Расчеты в кислотно-основном титровании

Понятия ‘эквивалент” и “молярная масса эквивалента” являются фундамен-тальными в аналитической химии. Во всех реакциях массы взаимодействую-щих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов (закон экви-валентов):

m(В) M(1/z В)

----------- = --------------

m(А) M(1/z А)

где m (В) и m(А) – массы взаимодействующих веществ В и А, г

M (1/z В) и M(1/z А) –молярные массы эквивалентов веществ В и А, моль/л

Эквивалентом в кислотно-основных реакциях называется реальная или ус-ловная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентной одному иону водорода. При использовании термина “эквивалент” необходимо указывать, к какой конкретно реакции он от-носится.

Так, при нейтрализации молекулы фосфорной кислоты двумя молекулами щелочи в реакции:

H3PO4 +2 NaOH = Na2HPO4+2 H2O

замещается два иона водорода. Следовательно, эквивалент фосфорной кислоты в данной реакции равен 1/2 молекулы H3PO4, а молярная масса эквивалента

(массса моля эквивалента) равна 1/2 M(H3PO4), то есть 49 г/моль. Отношение 1/z называется фактором эквивалентности. Очевидно, он характеризует коли-чественную связь между молекулой вещества, его эквивалентом, а также мо-лярной массой вещества и его молярной массой эквивалента.

Все расчеты в титриметрическом анализе базируются на законе эквивалентов. При этом используются две основные схемы расчетов, основанные на исполь-зовании “титра титранта по анализируемому веществу” и “молярной концентра-ции эквивалента титранта”.

 

-7-

 

Схема 1.

Под титром титранта по анализируемому веществу (титр соответствия) по- нимают массу анализируемого вещества (в граммах), реагирующего с I мл ста-ндартного раствора (титранта).

Например, при титровании раствора гидроксида натрия 0,1н соляной кислотой:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

ее титр рассчитывают, исходя из следующих соображений.

По реакции на I моль гидроксида натрия идёт один моль кислоты. В I мл титранта cодержится 10 ^-4 моль HCl. С этим количеством прореагирует также 10 ^-4 моль NaOH или по массе: 40 г/моль · 10 ^-4 моль= 4 · 10 ^-3 г. То есть с 1 мл раствора НCl реагирует 0,00010г NaOH.

В общем виде титр титранта (В) по анализируемому веществу (А) опреде-ляется по формуле:

 

C(1/z ·В) · M(1/z · А) 1.5.1.

T_В/А = ------------------------------, г/мл

 

где C (1/z В)-молярная концентрация эквивалента титранта, моль/л

М (1/z А)-молярная масса эквивалента анализируемого вещества, г/моль

Зная титр, легко рассчитать массу анализируемого вещства mT (А) в титруе-мом объеме:

mT (А)=Vр-ра(В)·TВ/А 1.5.2

 

где Vр-ра(В)- объем титранта (мл), пошедший на титрование

Титруемый объем Vт (А) является частью объема всей пробы Vп (А), поэтому массу анализируемого вещества (m_п) в пробе можно рассчитать по формуле:

 

Vр-ра (В) · Tв/А · Vп(А) 1.5.3.

m_п (А) = -----------------------------------

Vт (А)

 

При выводе данных формул принималось, что концентрация титранта точно равна 0,1 н. Однако, в аналитической практике никогда не удается получить концентрацию, точно 0,1н. Фактически концентрация или несколько больше, или несколько меньше этой величины.

 

 

-8-

 

Например, 0,095 или 0,105. Для того, чтобы не рассчитывать каждый раз титр, вводится поправочный коэффициент, представляющий собой отношение фактической концентрации к точной:

С_ф

К = ----------

С_т

Следовательно, поправочный коэффициент может быть больше или меньше единицы.

В этой связи расчетная формула примет вид:

 

Vр-ра (А) · K· TВ/А · V_П (А) 1.5.4.

m_п (А)= -----------------------------------

VT(А)

 

СХЕМА 2

Если концентрация титранта выражена в молях эквивалента на литр

(нормальная концентрация), то можно воспользоваться соотношением:

 

C(1/z В) · Vр-ра(В) =C(1/z А) V р-ра (А)

Откуда:

C(1/z В) · Vр-ра(В) 1.5.5.

С (1/z А) = ------------------------------

Vр-ра(А)

где:

С (1/z В) - молярная концентрация эквивалента титранта

С (1/z · А) – молярная концентрация эквивалента титрируемого раствора

Vр-ра (В) – объём титранта

Vр-ра (А) – объём титрируемого раствора.

И далее:

M(1/z А) ·Vр-ра(А)· C(1/z А)

mТ(А) = ------------------------------------ 1.5.6

 

М(1/z А) ·V(А) ·C(1/z А) ·Vп(А)

mп(А) = ----------------------------------------- 1.5.7

1000 · Vт (А)

 

-9-

 

Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н А Я Ч А С Т Ь

Описание оборудования.

В работе используются: штатив, мерная колба на 100 мл, конические колбы, пипетки мерные и градуированные, бюретка, воронка, часовое стекло, техничес-кие и аналитические весы.

Реактивы: щавелевая кислота, раствор хлороводорода, раствор гидроксида натрия, фенолфталеин.