Расчеты в прямом титровании (протолитометрия)

Химические методывключают гравиметрические (весовые) и титриметрические или объемные виды анализа. Под титриметрическим анализом понимают определение содержания вещества по точно измеренному количеству реагента (массе или объему), вступившего в реакцию с определяемым компонентом в эквивалентном количестве. Известны следующие основные способы проведения титриметрического анализа: прямое титрование; реверсивное; обратное титрование или титрование по остатку; косвенное титрование или по заместителю.

Прямое титрование заключается в непосредственном взаимодействии титранта и титруемого вещества. В процессе титрования к аликвоте или навеске вещества постепенно добавляют раствор титранта, объем которого точно фиксируют в Т. Э.В качестве титранта используют рабочий раствор известной концентрации. Расчет содержания вещества в образце выполняют по закону эквивалентов:

= (8.1)

где– количество моль-эквивалентов анализируемого вещества в титруемом образце; а -количество моль-эквивалентов титранта, вступившего в реакцию с определяемым компонентом А.

Концентрацию компонента А в растворе вычисляют по формуле:

(8.2)

где – молярная концентрация эквивалента (нормальность) титруемого раствора (определяемого компонента), моль-экв/л; – объем аликвоты титруемого раствора, мл; – концентрация и - объем титранта в точке эквивалентности. Для более точного титрования применяют метод отдельных навесок (ЭУК, гл 4).

При титровании чистых веществ масса навески соответствует массе титруемого вещества. Если титруют техническое вещество, то масса навески будет состоять из смеси чистого вещества и примесей. Содержание чистого вещества рассчитывают либо по закону эквивалентов, либо из значений процентной концентрации и массы навески вещества. Пробу растворов также можно отбирать в виде точно измеренного раствора – аликвотной части (аликвоты).

Пример 1:На титрование навески соды массой 0,2005 г израсходовали 20,0 см³ раствора HCl, концентрацией 0,1010 моль/дм³. Вычислите массовую долю карбоната натрия в образце.

Решение:При титровании с HCl реагирует только Na₂CO₃, а примеси не влияют на расход титранта. Запишем уравнение реакции для полной нейтрализации соды:

H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃

CO₂

По закону эквивалентов можно записать: n_экв(Na₂CO₃) = n_экв(HCl)

Выразим n_экв(HCl) через объем и концентрацию титранта и рассчитаем число моль-эквивалентов карбоната натрия.

n_экв(Na₂CO₃) = С(HCl)×V(HCl); n_экв(Na₂CO₃) = 20×10^-3 ×0,1010 = 2,02×10^-3 моль-экв.

Масса Na₂CO₃ в навеске соды составит: m(Na₂CO₃) = n_экв(Na₂CO₃)×М_экв(Na₂CO₃)

Так как в реакции с HCl при титровании Na₂CO₃ замещается оба протона, то

М_экв(Na₂CO₃) = ; М_экв(Na₂CO₃) = = 53 г-экв /моль;

m(Na₂CO₃) = 2,02×10^-3× 53 = 0,1071 г

Найдем массовую долю Na₂CO₃ в образце соды:

w(Na₂CO₃) = ; w(Na₂CO₃) = = 53,40%

Ответ: w(Na₂CO₃) = 53,40%.

Пример 2.Сколько мл 0,2н. раствора HCl потребуется на полное титрование навески массой 0,2518г, которая содержит 98,5% карбоната натрия?

Решение:Титрование – прямое, титрант – раствор HCl, который реагирует только с Na₂CO₃ по реакции:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃

так как примеси не влияют на расход титранта. По закону эквивалентов можно записать: n_экв(Na₂CO₃) = n_экв(HCl)

Выразим число моль-эквивалентов кислоты и карбоната натрия и подставим в полученное выше выражение:

n_экв(Na₂CO₃) =

М_экв(Na₂CO₃) =

M(Na₂CO₃) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 г/моль

М_экв(Na₂CO₃) = = 53 г/моль

n_экв(HCl) = С(HCl)×V(HCl) – по результатам титрования, тогда:

= С(HCl)×V(HCl), откуда определяем объем титранта.

V(HCl) =

Рассчитаем массу Na₂CO₃ по его массовой доли в образце:

m(Na₂CO₃) = ; m(Na₂CO₃) = = 0,2480 г

V(HCl) = = 0,0234 л = 23,4 мл

Ответ: на титрование навески Na₂CO₃, содержащей примеси, потребуется 23,4 мл 0,2н. раствора HCl.