Определение содержания HCl и H3BO3 в смеси с использованием двух методов анализа

 

Цели работы:

1) определить массу HCl и H₃BO₃ (г) в выданной для анализа пробе, используя метод кислотно-основного кондуктометрического титрования;

2) определить массу HCl и H₃BO₃ (г) в выданной для анализа пробе, используя метод кислотно-основного потенциометрического (рН-метрического) титрования;

3) сопоставить данные анализа, полученные двумя независимыми методами, с истинным значением, рассчитать относительные погрешности определения в каждом случае и сделать выводы о сравнительной точности предложенных методик анализа.

Сущность работы. Кислотно-основные реакции широко применяются как в кондуктометрическом, так и в рН-метрическом титровании, на чем и основано дифференцированное определение сильной и слабой кислот в смеси. При титровании смеси сильной кислоты HCl и слабой H₃BO₃ (pK₁ = 9, 15; pK₂ = 12, 74; pK₃ = 13, 80) стандартным раствором щелочи сначала будет оттитровываться HCl:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O,

а затем – слабая борная кислота.

При рН-метрическом титровании невозможно получить скачок на кривой титрования, если р K_а > 8. Следовательно, борная кислота должна титроваться без скачка, что делает невозможным ее определение. Однако H₃BO₃ может образовывать более сильные комплексные кислоты с рядом многоатомных спиртов (этиленгликоль, глицерин, маннит и др.). Поэтому после получения скачка, соответствующего оттитровыванию HCl, в раствор вводят многоатомный спирт и продолжают титрование до получения второго скачка. При этом в растворе протекает реакция (на примере этиленгликоля):

 

СН₂ – ОН НО ОН НО – СН₂

| + В + | →

СН₂ – ОН ОН НО – СН₂

 

СН₂ – О О – СН₂ –

→ | В | Н⁺ + 3Н₂О (1.1)

СН₂ – О О – СН₂

 

 

Образовавшаяся комплексная кислота Н[В(С₂Н₄О₂)₂] имеет р K_а = 4, 48, поэтому при титровании ее раствором щелочи:

Н[В(С₂Н₄О₂)₂] + NaOH = Na[В(С₂Н₄О₂)₂] + H₂O

получается явно выраженный скачок на кривой титрования. При таком титровании f _экв(H₃BO₃) = 1, так как 1 моль H₃BO₃ в реакции (1.1) соответствует 1 моль одноосновной комплексной кислоты Н[В(С₂Н₄О₂)₂].

При кондуктометрическом титровании излом на кривой титрования слабой кислоты можно получить даже при р K_а = 10, что позволяет оттитровать H₃BO₃ по первой ступени в отсутствие многоатомных спиртов. Кривая титрования смеси HCl и H₃BO₃ имеет 2 излома, соответствующих последовательному протеканию реакций:

H⁺ + Cl^– + Na⁺ + OH^– = Na⁺ + Cl^– + Н₂О,

H₃BO₃ + Na⁺ + OH^– = ВO₂^– + Na⁺ + 2Н₂О.

При титровании HCl наблюдается резкое уменьшение электропроводности раствора, так как очень подвижные ионы Н⁺ (l⁰ = 362) заменяются менее подвижными ионами Na⁺ (l⁰ = 52). При титровании слабой борной кислоты происходит увеличение числа ионов в растворе за счет образования сильного электролита – соли NaBO₂ (метабората натрия), поэтому кривая пойдет вверх. После достижения второй т. э. за счет введения избытка титранта NaOH кривая пойдет вверх более круто, так как в растворе появятся ионы ОН^– с высокой подвижностью (l⁰ = 205).

Оборудование, посуда, реактивы: кондуктометр с измерительным датчиком; магнитная мешалка со стержнем; бюретка; рН-метр или иономер со стеклянным и хлоридсеребряным электродами; 2 стакана вместимостью 150–200 мл; стандартный 0, 1 н. раствор NaOH; маннит или глицерин.

Выполнение работы. Получить 2 одинаковые пробы анализируемого раствора в 2 стакана вместимостью 150–200 мл.

Для проведения кондуктометрического титрования пробу разбавить дистиллированной водой и титровать стандартным раствором щелочи, добавляя его порциями по 0, 2–0, 5 мл и измеряя удельную электропроводность раствора после добавления каждой порции титранта. По полученным данным построить кривую титрования, определить объемы титранта, затраченные на достижение обеих т. э., и рассчитать массы кислот в смеси (г) по закону эквивалентов.

Для проведения рН-метрического титрования пробу разбавить дистиллированной водой и титровать стандартным раствором щелочи, добавляя его порциями по 0, 2–0, 5 мл и измеряя значение рН раствора после добавления каждой порции титранта. После достижения первого скачка прибавить ~ 1 г маннита или ~ 10 мл глицерина и продолжать титрование до получения второго скачка. По полученным данным построить интегральную (рН – V, мл) и дифференциальную (DрН / D V – V, мл) кривые титрования, определить по ним объемы титранта, затраченные на достижение обеих т. э., и рассчитать массы кислот в смеси (г) по закону эквивалентов.

Рассчитать относительные погрешности определения по данным кондуктометрического и рН-метрического титрования, сделать выводы о сравнительной точности предложенных методик анализа.