Материал: Учебное пособие по количественному химическому анализу

4. Контрольные вопросы.

1. Контрольный объем щелочи оставили на некоторое время открытым. Как это скажется на результате количественного определения щелочи?

2. Увеличится или уменьшится масса (мг) Na₂CO₃ при совместном присутствии со щелочью, если титровать контрольный объем кислотой при сильном перемешивании?

3. Как оттитровать К₂CO₃ и КНCO₃ с метиловым оранжевым и с фенол-фталеином? Можно ли в присутствии этих индикаторов определить содержание карбоната и бикарбоната, если они присутствуют совместно?

4. Почему при приготовлении рабочего раствора щелочи его очищают от примеси карбоната? Нужно ли это делать, если данным раствором щелочи предполагают титровать только сильные кислоты?

5. Написать формулу для расчета титра раствора NаОН по H₃PO₄ при титровании с фенолфталеином.

6. Какие методики - прямое или обратное кислотно-основное титрование - используются при определении содержания Na₂CO₃ и СаСО₃?

7. Раствор, в котором может находиться одно из веществ NаОН, NаНСО₃, Na₂CO₃ - или одна из смесей (NаОН + Na₂CO₃), (NaHCO₃+ Na₂CO₃), титруется раствором HCl с фенолфталеином и метиловым оранжевым, применяемыми последовательно. Какое вещество или какая смесь титруется, если объем израсходованной кислоты составляет :

Лабораторная работа № 3

Определение процентного содержания карбоната натрия

и примесей в пищевой соде

I. План работы

1.1. Заполнить бюретку титрованным раствором соляной кислоты.

1.2. Взять навеску исследуемой пищевой соды m (навески) около 1 г (взвесить точно на аналитических весах), растворить в мерной колбе на 100,0 мл, довести до метки дистиллированной водой, перемешать .

1.3. Взять пипеткой на 10,0, 15,0 или 20,0 мл (предварительно ополоснуть ее этим раствором) аликвоту исследуемого раствора в две колбы для титрования и закрыть их пробками.

1.4. В первую из них прилить 8÷10 капель фенолфталеина (цвет раствора - малиновый).

1.5. Сразу же титровать раствор по каплям соляной кислотой до слабо-розовой окраски (рН = 8,5).

1.6. Замерить по бюретке объем соляной кислоты V₁, пошедшей на титрование ½ Na₂CO₃.

1.7. Рассчитать объем соляной кислоты, пошедшей на титрование всего количества карбоната натрия; он равен 2·V₁.

1.8. В эту же колбу (первую) прилить 1-2 капли метилового оранжевого (цвет раствора в колбе станет желтым) и продолжать титровать раствор до оранжевого цвета.

1.9. Замерить объем соляной кислоты по бюретке, пошедшей на титрование Na₂CO₃ и NaHCO₃ (V₂).

1.10. Рассчитать объем соляной кислоты, пошедшей на титрование NaНСО₃ V₃ в мл:

V₃ = V₂ – 2V₁

1.11. Повторить определение в том же порядке и с контроль­ным раствором во второй колбе.

1.12. Рассчитать среднее арифметическое из двух титрований: V_1сред. и V_2сред.

½ Na2CO3	½ Na2CO3 + NaНCO3
фенолфталеин	метилоранж
V1
V2

1.13. Рассчитать процентное содержание Na₂CO₃ в данной навеске по формуле:

ω_(Na2CO3)% = (2· V₁·С(HCl)·M(½ Na₂CO₃)·V_м.к.·100)/(m_{навески}·1000·V_пип.),

где M(½ Na₂CO₃) – молярная масса эквивалента Na₂CO₃;

1.14. Рассчитать процентное содержание NаНСО₃ в данной на­веске:

ω_(NaНCO3)% = (V₃·С(HCl)·M(NaHCO₃)·V_м.к.·100)/(m_{навески}·1000·V_пип.)

1.15. Рассчитать процентное одержание примесей в соде:

ω_{(примесей)}% = 100 – (ω(Na₂CO₃) + ω(NaНCO₃))

Лабораторная работа № 4

Определение процентного содержания аммиака в солях аммония

методом обратного титрования

I. Теоретическое обоснование

Растворы солей аммония, хотя и имеют в результате гидролиза кислую реакцию, однако выступают как очень слабые кислоты с рК = 9. Водородный показатель 0,1н раствора соли аммония определяется по формуле

рН = 7 - ½ рК_(осн.) - ½ lgС_(соли) = 7 -1/2· 4,75 - ½· lg0,1 = 5,12

что практически соответствует нейтральной среде.

Поэтому невозможно количественное определение их с достаточной степенью точности прямым титрованием какой-либо сильной щелочью (то есть невозможно правильно установить точку эквивалентности, так как изменение окраски индикатора происходит не от одной капли щелочи, а постепенно). В данном случае применим косвенный метод определения - титрование по остатку (обратное титрование).

Смысл этого метода заключается в следующем:

К исследуемому раствору приливают точно измеренное количество другого вещества (промежуточное вещество), которое способно взаимодействовать как с исследуемым веществом, так и с рабочим раствором.

Часть промежуточного вещества эквивалентно расходуется на взаимодействие с исследуемым, а остаток его оттитровывается рабочим раствором.

Если нормальность промежуточного вещества неизвестна, то проводится контрольное титрование, для того чтобы определить объем рабочего раствора, затраченного на реакцию всего промежуточного вещества.

По разности объемов всего промежуточного вещества и части его, затраченного на реакцию с рабочим раствором, находят число молей эквивалентов исследуемого вещества.

В нашей работе промежуточным веществом является раствор щелочи, а рабочим раствором - соляная кислота. Щелочь с раствором соли аммония взаимодействует при нагревании по реакции:

Остаток щелочи, не вошедший в реакцию с солью аммония, титруется соляной кислотой в присутствии метилового оранжевого.

2. План работы

2.1. В сухой стаканчик получить контрольную навеску кристаллической соли аммония и взвесить сначала на технических весах, а затем на аналитических с точностью до четвёртого десятичного знака.

2.2. Перенести навеску соли аммония в мерную колбу на 100,0 мл через сухую воронку и вновь взвесить стаканчик с оставшимися крупинками соли на аналитических весах и по разности масс стаканчика с солью аммония и пустого стаканчика определить навеску соли

m_{cт. с солью} – m_{пуст. ст.} = m_соли

Через эту же воронку налить в колбу холодную дистилированную воду приблизительно на ½ объёма и встряхивать до полного растворения соли, затем долить до метки водой и тщательно перемешать.

2.3. В две конические колбы на 250 мл взять пипеткой аликвоты полученного раствора (V_пип.), добавить в каждую колбу из бюретки на 50,0 мл точно измеренное, избыточное количество раствора щелочи NаОН (обычно 30 - 40 мл, V₁).

2.4. Поставить колбы на электроплитку и кипятить смесь в течение 30 минут (до полного удаления аммиака по универсальной лакмусовой бумажке, смоченной водой). Так как при этом вода испаряется, то время от времени в колбы нужно доливать из промывалки дистиллированную воду приблизительно до первоначального объема. Нужно также следить, чтобы не произошло выброса раствора из колбы. Если это произошло, то данная проба испорчена и должна быть вылита.

2.5. Охладить раствор до комнатной температуры и оттитровать остаток щелочи в обеих колбах, который не вошел в реакцию с солью аммония, соляной кислотой (С(НС1)) в присутствии метилового оранжевого до перехода окраски индикатора от желтой в оранжевую. Из двух затраченных объемов HCI ( V¹ и V¹¹ ) найти среднеарифметический объем:

V₂ = ( V¹ + V¹¹)/2

2.6. Если С(NаОН) неизвестна, то нужно провести контрольное титрование ее следующим образом: в две колбы для титрования из бюретки на 50,0 мл прилить 15,0 или 20,0 мл раствора щелочи и оттитровать ее рабочим раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого от желтого до оранжевого. Замерить объемы HCl, пошедшие на титрование в обеих колбах,и найти среднеарифметическое значение (V₃), затем затраченный объем кислоты (V₃) пересчитать на то количество щелочи, которое было взято на реакцию с солью аммония (V₄). Найти объем кислоты, пошедшей на титрование щелочи, эквивалентно прореагировавшей с солью аммония (V₅):

V₅ = V₄ - V₂

7. Рассчитать процентное содержание аммиака в соли аммония по формуле:

где - молярная масса эквивалента NH₃.

2.8. Рассчитать процент ошибки.

3. Контрольные вопросы

1. Какие вещества можно использовать в качестве "промежуточных" при количественном определении методом обратного титрования (рабочий раствор - щелочь): а) карбоната кальция; б) металлического магния?

2. В чем смысл метода обратного титрования?

3. Что означает понятие "контрольное титрование"?

4. Как определить, что при кипячении соли аммония со щелочью аммиак полностью удален?

5. Какое значение имеет тот или иной порядок титрования? Что такое свидетели и для чего они применяются?

6. Практическое применение методов кислотно-основного титрования.

Лабораторная работа № 5 Определение сильной и слабой кислот при совместном присутствии

1. Теоретическое обоснование

Сильную и слабую кислоты в смеси можно определить титрованием стандартным раствором щелочи, фиксируя две эквивалентные точки. В качестве примера рассмотрим раствор, содержащий соляную и уксусную кислоты.

Как известно, скачок на кривой титрования 0,1 н. соляной кислоты составляет от 4 до 10 единиц рН, а уксусной кислоты - от 6 до 10 единиц рН. Поэтому, если титровать смесь в присутствии метилового оранжевого, рТ которого равен 4, то изменение окраски от красной до оранжевой соответствует полной нейтрализации соляной кислоты. Уксусная кислота при этом практически не вступает в реакцию. Таким образом, весь объем щелочи эквивалентен содержанию соляной кислоты. Если же титровать исходную смесь в присутствии фенолфталеина, рТ которого равен 9, то появление слабо-малиновой окраски отвечает полной нейтрализации обеих кислот.

2. Техника безопасности

2.1. Раствор щелочи в бюретку наливать осторожно через воронку, не разбрызгивая ее.

2.2. Растворы кислот набирать пипеткой с помощью груши.

3. План работы.

3.1. Заполнить бюретку титрованным раствором щелочи.

3.2. Получить индивидуальную контрольную задачу (раствор, содержащий соляную и уксусную кислоты) в мерную колбу на 100,0 мл (V_м.к.), довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать, закрыв колбу пробкой.

3.3. В две колбы для титрования внести пипеткой аликвоту (15,0 или 20,0 мл) (V_пип.) из мерной колбы.

3.4. В первую колбу добавить 1 каплю метилового оранжевого и титровать раствором щелочи от красной окраски индикатора до оранжевой, избегая появления желтой окраски. Замерить объем щелочи по бюретке (V₁). Этот объем расходуется на нейтрализацию сильной соляной кислоты.

3.5. Бюретку долить раствором щелочи до нуля. Во вторую колбу добавить 5-6 капель фенолфталеина и титровать раствором щелочи. Титрование закончить при появлении слабо-малиновой окраски (pH ~ 9). Замерить объем щелочи по бюретке (V₂). Этот объем щелочи расходуется на титрование и соляной и уксусной кислот.

3.6. Расчет масс соляной и уксусной кислот:

а) массу соляной кислоты в г рассчитать по формуле:

m (HCl) = (V₁·C(NaOH)·M(HCl)·V_м.к.)/(1000·V_пип.)

б) массу уксусной кислоты в г рассчитать по формуле:

m _(CH3COOH) = ((V₂ – V₁)·C_(NaOH)·M_(CH3COOH)·V_м.к.)/(1000·V_пип.)

где М_{(СН3СООН)} - молярная масса эквивалента уксусной кислоты;

(V₂ – V₁) - объем щелочи, пошедшей на титрование CH₃COOH.

3.7. Рассчитать процент относительной ошибки определения HCl и СН₃СООН.

Используя способ фиксирования двух эквивалентных точек, можно провести анализ раствора, содержащего сильное и слабое основание (например, NаОН и NH₄OH).

4. Контрольные вопросы

1. Можно ли приготовить рабочий раствор щелочи из сухой NаОН?

2. По каким исходным веществам можно установить точную нормальность щелочи?

3. Правильное ли будет определение количеств слабой кислоты и сильной кислоты в смеси, если титрование с метиловым оранжевым проводить до появления желтой окраски раствора?

4. Завышено или занижено будет количество сильной кислоты в смеси со слабой, если определение с метиловым оранжевым проводить не до оранжевой, а до желтой окраски раствора?

5. Завышено или занижено будет количество слабой кислоты в смеси с сильной, если титрование с метиловым оранжевым проводить не до оранжевой, а до желтой окраски раствора?