Примеры определений в методе кислотно-основного титрования

Лабораторная работа 1. Приготовление рабочего рас­твора соляной кислоты путем разбавления ее концентри­рованного раствора.

Цель работы. Научиться готовить растворы для титриметрического анализа методом разбавления на примере раствора соляной кислоты.

Реактивы. Соляная кислота с массовой долей НСl в ин­тервале 10-20 %.

Приборы и оборудование. Набор ареометров; справоч­ная таблица «Плотность водных растворов некоторых кислот и щелочей»; мерные цилиндры.

Выполнение работы. Измеряют плотность концентри­рованного раствора соляной кислоты ареометром и по спра­вочной таблице «Плотность водных раствора некоторых кислот и щелочей» определяют массовую долю НСl в нем.

Вычисляют, сколько миллилитров концентрированно­го раствора НСl необходимо взять для получения раствора с заданной молярной концентрацией С(НСl_разб.).

Для выполнения расчета следует сначала найти моляр­ную концентрацию исходного концентрированного рас­твора кислоты С(НСl_конц), зная его плотность и массовую долю НСl, по формуле

 

C(X) = ν (X)/V = m (X)/M(X)V (20.2)

 

При использовании этой формулы следует предполо­жить, что если масса раствора (т) равна 100 г, то масса растворенного вещества X равна его массовой доле, выра­женной в процентах т(Х) = ω (Х). Если плотность раствора р(г/мл), то 100 г раствора занимают объем (в мл):

 

V = m/ρ = 100/ρ. (20.3)

 

Так как молярная концентрация измеряется в моль • л^-1, то для подстановки в формулу (20.2) объем раствора следует перевести в литры, разделив полученное выражение на 1000:

 

V = 1/10ρ (20.4)

 

Подставив выражения т(х)= ω (х) в формулу (20.2), получим конечную формулу для перехода от массовой доли растворенно­го вещества в растворе к молярной концентрации раствора:

 

С(Х) = 100рω (х)/ М(х)

 

Поскольку количество растворенного вещества при разбавлении раствора водой не изменяется, для нахожде­ния объема концентрированного раствора НСl можно вос­пользоваться формулой разбавления, аналогичной выра­жению (19.8):

C_lV₁ = C₂V₂, (20.5)

 

где С₁, С₂ - молярные концентрации или нормальности растворов. Отсюда

 

V(HCl_конц) V(HCl_разб) • С(HCl_разб)

С(HCl_разб)

 

В большой мерный цилиндр вместимостью 1л налива­ют до половины его объема дистиллированную воду. С по­мощью небольшого мерного цилиндра (вместимостью 10 или 25 мл) переносят вычисленный ранее объем кон­центрированного раствора НСl в большой мерный ци­линдр. Осторожно доливают воду до 1 л. Полученный рас­твор тщательно перемешивают путем переливания рас­твора из мерного цилиндра в коническую колбу и обратно.

Вывод. В данной работе вывод может быть сформули­рован очень просто: «Путем разбавления концентрирован­ного раствора приготовлен раствор НСl объемом... мл с концентрацией приблизительно... моль/л».

Лабораторная работа 2. Стандартизация рабочего рас­твора соляной кислоты по раствору тетрабората натрия.

Для стандартизации раствора соляной кислоты лучше всего пользоваться кристаллическим тетраборатом на­трия Na₂B₄O₇ • 10Н₂О, который предварительно подверга­ют очистке путем перекристаллизации из воды. Навеску тетрабората натрия, необходимого для приготовления 250 мл 0, 1000 н. раствора, рассчитывают по форму­ле (19.14). Рассчитанную навеску взвешивают на анали­тических весах и переносят количественно в мерную кол­бу вместимостью 250 мл. Соль растворяют в небольшом количестве воды при осторожном перемешивании содер­жимого колбы и затем из промывалки наливают воду при­мерно на 1 см ниже метки. Ставят мерную колбу так, чтобы метка была на уровне глаз и осторожно, по каплям, до­ливают воду до метки. Приготовленный раствор тетрабо­рата натрия тщательно перемешивают, закрыв колбу пробкой и переворачивая колбу несколько раз.

При растворении в воде бура сильно гидролизуется по ани­ону с образованием очень слабой борной кислоты (рН = 9, 24):

 

Na₂B₄O₇ + 7Н₂О ↔ 2NaOH + 4Н₃ВО₃.

 

При титровании соляной кислотой равновесие гидролиза смещается вправо, так как гидроксид натрия реаги­рует с кислотой:

2NaOH + 2НСl = 2NaCl + 2Н₂О.

 

Эти два уравнения складывают и получают общее уравнение реакции, которая идет при титровании:

 

Na₂B₄O₇ + 2НСl + 5Н₂О = 2NaCl + 4Н₃ВО₃;

f_экв. (Na₂B₄O₇) = 1/2; f_экв (НСl) = 1; M(Na₂B₄O₇ • 10Н₂О) =

= 381, 42 г/моль; М(НСl) = 36, 5 г/моль.

Цель работы. Получить навыки стандартизации рабо­чего раствора по первичному стандарту.

Посуда. Бюретка вместимостью 25 мл, пипетка Мора, колбы для титрования (3 штуки), воронка.

Реактивы. Рабочий раствор соляной кислоты, стан­дартный раствор 0, 1000 н. Na₂B₄O₇, раствор индикатора метилоранжа.

Выполнение работы. Бюретку заполняют раствором соляной кислоты. В три конические колбы для титрова­ния вносят пипеткой Мора по 10, 0 мл раствора тетрабора­та натрия и 1 каплю индикатора метилоранжа. Раствор становится желтым. Из бюретки добавляют по каплям раствор соляной кислоты и постоянно перемешивают рас­твор в колбе. Титрование заканчивают, когда желтая ок­раска индикатора переходит в оранжевую. Результат тит­рования сразу записывают в таблицу с точностью до 0, 03-0, 05 мл. Второе и третье титрование проводят более точно. Сначала в колбу для титрования добавляют объем титранта на 0, 5 мл меньше, чем при первом титровании. Затем титрант добавляют по каплям и внимательно следят за изменением окраски раствора. Титрование прекращают, когда заметное изменение окраски происходит при добав­лении всего одной капли титранта. Титрование повторяют до тех пор, пока не получают не менее трех результатов, которые отличаются друг от друга не более, чем на 0, 1 мл.

Все результаты записывают в таблицу.

 

 

Титрование	Первичный стандарт Na2B4O.	Титрант
С (l/2Na2B4O7), моль/л	V(Na2B4O7), мл	V(HCl), мл
	0, 1000 » »	10, 0 » »

Обработка результатов эксперимента. Объем раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, находят как среднееарифметическое изтрех результатов:

 

V(HCl) = V₁ + V₂ + V₃

_

V(HCl) вычисляют с точностью до 0, 01 мл.

По результатам титрования, используя закон эквива­лентов, вычисляют нормальность и титр раствора НСl:

 

С(НСl) • F(HCl) = C(l/2 Na₂B₄O₇) • V(Na₂B₄O₇),

 

откуда _

С(НСl) = C(l/2 Na₂B₄O₇) • V(Na₂B₄O₇) / V(HCl);

Т(НСl) = C(HCl) • M(HCl) / 1000.

Значение С(НСl) и Т(НСl) рассчитывают с точностью до чет­вертой значащей цифры, например: С(НСl) = 0, 1036 моль/л; Т(НСl) = 0, 003781 г/мл. Можно также рассчитать про­центное содержание (т.е. массовую долю) НСl в растворе. С этой целью плотность анализируемого раствора прини­мают 1 г/мл, а значение Т(НСl) умножают на 100.

Вывод. Вывод в данной работе может быть сформулиро­ван так: «Методом прямого титрования с использованием в качестве первичного стандарта Na₂B₄O₇ • 10Н₂О установле­ны нормальность и титр рабочего раствора НСl: С(НСl) =... моль/л; Т(НСl) =... г/мл.

Лабораторная работа 3. Стандартизация раствора NaOH по вторичному стандартному раствору НСl.

Цель работы. Научиться стандартизировать титранты по раствору - вторичному стандарту.

Реактивы. Раствор титранта NaOH (приблизительная концентрация 0, 1 моль/л); стандартизированный в лабо­раторной работе 2 титрант - раствор НСl; индикатор - рас­твор фенолфталеина.

Посуда. См. лабораторную работу 2.

Выполнение работы. В бюретку наливают раствор NaOH, концентрацию которого следует установить, и за­крывают бюретку трубкой с натронной известью (смесь NaOH и СаО, используется для поглощения СО₂).

В колбы для титрования пипеткой Мора вносят по 10, 0 мл стандартизированного раствора НСl, добавляют 3-5 капель фенолфталеина и титруют до получения бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 с.

При обработке результатов эксперимента после расчета значений C(NaOH) и T(NaOH) можно также рассчитать процентное содержание (т.е. массовую долю) гидроксида натрия в растворе. С этой целью, как в лабораторной работе 2 плотность анализируемого раствора принимают 1 г/мл, а значение T(NaOH) умножают на 100.

Протокол лабораторной работы оформляют по образцу лабораторной работы 2.

 

ГЛАВА 21. МЕТОДЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО