имеют малиновую окраску
   
2. 
   С помощью индикаторов например, при реакции нейтрализации используют кислотно-щелочные индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метил оранж – органические соединения изменяющие окраску при переходе от кислой к щелочной среде.
   

HIn +H₂O In^- + H₃O⁺

H₂O H⁺ + OH^-

H⁺ + H₂O H₃O⁺

На область перехода окраски индикатора (положение и интервал) влияют все факторы, от которых зависит константа равновесия (ионная сила, температура, посторонние вещества, растворитель), а также индикатора.

3. 
   По веществу-свидетелю
   

Ag⁺ + CrO₄" Ag₂CrO₄$ (ярко оранжевая окраска)

В колбу, где требуется определить ион хлора, добавляют небольшое количество соли K₂CrO₄ (свидетель). Затем из бюретки постепенно добавляют исследуемое вещество, при этом первыми в реакцию вступают ионы хлора и образуется белый осадок (AgCl), т. е. ПР _AgCl << ПР _{Ag2Cr O4.}

Таким образом, лишняя капля нитрата серебра даст ярко оранжевую окраску, т. к. весь хлор уже прореагировал.

Способы титрования.

2. обратное титрование (с избытком), используется при медленно протекающей реакции. Если скорость реакции мала, или не удается подобрать индикатор, или наблюдаются побочные эффекты, например потери определяемого вещества вследствие летучести, можно использовать прием обратного титрования: добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта Т₁, довести реакцию до конца, а затем найти количество непрореагировавшего титранта титрованием его другим реагентом Т₂ с концентрацией С₂. очевидно, что на определяемое вещество затрачивается количество титранта Т₁, равное разности С_Т1V_T1 = С_T2V_T2.

3. косвенное титрование (по замещению), применяется при анализе органических соединений. Если реакция нестехиометрична или протекает медленно, то используют титрование заместителя, для чего проводят химическую реакцию определяемого вещества с вспомогательным реагентом, а получающийся в эквивалентном количестве продукт оттитровывают подходящим титрантом.
Способы выражения концентрации раствора.

• 
  Молярная концентрация – моль/ л
  

• 
  Молярная концентрация эквивалентов (нормальные растворы) (раствор должен содержать в 1 л заданное число эквивалентных масс).
  

• 
  Титр раствора Т
  

Титр по рабочему веществу надо перевести в титр по определяемому веществу, воспользовавшись фактором пересчёта: T_onp = T_раб· F

где С₁ – молярная концентрация эквивалента (нормальность титранта)

V₁ – количество раствора, которое вылили из бюретки для химической реакции

С _xV _x – характеристика искомого вещества

а – навеска анализируемого вещества

Титрант с известной концентрацией называют стандартным раствором. По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы. Первичный стандартный раствор готовят растворением точно количества химически чистого вещества известного стехиометрического состава в определенном объеме растворителя. Вторичный стандартный раствор получают следующим образом: готовят раствор с приблизительной концентрацией и определяют его концентрацию (стандартизируют) по подходящему первичному стандарту.

1. 
   Состав вещества должен строго соответствовать химической формуле. Содержание примесей менее 0,05%
   
2. 
   Вещество должно быть устойчивым при комнатной температуре, быть не гигроскопичным, не окисляться кислородом воздуха, не поглощать углекислый газ, быть не летучим.
   
3. 
   Вещество должно иметь достаточно высокую молекулярную массу, чтобы уменьшить погрешность при взвешивании.