Analisi titolimetrica

Storia e principio del metodo

L'analisi titrimetrica (titrimetria) è il più importante dei metodi chimici di analisi. Nasce nel XVIII secolo, inizialmente come metodo empirico per testare la qualità di vari materiali, come aceto, soda, soluzioni di candeggina. A cavallo tra Settecento e Ottocento furono inventate le burette e le pipette (F.Decroisille). Di particolare rilievo sono state le opere di J. Gay-Lussac, che ha introdotto i termini base di questo metodo: titolazione, titolante e altri derivati ​​dalla parola "titolo". Un titolo è la massa di un soluto (in grammi) contenuta in un millilitro di una soluzione. Al momento di Gay-Lussac, i risultati dell'analisi sono stati calcolati utilizzando titoli. Tuttavia, il titolo come mezzo per esprimere la concentrazione di una soluzione si è rivelato meno conveniente rispetto ad altre caratteristiche (ad esempio le concentrazioni molari), pertanto, nell'analisi chimica moderna, i calcoli che utilizzano i titoli sono piuttosto rari. Al contrario, vari termini derivati ​​dalla parola "titolo" sono molto usati.

A metà del XIX secolo, il chimico tedesco K.Mohr riassunse tutti i metodi titrimetrici creati a quel tempo e dimostrò che lo stesso principio è alla base di qualsiasi metodo. Aggiungere sempre una soluzione con una concentrazione ben nota del reagente R (titolante) a una soluzione campione contenente il componente X da determinare. Questo processo è chiamato titolazione. Quando esegue una titolazione, l'analista controlla l'andamento di una reazione chimica tra X e R aggiunto. Al raggiungimento del punto di equivalenza (t.eq.), quando il numero di moli equivalenti della R introdotta è esattamente uguale al numero di moli equivalenti della sostanza X presente nel campione, la titolazione viene interrotta e il volume di titolante consumato è misurato. Il punto finale della titolazione è chiamato punto finale della titolazione (k.t.t.), esso, come t.eq., è espresso in unità di volume, solitamente in millilitri. Nel caso ideale, Vk.t.t \u003d V t.eq. , ma in pratica non si ottiene una corrispondenza esatta per vari motivi, la titolazione viene completata un po' prima o, al contrario, un po' dopo la t.eq. Naturalmente la titolazione va effettuata in modo che la differenza tra V t.eq. e Vk.t.t. sarebbe il più piccolo possibile.

Poiché la massa o concentrazione X è calcolata dal volume di titolante utilizzato per titolare il campione (secondo V k.t.t.), in passato si chiamava titrimetria analisi volumetrica. Questo nome è spesso usato oggi, ma il termine analisi titrimetrica più accurato. Il fatto è che l'operazione di aggiunta graduale di un reagente (titolazione) è caratteristica di qualsiasi tecnica di questo tipo e il consumo di titolante può essere stimato non solo misurando il volume, ma anche con altri metodi. A volte il titolante aggiunto viene pesato (la misurazione della massa su una bilancia analitica fornisce un errore relativo minore rispetto alla misurazione del volume). A volte viene misurato il tempo impiegato per l'iniezione del titolante (a una velocità di iniezione costante).

Dalla fine del XIX secolo, le tecniche titrimetriche sono state utilizzate nella ricerca, in fabbrica e in altri laboratori. Utilizzando il nuovo metodo, è stato possibile determinare quantità di milligrammi e persino microgrammi di un'ampia varietà di sostanze. La semplicità del metodo, il basso costo e la versatilità delle apparecchiature hanno contribuito all'uso diffuso della titrimetria. La titrimetria particolarmente ampia iniziò ad essere utilizzata negli anni '50 del XX secolo, dopo la creazione di una nuova versione di questo metodo (complessometria) da parte dell'analista svizzero G. Schwarzenbach. Contestualmente, il diffuso utilizzo di metodi strumentali di controllo delle c.t.t. Entro la fine del XX secolo, l'importanza della titrimetria è leggermente diminuita a causa della concorrenza di metodi strumentali più sensibili, ma ancora oggi la titrimetria rimane un metodo di analisi molto importante. Ti consente di determinare in modo rapido, semplice e abbastanza accurato il contenuto della maggior parte degli elementi chimici, delle singole sostanze organiche e inorganiche, il contenuto totale di sostanze simili, nonché gli indicatori di composizione generalizzata (durezza dell'acqua, contenuto di grasso del latte, acidità dei prodotti petroliferi) .

Tecnica analisi titrimetrica

Il principio del metodo diventerà più chiaro dopo la presentazione della tecnica della sua attuazione. Quindi, lascia che ti venga portata una soluzione alcalina di concentrazione sconosciuta e il tuo compito è stabilirne l'esatta concentrazione. Per questo avrai bisogno soluzione reggente, o titolante- una sostanza che entra in reazione chimica con alcali, e la concentrazione del titolante deve essere nota con precisione. Ovviamente, per determinare la concentrazione di alcali, utilizziamo una soluzione acida come titolante.

1. Selezioniamo con una pipetta il volume esatto della soluzione analizzata: si chiama aliquota. Di norma, il volume di un'aliquota è di 10-25 ml.

2. Trasferire un'aliquota in un pallone da titolazione, diluire con acqua e aggiungere un indicatore.

3. Riempire la buretta con la soluzione titolante ed eseguire la titolazione è l'aggiunta lenta e goccia a goccia di un titolante a un'aliquota della soluzione in esame.

4. Terminiamo la titolazione nel momento in cui l'indicatore cambia colore. Questo momento è chiamato il punto finale della titolazione è k.t.t. K.t.t., di regola, coincide con il momento in cui si completa la reazione tra l'analita e il titolante, cioè una quantità esattamente equivalente di titolante viene aggiunta all'aliquota - questo punto viene chiamato punto di equivalenza, cioè Così, cioè e k.t.t. - si tratta di due caratteristiche dello stesso momento, una teorica, l'altra sperimentale, a seconda dell'indicatore selezionato. Pertanto, è necessario scegliere correttamente l'indicatore in modo che il k.t.t. coincideva il più possibile con t.e.

5. Misurare il volume del titolante utilizzato per la titolazione e calcolare la concentrazione della soluzione di prova.

Tipi di analisi titrimetriche

I metodi titrimetrici possono essere classificati secondo diverse caratteristiche indipendenti: ovvero: 1) secondo il tipo di reazione tra X e R, 2) secondo il metodo di titolazione e calcolo dei risultati, 3) secondo il metodo di monitoraggio t.eq .

Classificazione per tipo di reazione chimica- il più importante. Ricordiamo che non tutte le reazioni chimiche possono essere utilizzate per le titolazioni.

In primo luogo, come in altri metodi chimici, il componente (analita) da determinare deve reagire quantitativamente con il titolante.

In secondo luogo, è necessario che l'equilibrio della reazione si stabilisca il più rapidamente possibile. Reazioni in cui, dopo l'aggiunta della successiva porzione di titolante, l'instaurazione dell'equilibrio richiede almeno alcuni minuti, è difficile o addirittura impossibile da utilizzare in titrimetria.

In terzo luogo, la reazione deve corrispondere a un'unica equazione stechiometrica precedentemente nota. Se la reazione porta a una miscela di prodotti, la composizione di questa miscela cambierà durante la titolazione e dipenderà dalle condizioni di reazione. Fissare il punto di equivalenza sarà molto difficile e il risultato dell'analisi sarà impreciso La combinazione di questi requisiti soddisfa la reazione di protolisi (neutralizzazione), molte reazioni di complessazione e redox, nonché alcune reazioni di precipitazione. Di conseguenza, nell'analisi titrimetrica, si distinguono:

Metodo di neutralizzazione,

complessometria,

Metodi redox

Metodi di deposizione.

All'interno di ciascun metodo si distinguono le sue singole varianti (Tabella 1). I loro nomi derivano dai nomi dei reagenti utilizzati in ciascuna delle opzioni come titolante (permanganatometria, iodometria, cromatometria, ecc.).

Tabella 1.

Classificazione dei metodi titrimetrici in base al tipo di reazione chimica utilizzata

Reazione	Metodo	Reagente (titolante)	variante del metodo	Sostanze da determinare
Protolisi	Metodo di neutralizzazione	HCl, HClO 4 , HNO 3	Acidimetria	Oc innovazioni
		KOH, NaOH, ecc.	Alcalimetria	acidi
Formazione complessa	Complesso-metria	EDTA	Complessometria	Metalli e loro composti
			Fluoridometria, cianidometria	Alcuni metalli, sostanze organiche
Redox	metro redox	KMnO 4 K 2 C r 2 O 7	permanganatometria cromatometria	Restauratori
		KJ e Na 2 S 2 O 3	Iodometria	Agenti riducenti, agenti ossidanti, acidi
		Vitamina C	Ascorbinometria	ossidanti
precipitazione	Sedimetria	AgNO3	Argentometria	alogenuri
		Hg 2 (NO 3) 2	Mercuriometria
		KSCN	Rodanometria	Alcuni metalli
		Ba(NO3)2	bariometria	solfati

Classificazione per metodo di titolazione. Di solito ci sono tre metodi: titolazione diretta, di ritorno e di sostituzione. titolazione diretta comporta l'aggiunta diretta del titolante alla soluzione campione. A volte viene utilizzato un diverso ordine di miscelazione dei reagenti: una soluzione campione viene aggiunta gradualmente a una quantità nota R, in cui si desidera determinare la concentrazione X; ma anche questa è una titolazione diretta. In entrambi i casi, i risultati dell'analisi sono calcolati utilizzando le stesse formule basate sulla legge degli equivalenti.

ν X = ν R

dove ν X e ν R sono il numero di moli di X e R equivalenti. Di seguito verranno fornite formule di calcolo basate sul rapporto, nonché esempi di calcolo.

La titolazione diretta è la variante più conveniente e più comune della titolazione. È più preciso di altri. Dopotutto, gli errori casuali sorgono principalmente quando si misura il volume delle soluzioni e in questo metodo titolazione, il volume viene misurato una sola volta, tuttavia la titolazione diretta non è sempre possibile. Molte reazioni tra X e R non vanno abbastanza velocemente e, dopo aver aggiunto la porzione successiva del titolante, la soluzione non ha il tempo di stabilire l'equilibrio. A volte una titolazione diretta non è possibile a causa di reazioni collaterali o mancanza di un indicatore adeguato. In questi casi, vengono utilizzati schemi di titolazione di ritorno o di sostituzione più complessi. Includono almeno due reazioni chimiche.

Titolazione indietro effettuata secondo uno schema a due stadi:

X + R 1 \u003d Y 1

R1 + R2 = Y2

Il reagente ausiliario R 1 viene introdotto in una quantità esattamente nota. Il volume e la concentrazione della soluzione R 1 sono scelti in modo tale che R 1 dopo il completamento della reazione con Hostal in eccesso. La parte non reagita di R 1 viene quindi titolata con titolante R 2 . Un esempio potrebbe essere una titolazione permanganometrica materia organica. Non è possibile titolare molte sostanze con il permanganato "direttamente" per la lentezza della loro ossidazione e per altri motivi. Ma puoi prima aggiungere una quantità nota (eccessiva) di KMnO 4 al campione analizzato, acidificare e riscaldare la soluzione risultante. Ciò porterà al completo e rapido completamento dell'ossidazione delle sostanze organiche. Quindi il permanganato rimanente viene titolato con un agente riducente attivo, ad esempio una soluzione di SnCl 2 o FeSO 4 .

Il calcolo dei risultati della retrotitolazione viene effettuato in base all'ovvia relazione:

ν X \u003d ν R 1 - ν R 2

Poiché i volumi in questo caso vengono misurati due volte (prima il volume della soluzione reagente R 1 , poi il volume del titolante R 2 ), l'errore casuale del risultato dell'analisi è leggermente superiore rispetto alla titolazione diretta. L'errore relativo dell'analisi aumenta in modo particolarmente forte con un piccolo eccesso del reagente ausiliario, quando ν R 1 ≈ ν R 2 .

Classificazione secondo il metodo di controllo di t.eq. Sono noti molti di questi metodi. La più semplice è la titolazione senza indicatori, la più comune è la titolazione con indicatori di colore e le più accurate e sensibili sono le opzioni di titolazione strumentale.

Titolazione senza indicatori si basa sull'uso di reazioni che sono accompagnate da un cambiamento nelle proprietà visibili della soluzione titolata. Di norma, uno dei reagenti (X o R) ha un colore visibile. Il corso di tale reazione è controllato senza strumenti speciali e senza l'aggiunta di reagenti indicatori. Quindi, gli agenti riducenti incolori vengono titolati in un mezzo acido con una soluzione viola di un agente ossidante - permanganato di potassio (KMnO 4). Ogni porzione del titolante aggiunto scolorirà immediatamente, trasformandosi in ioni Mn 2+ sotto l'azione dell'agente riducente. Questo continuerà fino a t.eq. Tuttavia, la prima goccia "extra" di titolante colorerà la soluzione titolata rosa-viola, il colore non scomparirà anche quando la soluzione viene agitata. Quando appare un colore non evanescente, la titolazione viene interrotta e viene misurato il volume del titolante esaurito ( V k.t.t.). La fine della titolazione può essere fissata non solo dall'aspetto del colore della soluzione titolata, come nell'esempio considerato, ma anche dallo scolorimento della soluzione campione precedentemente colorata, nonché dalla comparsa di un eventuale precipitato, il suo scomparsa o cambiamento. aspetto esteriore. La titolazione senza indicatori viene utilizzata raramente, poiché solo poche reazioni sono accompagnate da un cambiamento nelle proprietà visibili della soluzione.

Titolazione strumentale. Il corso della reazione tra X e R può essere monitorato non solo "a occhio" (visivamente), ma anche con l'aiuto di strumenti che misurano alcune proprietà fisiche della soluzione. Si distinguono le varianti della titrimetria strumentale, a seconda della proprietà della soluzione controllata. È possibile utilizzare qualsiasi proprietà a seconda della qualità e composizione quantitativa soluzione titolabile. Vale a dire, è possibile misurare la conducibilità elettrica della soluzione (questa opzione è chiamata conduttometrico titolazione), il potenziale dell'elettrodo indicatore immerso nella soluzione titolata ( potenziometrico titolazione), assorbimento di luce da parte della soluzione titolata ( fotometrico titolazione), ecc. È possibile interrompere la titolazione quando viene raggiunto un valore preselezionato della proprietà misurata. Ad esempio, una soluzione acida viene titolata con alcali fino a raggiungere un valore di pH di 7. Tuttavia, più spesso lo fanno in modo diverso: la proprietà selezionata della soluzione viene misurata ripetutamente (o anche continuamente) quando viene introdotto il titolante, non solo prima, ma anche dopo la temperatura prevista. .eq. In base ai dati ottenuti, viene tracciata una dipendenza grafica della proprietà misurata dal volume del titolante aggiunto ( curva di titolazione). In prossimità del punto di equivalenza, si verifica un brusco cambiamento nella composizione e nelle proprietà della soluzione titolata e sulla curva di titolazione viene registrato un salto o un'interruzione. Ad esempio, un salto nel potenziale di un elettrodo immerso in una soluzione. La posizione dell'eq è stimata dalla posizione dell'inflessione sulla curva. Questo tipo di analisi è più laborioso e dispendioso in termini di tempo rispetto alla titolazione convenzionale, ma fornisce risultati più accurati. In una titolazione è possibile determinare separatamente le concentrazioni di un certo numero di componenti.

Sono note più di una dozzina di varianti di titrimetria strumentale. L'analista americano I. Koltgof ha svolto un ruolo importante nella loro creazione. I metodi appropriati differiscono nelle proprietà misurate della soluzione, nell'attrezzatura utilizzata e nelle capacità analitiche, ma sono tutti più sensibili e selettivi rispetto alle opzioni di titrimetria visiva con indicatore o non. Il controllo strumentale è particolarmente importante quando gli indicatori non possono essere utilizzati, ad esempio, nell'analisi di soluzioni torbide o intensamente colorate, nonché nella determinazione delle impurità in tracce e nell'analisi delle miscele. Tuttavia, la titrimetria strumentale richiede che il laboratorio sia dotato di strumentazioni speciali, preferibilmente autoregistranti o completamente automatizzate, cosa non sempre economicamente fattibile. In molti casi è possibile ottenere risultati sufficientemente accurati e affidabili in un modo più semplice ed economico sulla base dell'uso di indicatori.

Utilizzo di indicatori. Una piccola quantità di un reagente speciale può essere aggiunta in anticipo al campione titolato - indicatore. La titolazione dovrà essere interrotta nel momento in cui l'indicatore sotto l'azione del titolante introdotto cambia il suo colore visibile, questo è il punto finale della titolazione. È importante che il viraggio del colore non avvenga gradualmente, per effetto dell'aggiunta di una sola goccia "in più" di titolante. In alcuni casi, l'indicatore non cambia colore, ma la solubilità o la natura del bagliore. Tuttavia, tali indicatori (adsorbimento, fluorescenti, chemiluminescenti, ecc.) sono usati molto meno frequentemente degli indicatori di colore. Il cambiamento di colore di qualsiasi indicatore si verifica a causa dell'interazione chimica dell'indicatore con il titolante, portando al passaggio dell'indicatore a una nuova forma Le proprietà degli indicatori devono essere considerate in modo più dettagliato.

Indicatori

I laboratori analitici utilizzano diverse centinaia di indicatori di colore tipo diverso(acido-base, metallo-cromico, adsorbimento, ecc.). C'erano una volta come indicatori le tinture ottenute dalle piante - dai fiori viola o da un tipo speciale di lichene (tornasole). R. Boyle è stato il primo a utilizzare tali indicatori. Attualmente non vengono utilizzati indicatori naturali, poiché sono sempre una miscela di sostanze diverse, quindi la transizione del loro colore non è chiaramente espressa. Gli indicatori moderni sono composti organici individuali appositamente sintetizzati. Di norma, gli indicatori sono composti della serie aromatica, le cui molecole contengono diversi gruppi funzionali (sostituenti).Sono noti molti composti simili, ma solo alcuni di essi possono essere utilizzati come indicatori di colore. L'indicatore proposto deve soddisfare una serie di requisiti:

· l'indicatore dovrebbe dissolversi bene, fornendo soluzioni stabili durante la conservazione;

· in soluzione, l'indicatore deve esistere in diverse forme, differenti per struttura molecolare. Un equilibrio chimico mobile deve essere stabilito tra le forme. Ad esempio, la forma acida dell'indicatore passa in quella basica (e viceversa), quella ossidata passa in quella ridotta (e viceversa); l'indicatore metallocromico è complessato in modo reversibile con ioni metallici, ecc.;

· indicatore di colore dovrebbe intensamente assorbire la luce nella regione visibile dello spettro. Il colore della sua soluzione dovrebbe essere distinguibile anche a concentrazioni molto basse (10 -6 - 10 -7 mol/l). In questo caso sarà possibile introdurre quantità molto piccole dell'indicatore nella soluzione titolata, il che contribuisce ad ottenere risultati di analisi più accurati;

· le diverse forme dell'indicatore dovrebbero essere diverse nel loro colore, cioè nello spettro di assorbimento nella regione del visibile. In questo caso, durante la titolazione, si osserverà una transizione di colore contrastante, ad esempio la transizione del colore dell'indicatore dal rosa al verde smeraldo è chiaramente visibile all'occhio. È molto più difficile fissare il punto finale della titolazione (c.t.t.) passando dal colore rosa all'arancione o al viola. È molto importante quanto siano diversi gli spettri di assorbimento delle due forme dell'indicatore. Se una delle forme dell'indicatore assorbe al massimo la luce con una lunghezza d'onda di λ 1 e l'altra con una lunghezza d'onda di λ 2, la differenza ∆λ = λ 1 - λ 2 caratterizza il contrasto della transizione cromatica. Maggiore è ∆λ, migliore è la transizione cromatica dell'indicatore che viene percepita dall'occhio. Per aumentare il contrasto visivo della transizione cromatica, a volte vengono utilizzate miscele di diversi indicatori o viene aggiunto un colorante estraneo inerte all'indicatore;

· il passaggio dell'indicatore da una forma all'altra quando si cambia la composizione della soluzione dovrebbe avvenire molto rapidamente, in una frazione di secondo;

· la transizione deve essere determinata da un unico fattore, lo stesso per tutti gli indicatori di una data tipologia. Pertanto, un cambiamento nel colore di un indicatore acido-base non dovrebbe verificarsi a causa di reazioni di altro tipo, ad esempio quando si interagisce con agenti ossidanti, ioni metallici o proteine! Al contrario, gli indicatori redox dovrebbero cambiare colore solo a causa dell'interazione con agenti ossidanti e riducenti, e questo dovrebbe avvenire ad un certo potenziale specifico per ciascun indicatore redox. Il colore di questi indicatori e il potenziale di transizione non dovrebbero dipendere dal pH della soluzione. Sfortunatamente, in pratica, il potenziale di transizione di molti indicatori redox dipende anche dal pH.

Per ridurre l'influenza dei processi collaterali, a volte l'indicatore non viene introdotto nella soluzione titolata, ma, al contrario, durante la titolazione, viene periodicamente prelevata una goccia della soluzione titolata, miscelata su un vetro da orologio con una goccia dell'indicatore soluzione e si osserva il colore ottenuto. Questa tecnica consente l'uso di indicatori a reazione irreversibile. È più conveniente lavorare con l '"indicatore esterno" se la carta è imbevuta in anticipo.

Il punto finale della titolazione, determinato dal viraggio di colore dell'indicatore, potrebbe non coincidere con il punto di equivalenza. Mancata corrispondenza V k.t.t. e V t.eq porta a un errore sistematico nel risultato dell'analisi. Il valore di errore è determinato dalla natura di questo indicatore, dalla sua concentrazione e dalla composizione della soluzione titolata.

Il principio di selezione degli indicatori è molto semplice e universale. : La caratteristica di transizione dell'indicatore (valore pT della titolazione, potenziale di transizione, ecc.) deve corrispondere alla composizione prevista della soluzione titolata al punto di equivalenza. Pertanto, se un analista titola una soluzione acquosa di un acido forte con una base forte, la soluzione avrà al punto di equivalenza pH = 7. Pertanto, dovrebbe essere utilizzato un indicatore acido-base che cambia colore a circa pH 7 (blu di bromotimolo , ecc.). su pT - nella letteratura di riferimento sono presenti indicatori di titolazione per indicatori di vario tipo.

Calcolo dei risultati dell'analisi titrimetrica

Non è consigliabile calcolare i risultati dell'analisi titrimetrica direttamente dall'equazione di reazione, ad esempio utilizzando le proporzioni. Un tale modo "scuolano" di risolvere i problemi computazionali è irrazionale e, di regola, non fornisce l'accuratezza richiesta. I risultati dell'analisi titrimetrica sono calcolati utilizzando una delle numerose formule algebriche già pronte derivate dalla legge degli equivalenti. I dati iniziali saranno il volume del titolante esaurito (in millilitri) e la concentrazione del titolante (in mol / litro), devono essere impostati con la precisione richiesta.

Il metodo di calcolo non dipende dal tipo di reazione chimica che si verifica durante la titolazione e dal metodo di monitoraggio del punto di equivalenza (indicatore, dispositivo, ecc.). La scelta della formula di calcolo è determinata dal metodo di titolazione (diretto, inverso, di sostituzione) utilizzato durante l'analisi.Nella scelta di una formula si devono distinguere due casi: a) calcolo della concentrazione della soluzione di X; b) determinazione della la frazione di massa del componente (percentuale di X nel campione).

Le formule di calcolo appaiono le più semplici se le concentrazioni del componente da determinare e del titolante sono espresse come numero di moli dei loro equivalenti per litro delle soluzioni corrispondenti, cioè vengono utilizzate le concentrazioni dell'analita ( N x ) e titolante (N T ), espresso come numero di moli di equivalente per litro di soluzione. In precedenza, queste concentrazioni erano chiamate normali. Ora questo termine non è raccomandato per essere usato, ma in pratica è usato abbastanza ampiamente, specialmente in redoxmetria. Ma in complessometria e in alcuni altri metodi, dove 1 mole dell'analita X reagisce sempre con 1 mole di titolante, le concentrazioni normali coincidono con le normali concentrazioni molari ( C x e C T ), e pertanto non è necessario utilizzare concentrazioni ed equivalenti normali nel calcolo dei risultati.

A differenza delle concentrazioni molari convenzionali, la concentrazione normale viene determinata tenendo conto della chimica della reazione che si verifica durante la titolazione. È utile ricordare che la normale concentrazione di X in una soluzione o è uguale alla sua concentrazione molare, oppure la supera di diverse (2,3,4 ....) volte, a seconda di quanti protoni (o elettroni) partecipano nella reazione, per particella X. Quando si scrive l'equazione di reazione, si determinano gli equivalenti e si calcolano le concentrazioni normali, si dovrebbe tenere conto delle condizioni in cui avviene la titolazione e persino della scelta dell'indicatore.

Il pesotitolato Xattitolazione direttaè uguale a (in mg):

m x =N T . VT. Es , (1),

dove E x - massa molare dell'equivalente di X, corrispondente a un protone (in reazioni acido-base), un elettrone (nelle reazioni redox), un ligando (nelle reazioni di formazione complessa), ecc. V T è il volume del titolante (in ml). In complessometria, la massa dell'analita (in mg) viene calcolata al meglio utilizzando la formula, che include il valore M x -massa molare X:

m x = C T . VT. M x (2).

Dalla (4.11) segue che la frazione di massa di X nel campione campione, espressa in %, è uguale a:

%X = N T . VT. Es. 100%/mq S , (3),

dove m S - peso del campione in mg Di solito, il risultato della titolazione non dipende dal volume di acqua in cui il campione è stato sciolto prima della titolazione e questo volume non viene preso in considerazione nei calcoli. Se non tutto il campione è titolato, ma una parte di esso (un'aliquota), è necessario prendere in considerazione un coefficiente aggiuntivo Per , uguale al rapporto V0 - il volume della soluzione in cui questo campione è stato trasferito e da cui sono state prelevate le aliquote, a Valiq - il volume di un'aliquota:

m x = K. N T . VT. Es , (4).

Quando si calcola concentrazionesecondo il metodo della titolazione diretta (o sostitutiva) si utilizza una formula semplice, direttamente derivata dalla legge degli equivalenti:

Nx. V x \u003d N T. V T (5).

analisi, tuttavia, nei laboratori di fabbrica vengono utilizzati anche altri metodi di calcolo.

Preparazione di soluzioni di lavoro in titrimetria

Le soluzioni di lavoro di concentrazioni esattamente note utilizzate nell'analisi titrimetrica vengono preparate in diversi modi:

· secondo l'esatta pesatura del reagente chimico assunto su una bilancia analitica. Questo campione viene disciolto in gran numero solvente, quindi in un matraccio tarato portare al segno il volume della soluzione risultante. Le soluzioni risultanti sono dette standard e i reagenti corrispondenti sono detti standard primari. Poche sostanze possono essere standard primari: devono essere pure sostanze chimiche di composizione costante e precisamente nota, solido a temperatura ambiente, stabile all'aria, non igroscopico e non volatile. Esempi sono il dicromato di potassio, il complexone III, l'acido ossalico. Al contrario, è impossibile preparare una soluzione standard di acido cloridrico (il reagente "acido cloridrico" è un liquido con una composizione imprecisa), cloruro ferroso (si ossida rapidamente in aria), soda caustica (igroscopica) e molti altri sostanze.

· da canali fissi. Questo termine si riferisce a una fiala di vetro sigillata che contiene una certa quantità di un reagente, solitamente 0,1000 mol equivalenti. I fixanal sono preparati in fabbrica. Se in laboratorio il contenuto di fissanale viene trasferito quantitativamente in un matraccio tarato da 1000 ml e portato alla tacca con il solvente, si ottiene un litro di soluzione esattamente 0,1000 N. La preparazione di soluzioni fissali non solo fa risparmiare tempo all'analista, ma consente anche di preparare soluzioni con concentrazioni note con precisione da sostanze che non hanno il complesso di proprietà richieste per gli standard primari (ad esempio soluzioni fissali di acido cloridrico, ammoniaca, o iodio).

· secondo un campione approssimativamente noto di un reagente chimico, prelevato su scala tecnica. Questo campione viene sciolto in una quantità approssimativamente nota di solvente. Quindi viene eseguita un'operazione aggiuntiva: standardizzazione della soluzione risultante. Ad esempio, un peso esatto di un'altra sostanza (standard primario) viene titolato con la soluzione risultante. Puoi farlo diversamente: prendi un volume noto (aliquota) della soluzione preparata e titolalo con una soluzione standard adatta.La concentrazione esatta della soluzione preparata viene calcolata dal volume utilizzato per la titolazione. Tali soluzioni sono dette standardizzate. Ad esempio, una soluzione di KOH è standardizzata da una porzione pesata di acido ossalico o da una soluzione fissanale di acido cloridrico. Se la sostanza in laboratorio è disponibile sotto forma di una soluzione concentrata di concentrazione approssimativamente nota (ad esempio acido cloridrico), invece di pesarla, viene misurato un certo volume precalcolato della soluzione concentrata. Ciò richiede la conoscenza della densità della soluzione iniziale. Quindi, come nel caso precedente, la soluzione risultante viene standardizzata.

La concentrazione delle soluzioni non deve cambiare spontaneamente durante la conservazione. In questo caso, le soluzioni pre-preparate (standard o standardizzate) possono essere utilizzate per titolazioni senza operazioni aggiuntive.Si noti che più la soluzione è diluita, meno stabile è, di norma, durante la conservazione (idrolisi del soluto, sua ossidazione con aria di ossigeno, adsorbimento sulla superficie interna della vetreria, ecc.). Pertanto, le soluzioni di lavoro a bassa concentrazione, di regola, non vengono preparate in anticipo. Si preparano solo al bisogno, il giorno dell'uso. Per fare ciò, le soluzioni iniziali (standard, fisse o standardizzate) vengono diluite con un solvente puro in un numero di volte noto con precisione (di solito, la soluzione viene diluita 5 o 10 volte in un'operazione). Se sono necessarie soluzioni ancora più diluite, questa operazione viene ripetuta. Ad esempio, 0,01 M vengono preparati da una soluzione 0,1 M, 0,001 M da quella, ecc.

La preparazione di soluzioni con concentrazioni note con precisione richiede l'uso di tutta una serie di speciali utensili volumetrici che consentono di misurare i volumi con la precisione richiesta. Si tratta di matracci tarati, pipette e burette. I manuali per il lavoro di laboratorio contengono le descrizioni degli strumenti di misurazione e le regole per lavorare con essi.

Metodi di titolazione

Metodo a campione singolo e metodo aliquota. Per ridurre l'influenza di errori casuali, la titolazione viene solitamente ripetuta più volte, quindi viene calcolata la media dei risultati. Le analisi ripetute possono essere eseguite in due modi diversi: con il metodo delle porzioni separate con il metodo delle aliquote. Entrambi i metodi sono utilizzati sia nella standardizzazione di soluzioni di lavoro che direttamente nell'analisi di oggetti reali.

Metodo a peso singolo, come suggerisce il nome, presuppone che diverse porzioni pesate del materiale analizzato vengano prelevate per la titolazione. Le loro masse dovrebbero essere approssimativamente uguali. La dimensione del campione viene scelta tenendo conto del consumo desiderato di titolante per titolazione (non superiore al volume della buretta) e tenendo conto della concentrazione del titolante.

Si prendano tre porzioni pesate di acido ossalico, le cui masse sono indicate nella tabella 2. Secondo ogni titolazione, calcola (separatamente!) la concentrazione di KOH. Quindi si calcola la media delle concentrazioni I volumi spesi per la titolazione di diversi campioni non possono essere mediati!

Tavolo 2. Un esempio di calcolo dei risultati dell'analisi utilizzando il metodo dei singoli campioni

Numero cerniera	Massanaveski, mg	Volume di titolante, ml	Trovato concentrazione di KOH, mol/l
	95,7	14,9	0,102
	106,9	16,2	0,105
	80,8	12,7	0,101
Risultato medio dell'analisiСKOH = 0,103 mol/l

Metodo di titolazione dell'aliquota (o metodo di pipettaggio) si basa sulla titolazione di diverse aliquote separate - piccoli volumi della soluzione di prova, prelevati con pipette.

Il metodo dei pesi separati e il metodo di titolazione delle aliquote viene utilizzato non solo per la titolazione diretta, come mostrato negli esempi forniti, ma anche per la titolazione inversa e per sostituzione. Quando si sceglie un metodo di titolazione, è necessario tenere conto del fatto che il metodo dei pesi separati fornisce risultati più accurati, ma è più laborioso e richiede più calcoli. Pertanto, è meglio utilizzare il metodo dei pesi separati per la standardizzazione delle soluzioni di lavoro e, per le analisi eseguite in serie, utilizzare il metodo più rapido delle aliquote.

Forma delle curve di titolazione

Curve di titolazione logaritmiche rappresentano una dipendenza grafica del logaritmo della concentrazione di equilibrio di uno dei reagenti dal volume di titolante aggiunto. Invece del logaritmo della concentrazione, il valore del pH della soluzione (pH) viene solitamente tracciato sull'asse verticale. Vengono utilizzati anche altri indicatori simili (ad esempio pAg \u003d - lg), nonché il valore di quelle proprietà fisico-chimiche della soluzione titolata, che dipendono linearmente dai logaritmi delle concentrazioni di equilibrio. Un esempio potrebbe essere il potenziale dell'elettrodo (E).

Se la soluzione contiene una sola sostanza che reagisce con il titolante, e la reazione è descritta da un'unica equazione chimica (cioè non procede per gradi), sulla curva logaritmica si osserva una sezione quasi verticale, chiamata titolazione del salto . Al contrario, tratti di curva lontani da t.eq. vicino all'orizzontale. Un esempio può essere la dipendenza del pH delle soluzioni dal volume V del titolante aggiunto, mostrato in Fig. 1

Fig. 1. Tipo di curve di titolazione

Maggiore è l'altezza del salto sulla curva di marea, più accuratamente è possibile fissare il punto di equivalenza.

Titolazione acido-base (metodo di neutralizzazione)

Principio del metodo

Il metodo di neutralizzazione si basa sull'esecuzione di reazioni acido-base (protolitiche). Durante questa titolazione, il valore del pH della soluzione cambia. Le reazioni acido-base sono le più adatte per l'analisi titrimetrica: procedono secondo equazioni rigorosamente definite, senza processi collaterali e ad una velocità molto elevata. L'interazione di acidi forti con basi forti porta a costanti di equilibrio elevate. Per rilevare k.t.t. c'è un modo conveniente e ben studiato: l'uso di indicatori acido-base. Possono essere utilizzati anche metodi strumentali, particolarmente importanti quando si titolano soluzioni non acquose, torbide o colorate.

Il metodo di neutralizzazione comprende due opzioni − acidimetria(il titolante è una soluzione acida forte) e alcalimetria(il titolante è una soluzione a base forte). Questi metodi sono utilizzati rispettivamente per determinare basi e acidi, inclusi quelli ionici e multiprotonici. La capacità di titolare di protoliti forti è determinata dalla loro concentrazione; la titolazione è possibile se C x> 10 - 4 M .Durante tale titolazione in soluzione acquosa si ha la seguente reazione:

H 3 O + +OH - ® 2 H 2 O

La titolazione di acidi deboli e basi deboli in soluzioni acquose segue gli schemi:

ON+OH - ® H 2 O (alcalimetria)

B + H 3 O + ® HB + + H 2 O (acidimetria)

Esempi di applicazioni pratiche della titolazione acido-base:

· determinazione dell'acidità di prodotti alimentari, suoli e acque naturali (titolazione alcalimetrica di soluzioni acquose con l'indicatore fenolftaleina);

· determinazione dell'acidità dei prodotti petroliferi (titolazione alcalimetrica di soluzioni non acquose con controllo strumentale di rt);

· determinazione di carbonati e bicarbonati in minerali e materiali da costruzione (titolazione acidimetrica di soluzioni acquose con due indicatori);

· determinazione dell'azoto nei sali di ammonio e nelle sostanze organiche (metodo Kjeldahl). In questo caso, le sostanze organiche contenenti azoto vengono decomposte mediante ebollizione con acido solforico concentrato in presenza di sali di mercurio, l'azoto ammonico viene espulso dall'azione degli alcali quando riscaldato, l'ammoniaca viene assorbita con una soluzione standard di HCl, assunta in eccesso . La parte non reagita di HCl viene quindi titolata con alcali in presenza di indicatore metilarancio. Questo metodo utilizza sia il principio di sostituzione che il metodo di titolazione inversa.

soluzioni di lavoro.Nella titolazione acidimetrica di soluzioni acquose, i titolanti sono usati come soluzioni di acidi forti (HCl, meno spesso HNO 3 o H 2 SO 4). A alcalimetria titolanti - soluzioni di NaOH o KOH. Tuttavia, i reagenti elencati non hanno proprietà che consentirebbero di preparare soluzioni standard da essi semplicemente pesandoli accuratamente. Quindi, gli alcali solidi sono igroscopici e contengono sempre impurità di carbonati. Nel caso dell'HCl e di altri acidi forti, il reagente di partenza non è una sostanza pura, ma una soluzione con una concentrazione nota in modo impreciso. Pertanto, nel metodo di neutralizzazione, viene prima preparata una soluzione con una concentrazione approssimativamente nota, quindi viene standardizzata. Le soluzioni acide sono standardizzate per carbonato di sodio anidro Na 2 CO 3 (soda) o tetraborato di sodio Na 2 B 4 O 7 . 10H 2O (tempesta). Il borace, una volta disciolto, interagisce con l'acqua:

B 4 O 7 2– + 3H 2 O \u003d 2H 3 VO 3 + 2VO 2 -

Il metaborato risultante è una base abbastanza forte. È titolato con acido:

IN 2 - + H 3 O + \u003d H 3 IN 3.

Ovviamente, la massa molare dell'equivalente borace è M(½Na 2 B 4 O 7 . 10H 2 O) = 190,71 g/mol. L'elevata massa molare equivalente è un vantaggio del borace come standard primario. Le soluzioni alcaline sono standardizzate per l'idroftalato di potassio. La molecola dell'idroftalato contiene un protone mobile e ha le proprietà di un acido debole:

L'acido benzoico C 6 H 5 COOH, l'acido ossalico H 2 C 2 O 4 sono spesso usati come standard. . 2H 2 O e altri acidi organici deboli (sostanze solide, pure stabili). Le soluzioni standard 0,1000 M di acidi e basi nei laboratori vengono solitamente preparate da fissanali. La soluzione acida preparata può essere utilizzata per standardizzare la soluzione alcalina e viceversa. Le soluzioni acide standardizzate sono stabili e possono essere conservate senza modifiche per un tempo arbitrariamente lungo. Le soluzioni alcaline sono meno stabili, si consiglia di conservarle in contenitori cerati o fluoroplastici per prevenire l'interazione con il vetro. Va tenuto presente che le soluzioni alcaline assorbono CO 2 dall'aria e durante lo stoccaggio sono protette con un tubo riempito di calce viva o calce sodata.

Riso. 2. Curve di neutralizzazione per un acido forte.

1 - 0,1 M, 2 - 0,01 M, 3 - 0,001 M.

Per rilevare k.t.t. con un indicatore colorato, è necessario che l'altezza del salto sia maggiore della larghezza dell'intervallo di transizione dell'indicatore. Quest'ultimo è solitamente di circa due unità di pH.

L'altezza del salto sulla curva di neutralizzazione per gli acidi deboli dipende dalla forza dell'acido (il valore della sua costante di acido, o pK a ). Vale a dire, più debole è l'acido (maggiore è il valore di pK a), minore, a parità di altre condizioni, dovrebbe essere l'altezza del salto.

1 - acido cloridrico, 2 - acido acetico (pK a = 4,8), 3 - acido cianidrico (pK a = 9,2).

L'altezza del salto dovrebbe essere maggiore della larghezza della zona di transizione dell'indicatore, che di solito è di 2 unità di pH. Pertanto, a Come nel caso di elettroliti forti, criterio di titolazione un protolite debole con un errore dell'1% può essere derivato dalla condizione ∆p Н ±1% ≥ 2. Per una soluzione acquosa di un acido debole, otteniamo il criterio desiderato nella forma seguente:

R Perun+ pag DA≤ 8

A p C \u003d 2, il valore critico p K aè uguale a 6. In altre parole, se l'acido è molto debole e il suo pK un maggiore di 6, non può essere titolato accuratamente con indicatori di colore.

Titolazione di miscele di protoliti e protoliti multiprotonici. Nelle soluzioni miste, gli acidi forti inibiscono la protolisi di quelli più deboli. Lo stesso si osserva in soluzioni contenenti una miscela di basi di diversa forza: quando a tale miscela viene aggiunto un titolante, viene prima titolato il protolite più forte e solo allora quello più debole reagisce con il titolante. Tuttavia, il numero di salti osservati sulla curva di titolazione della miscela dipende non solo dal numero di protoliti presenti, ma anche dai valori assoluti delle corrispondenti costanti di acidità (basicità), nonché dal loro rapporto. Le costanti di acidità (o basicità) dei componenti della miscela devono differire di oltre 10 4 volte, solo in questo caso si osserveranno salti di titolazione nettamente pronunciati sulla curva di titolazione e l'errore relativo nella determinazione di ciascun componente non supererà 1%. Il criterio per la possibilità di titolazione separata dei protoliti è la cosiddetta "regola delle quattro unità":

(6)

I protoliti multiprotonici reagiscono gradualmente con i titolanti, prima nel primo stadio, poi nel secondo, ecc., se le corrispondenti costanti di acidità differiscono in base alla condizione (6).Quando si calcolano le curve di neutralizzazione, i protoliti multiprotonici possono essere considerati come miscele di diversi elettroliti.

Ad esempio, considera la possibilità

Fig.5. Curva di titolazione di una miscela di ioni carbonato e bicarbonato con una soluzione HCl.

Sono indicati i valori di pH a cui si osservano le transizioni di colore degli indicatori.

Quando si titolano una miscela di due acidi forti, una miscela di due acidi ugualmente deboli o una miscela di due basi con p vicino Perb non ci sono due salti separati sulla curva di titolazione. Tuttavia, è ancora del tutto possibile determinare separatamente la concentrazione dei componenti di tali miscele. Questi problemi vengono risolti con successo utilizzando solventi non acquosi differenziati.

Indicatori acido-base e loro selezione

Per rilevare k.t.t. il metodo di neutralizzazione utilizza tradizionalmente indicatori acido-base - coloranti organici sintetici che sono acidi o basi deboli e cambiano il loro colore visibile a seconda del pH della soluzione Esempi di alcuni indicatori acido-base (più comunemente usati in laboratorio) sono mostrati in tabella 3. Gli indicatori di struttura e proprietà sono riportati nei libri di riferimento. Le caratteristiche più importanti di ciascun indicatore acido-base sono intervallo di transizione e indice di titolazione (pT). L'intervallo di transizione è la zona tra due valori di pH corrispondenti ai confini della zona, all'interno della quale si osserva un colore misto dell'indicatore. Quindi un osservatore caratterizzerà una soluzione acquosa di arancio metile come giallo puro - a pH< 3,1 и как чисто красный при рН >4.4, e tra questi valori limite si osserva un colore misto rosa-arancio di diverse sfumature. L'ampiezza dell'intervallo di transizione è tipicamente di 2 unità di pH. Gli intervalli di transizione degli indicatori determinati sperimentalmente sono in alcuni casi inferiori o superiori a due unità di pH. Ciò, in particolare, è spiegato dalla diversa sensibilità dell'occhio a diverse parti della regione visibile dello spettro. Per gli indicatori a un colore, l'ampiezza dell'intervallo dipende anche dalla concentrazione dell'indicatore.

Tabella 3

I più importanti indicatori acido-base

Indicatore	Intervallo di transizione ΔрН Ind		R Perun(Posteriore)	Cambio di colore
arancia metilica				Rosso Giallo
Verde bromocresolo				Giallo - blu
rosso metile				Rosso Giallo
Porpora di bromocresolo				Giallo - viola
Blu di bromotimolo				Giallo - blu
Rosso fenolo				Giallo rosso
blu di timolo
Fenolftaleina				Incolore - rosso

Conoscendo le caratteristiche dei diversi indicatori, è possibile teoricamente ragionevolmente selezionarli al fine di ottenere i corretti risultati dell'analisi.Si segue la seguente regola: l'intervallo di transizione dell'indicatore deve trovarsi nella regione del salto sulla curva di titolazione.

Quando si scelgono gli indicatori per la titolazione di protoliti deboli, si dovrebbe tenere conto del fatto che t.eq. e il salto di titolazione viene spostato su un mezzo debolmente alcalino durante la titolazione di un acido e su un mezzo leggermente acido durante la titolazione di una base. Di conseguenza, per la titolazione di acidi deboli sono adatti indicatori che cambiano colore in un mezzo leggermente alcalino (ad esempio, fenolftaleina) e per la titolazione di una base debole, indicatori che cambiano colore in un mezzo leggermente acido (ad esempio, arancio metile

C'è un'altra caratteristica di ciascun indicatore acido-base: lo è indice di titolazione ( rt ). Questo è il valore di pH a cui l'osservatore nota più chiaramente il cambiamento nel colore dell'indicatore e in questo momento considera completata la titolazione. Ovviamente pT = pH K.T.T. . Quando si sceglie un indicatore adatto, ci si dovrebbe sforzare di garantire che il valore pT sia il più vicino possibile al valore calcolato teoricamente. pH T.EKV .. Tipicamente, il valore pT è vicino alla metà dell'intervallo di transizione. Ma pT è un valore scarsamente riproducibile. Persone diverse che eseguono la stessa titolazione con lo stesso indicatore otterranno valori pT significativamente diversi.Inoltre, il valore pT dipende dall'ordine della titolazione, ovvero dalla direzione del cambiamento di colore.Quando si titolano acidi e basi con lo stesso indicatore I valori di pT varieranno leggermente. Per gli indicatori monocromatici (fenolftaleina, ecc.), il valore pT dipende anche dalla concentrazione dell'indicatore.

L'essenza del metodo ei suoi vantaggi

L'analisi titrimetrica si basa sulla misurazione accurata dei volumi di sostanze che entrano in una reazione chimica; è uno dei metodi di analisi quantitativa.

Viene chiamato il processo di aggiunta lenta di un titolante a una soluzione di un analita per determinare il punto di equivalenza titolazione. titolante- una soluzione con una concentrazione ben nota.

Punto d'equivalenzaè il momento della titolazione in cui si raggiunge il rapporto equivalente dei reagenti.

Il punto di equivalenza (cioè) è determinato dal cambiamento di colore dell'indicatore (indicatore chimico) o con l'ausilio di indicatori strumentali, dispositivi che registrano un cambiamento di alcune proprietà del mezzo durante il processo di titolazione.

Indicatori sono sostanze che cambiano la loro struttura e Proprietà fisiche quando l'ambiente cambia. Nella regione del punto di equivalenza, l'indicatore cambia colore, forma un precipitato o provoca qualche altro effetto osservabile. Gli indicatori possono essere utilizzati per impostare punto finale della titolazione(k.t.t.) - il momento della titolazione, quando si osserva un cambiamento nel colore dell'indicatore. Nel caso ideale, cioè e k.t.t. coincidono, ma in pratica c'è una certa differenza tra loro. Maggiore è questa differenza, maggiore è l'errore di titolazione, a parità di tutte le altre condizioni, quindi dovrebbe essere selezionato un indicatore in modo che la differenza tra t.e. e t.k.t. era minimo.

Raggiunto il punto di equivalenza, si completa la titolazione e si annota il volume della soluzione utilizzata per questa reazione. Pertanto, nel metodo di analisi titolimetrico, è di fondamentale importanza definizione precisa punti di equivalenza.

La determinazione quantitativa utilizzando il metodo di analisi titrimetrico è abbastanza veloce, il che ne consente diversi definizioni parallele e ottieni una media aritmetica più accurata. Tutti i calcoli del metodo di analisi titolimetrico si basano sulla legge degli equivalenti.

Per reazioni utilizzato nell'analisi volumetrica quantitativa, presentare quanto segue requisiti:

1. La reazione deve procedere secondo l'equazione di reazione stechiometrica e deve essere praticamente irreversibile. Il risultato della reazione dovrebbe riflettere la quantità di analita. La costante di equilibrio della reazione deve essere maggiore di 10 8 .

2. La reazione deve procedere senza reazioni collaterali.

3. La reazione deve procedere ad una velocità sufficientemente elevata.

4. Ci deve essere un modo per fissare il punto di equivalenza. La fine della reazione dovrebbe essere determinata abbastanza facilmente e semplicemente.

Vantaggi dell'analisi titrimetrica:

1) velocità di determinazione;

2) semplicità delle apparecchiature;

3) la possibilità di automazione;

4) precisione - errore relativo 0,1 - 0,01%.

Il metodo di analisi titrimetrico viene utilizzato per determinare le sostanze organiche e inorganiche. La titolazione può essere effettuata in mezzi acquosi e non.

Quando si esegue un'analisi quantitativa, è necessario:

Tutte le procedure di analisi devono essere eseguite con particolare precisione e accuratezza;

Il volume delle soluzioni viene misurato con una precisione di 0,01 - 0,02 cm 3;

Uso un titolante con una concentrazione di 0,1 N;

I campioni di sostanze vengono prelevati con una precisione della quarta cifra e non inferiore a 0,2 g;

È necessario calibrare e regolare gli strumenti;

I risultati dell'analisi sono sottoposti ad elaborazione matematica.

Regole di titolazione

1. Impostare il titolo della soluzione standard e utilizzare la stessa soluzione in presenza dello stesso indicatore.

2. Per la titolazione, prendere sempre la stessa quantità di indicatore e ripetere più volte la titolazione dell'analita fino a ottenere tre risultati strettamente corrispondenti.

3. È necessario assumere, di regola, non più di 1-2 gocce dell'indicatore, senza dimenticare che gli indicatori utilizzati nel metodo di neutralizzazione sono essi stessi acidi o basi. Parte della soluzione titolante viene consumata anche per la loro neutralizzazione.

4. Titolare sempre alla stessa tonalità di colore della soluzione, utilizzando il più possibile lo stesso volume della soluzione da titolare.

5. È necessario scegliere un indicatore che cambi colore in prossimità del punto di equivalenza.

Metodi di titolazione

Il metodo di analisi titrimetrico utilizza tipi diversi reazioni chimiche. A seconda della natura della reazione chimica utilizzata, si distinguono i seguenti metodi di analisi titrimetrica:

Titolazione acido-base(protolitometria) - il metodo si basa sulla reazione di neutralizzazione (H + + OH - = H 2 O); il punto di equivalenza è determinato mediante indicatori che cambiano colore a seconda della reazione dell'ambiente. A seconda della natura del titolante, il metodo si divide in:

Titolazione acidometrica (titolante acido - HC1 o H 2 SO 4);

Titolazione alcalimetrica (titolante - alcali - NaOH o Ba(OH) 2);

Titolazione delle precipitazioni(sedimetria) - basato su reazioni di scambio in cui lo ione (elemento) che viene determinato passa in un precipitato:

A seconda della soluzione di lavoro (titolante), il metodo si divide in:

Titolazione argentometrica (titolante - AgNO 3);

Titolazione rodanometrica (titolante NH 4 SCN o KSCN);

Titolazione mercurometrica (titolante HgNO 3).

Titolazione complessometrica o complessometria - usata per determinare cationi e anioni in grado di formare ioni complessi leggermente dissociati:

redox titolazione o redoximetria - il metodo si basa sulla reazione redox tra la soluzione di lavoro e l'analita:

Questo gruppo include:

Titolazione permanganometrica (titolante - KMnO 4);

Titolazione cromatometrica (titolante - K 2 Cr 2 O 7);

Titolazione iodometrica (titolante I 2 o KI)

Titolazione bromatometrica (titolante IBrO 3)

Titolazione vanadatometrica (titolante NH 4 VO 3), ecc.

Analisi titrimetrica o volumetrica- un metodo di analisi quantitativa basato sulla misurazione del volume (o massa) del reagente T speso nella reazione con l'analita X. In altre parole, l'analisi titrimetrica è un'analisi basata sulla titolazione.

Lo scopo delle lezioni di laboratorio sui metodi di analisi titrimetrici è quello di sviluppare abilità pratiche nella tecnica di esecuzione dell'analisi titrimetrica e padroneggiare i metodi di elaborazione statistica dei risultati dell'analisi utilizzando l'esempio di determinazioni quantitative specifiche, nonché di consolidare le conoscenze teoriche risolvendo tipici problemi di calcolo per ogni argomento.

La conoscenza della teoria e della pratica dei metodi di analisi titrimetrica è necessaria per il successivo studio di metodi di analisi strumentali, di altre discipline chimiche e farmaceutiche speciali (farmaceutica, chimica tossicologica, farmacognosia, tecnologia farmaceutica). I metodi studiati di analisi titrimetrica sono farmacopee e trovano largo impiego nella pratica del farmacista per il controllo della qualità dei farmaci.

Convegni

A, X, T - qualsiasi sostanza, analita e titolante, rispettivamente;

m(A), m(X), t(T)- massa di qualsiasi sostanza, analita e titolante, rispettivamente, g;

M(A), M(X), M(T)- massa molare di qualsiasi sostanza, analita e titolante, rispettivamente, g/mol;

n(A), n(X), n(T) - la quantità di qualsiasi sostanza, analita e titolante, rispettivamente, mol;

La quantità della sostanza dell'equivalente di qualsiasi sostanza, la sostanza da determinare e il titolante, rispettivamente, mol;

- il volume di una soluzione di qualsiasi sostanza, analita e titolante, rispettivamente, l;

- il volume di un'aliquota dell'analita, pari alla capacità della pipetta, l;

- il volume della soluzione analizzata dell'analita, pari alla capacità del pallone, l.

1. Concetti di base di titrimetrico

analisi

1.1. Titolazione- il processo di determinazione della sostanza X mediante aggiunta graduale di piccole quantità di sostanza T, in cui, in qualche modo, è prevista la rilevazione del punto (momento) in cui tutta la sostanza X ha reagito. La titolazione consente di trovare la quantità di sostanza X da una quantità nota di sostanza T aggiunta fino a questo punto (momento), tenendo conto del fatto che il rapporto in cui X e T reagiscono è noto dalla stechiometria o altro.

1.2. titolante- una soluzione contenente il reagente attivo T, con cui si effettua la titolazione. La titolazione viene solitamente effettuata aggiungendo il titolante da una buretta calibrata al pallone di titolazione contenente la soluzione da analizzare. In questo pallone prima della titolazione aggiungere aliquota soluzione analizzata.

1.3. Quota aliquota (aliquota)- parte nota con precisione della soluzione analizzata, presa per l'analisi. Viene spesso preso con una pipetta calibrata e il suo volume è solitamente indicato dal simbolo Vss.

1.4. Punto di equivalenza (TE)- un tale punto (momento) di titolazione in cui la quantità di titolante T aggiunta è equivalente alla quantità di sostanza titolata X. Sinonimi di TE: punto stechiometrico, punto finale teorico.

1.5. Titolazione del punto finale (KTT) - il punto (momento) della titolazione, in cui alcune proprietà della soluzione (ad esempio il suo colore) mostrano un cambiamento evidente (brusco). LTT corrisponde più o meno a TE, ma il più delle volte non coincide con esso.

1.6. Indicatore- una sostanza che presenti un cambiamento visibile nell'ET o in prossimità di esso. Idealmente, l'indicatore è presente a una concentrazione sufficientemente bassa per intervallo di transizione non costa-

è stata utilizzata una quantità significativa di titolante T. Un forte cambiamento visibile nell'indicatore (ad esempio il suo colore) corrisponde a CTT.

1.7. Intervallo di transizione dell'indicatore- l'area di concentrazione di idrogeno, metallo o altri ioni all'interno della quale l'occhio è in grado di rilevare un cambiamento di tonalità, intensità del colore, fluorescenza o altre proprietà di un indicatore visivo causato da un cambiamento nel rapporto di due forme corrispondenti di l'indicatore. Questa area è solitamente espressa come logaritmo negativo della concentrazione, ad esempio: Per un indicatore redox, l'intervallo di transizione è la regione corrispondente del potenziale redox.

1.8. Grado di titolazione - rapporto volumetrico V (T) del titolante aggiunto al volume V (TE) del titolante corrispondente al TE. In altre parole, il grado di titolazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità della sostanza titolata e la sua quantità iniziale nella soluzione analizzata:

1.9. Livello di titolazione- ordine la concentrazione della soluzione titolante utilizzata, ad esempio, 10 -1, 10 -2, 10 -3, ecc.

1.10. Curva di titolazione - rappresentazione grafica della dipendenza della variazione di concentrazione c (X) dell'analita X o di qualche proprietà correlata del sistema (soluzione) dal volume V (T) titolante aggiunto T. Il valore di c (X) durante la titolazione cambia di diversi ordini di grandezza, quindi la curva di titolazione è spesso tracciata nelle coordinate: L'ascissa mostra il volume del titolante aggiunto V (T) o grado di titolazione / . Se la concentrazione di equilibrio c (X) o l'intensità di una proprietà ad essa proporzionale è tracciata lungo l'asse y, allora otteniamo curva di titolazione lineare. Se sull'asse y mettiamo da parte o il logaritmo dell'intensità di una proprietà proporzionale a c(X), allora si ottiene curva di titolazione logaritmica (o monologaritmica). Per identificare più chiaramente le caratteristiche del processo di titolazione e per gli scopi applicati, a volte si costruiscono curve di titolazione differenziale, tracciando lungo l'asse delle ascisse il volume del titolante aggiunto V (T), e lungo l'asse y - la derivata prima del logaritmo della concentrazione (o dell'intensità di una proprietà ad essa proporzionale) rispetto al volume del titolante aggiunto: Tali curve di titolazione sono solitamente utilizzate nei metodi di analisi fisico-chimici, ad esempio nelle titolazioni potenziometriche.

1.11. Soluzione standard- una soluzione a concentrazione nota del principio attivo.

1.12. Standardizzazione- il processo per trovare la concentrazione di un reagente attivo in una soluzione (il più delle volte titolandolo con una soluzione standard della sostanza corrispondente).

1.13. Salto di titolazione- l'intervallo di un brusco cambiamento di qualsiasi proprietà fisica o fisico-chimica della soluzione in prossimità del punto di equivalenza, solitamente osservato quando si aggiunge il 99,9-100,1% del titolante rispetto alla sua quantità stechiometrica.

1.14. Titolazione in bianco- titolazione di una soluzione identica alla soluzione analizzata in termini di volume, acidità, quantità di indicatore, ecc., ma non contenente l'analita.

2. Operazioni di base dell'analisi titrimetrica

2.1. Pulizia, lavaggio, conservazione di strumenti di misurazione.

2.2. Controllo della capacità degli strumenti di misurazione.

2.3. Prendendo un intoppo con esattamente massa nota dalla differenza tra i risultati di due pesate (di solito su una bilancia analitica).

2.4. Trasferimento quantitativo di un campione di una sostanza in un matraccio tarato e dissoluzione della sostanza.

2.5. Riempimento di utensili volumetrici (flaconi, burette, pipette) con una soluzione.

2.6. Svuotamento pipette, burette.

2.7. Selezione di un'aliquota della soluzione analizzata.

2.8. Titolazione e calcoli basati sui risultati della titolazione.

3. Taratura degli strumenti di misura

Nell'analisi titrimetrica, i volumi esatti della soluzione vengono misurati utilizzando strumenti di misurazione, che sono matracci tarati con una capacità di 1000, 500, 250, 100, 50 e 25 ml, pipette e pipette graduate con una capacità di 10, 5, 3 , 2 e 1 ml. La capacità del pallone e della pipetta a 20 °C è incisa sul collo del pallone o sul lato della pipetta (volume nominale). Nella produzione in serie di utensili volumetrici, la capacità effettiva (vera) di matracci volumetrici, burette, pipette può differire dai valori nominali indicati sull'utensile. Per ottenere la precisione richiesta dei risultati ottenuti dall'analisi titrimetrica

La calibrazione della vetreria volumetrica si basa sulla determinazione della massa esatta dell'acqua distillata versata o versata, che è determinata dai risultati della pesatura della vetreria prima e dopo il versamento o il versamento dell'acqua. Il volume d'acqua nel recipiente calibrato (la sua capacità) e la massa d'acqua sono legati dal rapporto:

dove - densità dell'acqua alla temperatura dell'esperimento, g/ml.

La densità dell'acqua dipende dalla temperatura, quindi quando si effettuano i calcoli, è necessario utilizzare i dati nella tabella. 2-1.

Tabella 2-1. Valori di densità dell'acqua alla temperatura corrispondente

I matracci tarati sono calibrati per l'infusione e le burette e le pipette sono calibrate per il versamento, poiché piccole quantità di liquido rimangono sempre sulle pareti del piatto durante il versamento.

3.1. Controllo della capacità del matraccio tarato

Il pallone viene accuratamente lavato, asciugato e pesato su una bilancia analitica con una precisione di ± 0,002 g, quindi viene riempito con acqua (di seguito - distillata) lungo il menisco inferiore, le gocce d'acqua nella parte superiore del collo del il pallone viene rimosso con carta da filtro e pesato nuovamente. Ogni pesata di un pallone vuoto e di un pallone con acqua viene eseguita almeno due volte, mentre la differenza tra due pesate non deve superare ± 0,005 g La differenza tra la massa di un pallone con acqua e la massa di un pallone vuoto è uguale alla massa d'acqua contenuta nel pallone ad una data temperatura. La vera capacità del pallone è calcolata dividendo la massa media dell'acqua per la sua densità alla temperatura di prova (vedi Tabella 2-1).

Ad esempio, se si calibra un matraccio tarato con un volume nominale di 100 ml, la massa media dell'acqua a 18 °C è 99,0350 g. Quindi la vera capacità del matraccio tarato è:

3.2. Controllo della capacità della buretta

La buretta è un cilindro di vetro, il cui diametro interno può variare leggermente lungo la lunghezza della buretta. Divisioni uguali sulla buretta nelle sue varie parti corrispondono a volumi disuguali della soluzione. Ecco perché la calibrazione della buretta calcola i volumi reali per ciascun sito di buretta selezionato.

Una buretta pulita e asciutta viene riempita d'acqua fino alla tacca dello zero lungo il menisco inferiore e le gocce d'acqua vengono rimosse dalla superficie interna della parte superiore della buretta con carta da filtro. Quindi, sotto la buretta, sostituire una bottiglia, precedentemente pesata con un coperchio su una bilancia analitica. Un certo volume d'acqua (ad esempio 5 ml) viene versato lentamente nella bottiglia dalla buretta. Successivamente, la bottiglia viene chiusa con un coperchio e pesata nuovamente. La differenza tra la massa della bottiglia per pesare con acqua e la bottiglia per pesare vuota è uguale alla massa d'acqua contenuta nella buretta tra divisioni da 0 a 5 ml alla temperatura dell'esperimento. Quindi la buretta viene nuovamente riempita d'acqua fino alla tacca dello zero lungo il menisco inferiore, 10 ml di acqua vengono versati lentamente in una bottiglia vuota e la massa d'acqua contenuta nella buretta tra le divisioni 0 e 10 ml viene determinata in modo simile. Quando si calibra la buretta, ad esempio, per 25 ml, questa operazione viene eseguita 5 volte e viene calcolata la massa d'acqua corrispondente ai volumi nominali indicati sulla buretta di 5, 10, 15, 20 e 25 ml. Ogni pesata di una bottiglia vuota e di una bottiglia d'acqua viene ripetuta almeno due volte, mentre la differenza tra due pesate non deve superare ± 0,005 g.

Poi secondo la tabella. 2-1 determinare la densità dell'acqua alla temperatura dell'esperimento e calcolare la vera capacità della buretta per ogni valore del volume nominale indicato su di essa.

Sulla base dei dati ottenuti si calcola il valore di correzione pari alla differenza tra il valore calcolato della portata reale e il corrispondente valore del volume nominale della buretta:

e quindi disegnare una curva degli errori di capacità della buretta in coordinate (Figura 2-1).

Ad esempio, si ottengono i seguenti dati sperimentali quando si calibra una buretta con una capacità di 25 ml ad una temperatura di 20 ° C, che, insieme ai risultati dei calcoli corrispondenti, sono presentati in Tabella. 2-2.

Sulla base dei dati tabulari ottenuti, viene tracciata una curva di correzione della capacità per una data buretta, utilizzando la quale è possibile affinare i risultati della lettura della buretta.

Tabella 2-2. Risultati della calibrazione per una buretta da 25 ml

Riso. 2-1. Curva di correzione della capacità della buretta

Ad esempio, utilizzare 7,50 ml di titolante per la titolazione di un'aliquota dell'analita in base ai risultati del conteggio su una buretta. Secondo il grafico (vedi Fig. 2-1), il valore di correzione corrispondente a questo volume nominale è 0,025 ml, il vero volume di titolante utilizzato è: 7,50 - 0,025 = 7,475 ml.

3.3. Controllo della capacità della pipetta

Una pipetta, pulita e pesata su una bilancia analitica, viene riempita d'acqua fino alla tacca dello zero lungo il menisco inferiore e quindi l'acqua viene riempita lentamente.

versato lungo il muro in una bottiglia pre-pesata. La bottiglia è coperta con un coperchio e pesata con acqua. Ogni pesata di una bottiglia vuota e di una bottiglia d'acqua viene ripetuta almeno due volte, mentre la differenza tra due pesate non deve superare ± 0,005 g La differenza tra la massa di una bottiglia d'acqua e una bottiglia vuota è uguale alla massa di acqua contenuta da una pipetta. La reale capacità della pipetta si calcola dividendo la massa media dell'acqua per la densità dell'acqua alla temperatura di prova (vedi Tabella 2-1).

4. Calcoli tipici nell'analisi titrimetrica

4.1. Modalità di espressione delle concentrazioni utilizzate per i calcoli nell'analisi titrimetrica

4.1.1. Concentrazione molare della sostanza c (A), mol / l - la quantità di sostanza A in mol contenuta in 1 litro di soluzione:

(2.1)

dove - la quantità di sostanza A in mol, disciolta in V (A) l

soluzione.

4.1.2. Concentrazione molare equivalente di una sostanza , mol / l - la quantità di sostanza A equivalente in mol contenuta in 1 litro di soluzione (il nome precedente è la "normalità" della soluzione):

(2.2)

dove
- la quantità di sostanza equivalente ad A in mol,

disciolto in V (A) l di soluzione; - massa molare dell'equivalente di ve-

sostanze A, g/mol; - il fattore di equivalenza della sostanza.

4.1.3. Titolo di sostanza T(A), g / ml - la massa del soluto A in grammi, contenuta in 1 ml di soluzione:

4.1.4. Fattore di conversione titolimetrico I, g / ml - massa dell'analita in grammi, interagendo con 1 ml di titolante:

(2.4)

4.1.5. Fattore di correzione F- un valore che mostra quante volte le concentrazioni pratiche del titolante differiscono dai corrispondenti valori teorici specificati nel metodo:

(2.5)

4.2. Calcolo della massa molare equivalente di sostanze nelle reazioni utilizzate nell'analisi titrimetrica

Un equivalente è una particella reale o condizionale che può aggiungere o donare uno ione idrogeno H + (o essere altrimenti equivalente ad esso nelle reazioni acido-base) o aggiungere o donare un elettrone nelle reazioni redox.

Fattore di equivalenza - un numero che indica quale

la frazione equivalente proviene da una particella reale di sostanza A. Il fattore di equivalenza è calcolato in base alla stechiometria di questa reazione:

dove Z- il numero di protoni donati o aggiunti da una particella reagente (molecola o ione) in una reazione acido-base, o il numero di elettroni donati o accettati da una particella reagente (molecola o ione) in una semireazione di ossidazione o riduzione.

La massa molare dell'equivalente di una sostanza è la massa di una mole dell'equivalente di una sostanza, uguale al prodotto del fattore di equivalenza per la massa molare della sostanza, g / mol. Può essere calcolato utilizzando la formula:

(2.6)

4.3. Preparazione di una soluzione diluendo una soluzione più concentrata a concentrazione nota

Quando si esegue l'analisi titrimetrica, in alcuni casi è necessario preparare una soluzione di sostanza A con un volume concentrazione approssimativamente nota diluendo una soluzione più concentrata.

Quando la soluzione viene diluita con acqua, la quantità di sostanza A o la quantità di sostanza A non cambia, quindi, secondo le espressioni (2.1) e (2.2), possiamo scrivere:

(2.7)
(2.8)

dove gli indici 1 e 2 si riferiscono rispettivamente a soluzioni prima e dopo la diluizione.

Dai rapporti ottenuti si calcola il volume di una soluzione più concentrata , che deve essere misurato per preparare una data soluzione.

4.4. Preparazione di un volume predeterminato di soluzione pesando una massa nota con precisione

4.4.1. Esempio di calcolo del peso

Peso teorico del campione sostanza standard A, necessario per preparare un dato volume di soluzione con una concentrazione nota, è calcolato dalle espressioni (2.1) e (2.2). È uguale a:

(2.9)

se viene utilizzata la concentrazione molare di una sostanza in soluzione e:

(2.10)

se si utilizza la concentrazione molare dell'equivalente della sostanza in soluzione.

4.4.2. Calcolo della concentrazione esatta della soluzione preparata

La concentrazione di una soluzione della sostanza A, preparata da un accurato campione di massa m (A), è calcolata dalle relazioni (2.1-2.3), dove t(A)- la massa pratica della sostanza A, ricavata dalla differenza tra due pesate su una bilancia analitica.

4.5. Calcolo della concentrazione del titolante durante la sua standardizzazione

Volume noto della soluzione standard con concentrazione titolato con una soluzione titolante di volume V (T)(o vice versa). In questo caso, per la reazione che avviene nella soluzione durante il processo di titolazione , la legge degli equivalenti ha la forma:

e

Da qui si ottiene un'espressione per calcolare la concentrazione molare del titolante equivalente dai risultati della titolazione:

(2.12)

4.6. Calcolo della massa dell'analita nella soluzione analizzata4.6.1. titolazione diretta

La sostanza da determinare nella soluzione analizzata viene titolata direttamente con un titolante.

4.6.1.1. Calcolo mediante concentrazione molare equivalente titolante

Un'aliquota della soluzione dell'analita titolato

soluzione titolante con volume V(T). In questo caso, per la reazione che avviene nella soluzione durante il processo di titolazione:

la legge degli equivalenti ha la forma: e

(2.13)

Quindi, la concentrazione molare dell'equivalente dell'analita, calcolata dai risultati della titolazione, è pari a:

(2.14)

L'espressione risultante viene sostituita nell'equazione (2.2) e si ottiene una formula per calcolare la massa dell'analita in un pallone con un volume secondo i risultati della titolazione diretta:

(2.15)

Se, durante la titolazione, parte del titolante viene consumata dalla reazione con l'indicatore, viene eseguito un "esperimento in bianco" e viene determinato il volume del titolante V "(T),

utilizzato per la titolazione degli indicatori. Nei calcoli, questo volume viene sottratto dal volume del titolante, che è stato utilizzato per titolare la soluzione dell'analita. Tale modifica viene apportata durante l'"esperimento in bianco" in tutte le formule di calcolo utilizzate nell'analisi titrimetrica. Ad esempio, la formula (2.15) per calcolare la massa dell'analita, tenendo conto dell'"esperimento in bianco", sarà simile a:

(2.16)

4.6.1.2. Calcolo mediante fattore di conversione titrimetrico

Abbiamo una soluzione analizzata con un volume Per la titolazione di simili

quota di milioni soluzione di analita utilizzato volume di titolante V (T) con fattore di conversione titrimetrico teorico e fattore di correzione F. Quindi la massa dell'analita in un'aliquota è uguale a:

(2.17)

e per tutto il volume analizzato

(2.18)

4.6.2. titolazione per sostituzione

si aggiunge un eccesso noto del reagente A e si isola il sostituente B in una quantità equivalente all'analita:

Il sostituente B viene titolato con un titolante adatto:

La legge degli equivalenti per la titolazione di sostituzione:

usando la relazione (2.8) può essere scritto nella forma:

Da qui si ottiene una formula per calcolare la concentrazione molare dell'equivalente dell'analita in soluzione secondo i risultati della titolazione per sostituzione:

che ha la stessa forma della titolazione diretta (2.14). Ecco perché tutti i calcoli della massa dell'analita nel problema analizzato durante la titolazione per sostituzione vengono eseguiti secondo le formule (2.15-2.18) per la titolazione diretta. 4.6.3. Titolazione indietro

Ad un'aliquota dell'analita Inserisci famoso eccesso del primo titolante :

Quindi l'eccesso del primo titolante non reagito viene titolato con il secondo titolante, che consuma il volume :

La legge degli equivalenti in questo caso può essere scritta come:

Da qui si calcola la concentrazione molare dell'equivalente della sostanza X in soluzione:

(2.19)

Sostituisci l'espressione risultante nell'equazione (2.2) e ottieni una formula per calcolare la massa dell'analita nella soluzione analizzata, uguale al volume del pallone, in base ai risultati della retrotitolazione:

5. Implementazione e fornitura di attività pratiche sull'analisi titrimetrica

5.1. Disposizioni generali

Durante lo studio della sezione "Analisi titolimetrica", si prevede di svolgere lavori sui seguenti argomenti.

Tema I Metodi di titolazione acido-base.

Tema II. Metodi di titolazione redox.

Argomento III. Metodi di titolazione delle precipitazioni.

Argomento IV. Metodi di titolazione complessometrica.

Lezione 1. Preparazione della soluzione di acido cloridrico e sua standardizzazione.

Lezione 2. Determinazione della massa di alcali in soluzione. Determinazione della massa di carbonati in soluzione. Determinazione della massa di alcali e carbonati in soluzione in presenza del giunto.

Lezione 3. Determinazione della massa di ammoniaca in soluzioni di sali di ammonio.

a) Controllo del test 1.

b) Determinazione della massa di ammoniaca in soluzioni di sali di ammonio. Lezione 4. Titolazione permanganometrica.

a) Prova scritta 1.

b) Determinazione della massa di acqua ossigenata in soluzione.

c) Determinazione della massa di ferro(II) in una soluzione salina. Determinazione della frazione di massa del ferro(II) in un campione di sale.

Lezione 5. Titolazione iodometrica.

a) Determinazione della massa di acqua ossigenata in soluzione.

b) Determinazione della massa di rame(II) in soluzione. Lezione 6. titolazione iodimetrica.

Lezione 7. Titolazione bromatometrica. Determinazione della massa di arsenico (III) in soluzione.

Lezione 8. titolazione bromometrica. Determinazione della frazione di massa del salicilato di sodio nel preparato.

Lezione 9. Titolazione nitritometrica.

a) Controllo del test 2.

b) Determinazione della frazione di massa di novocaina nel preparato. Lezione 10. Titolazione argentometrica ed esacianoferrato-

titolazione trica.

a) Prova scritta 2.

b) Determinazione della massa di bromuro di potassio e ioduro di potassio in soluzione mediante titolazione argentometrica.

c) Determinazione della massa di zinco in soluzione mediante titolazione esacianoferratometrica.

Lezione 11. Determinazione complessometrica della massa di zinco e piombo in soluzione.

a) Controllo del test 3.

b) Determinazione della massa di zinco e piombo in soluzione.

Lezione 12. Determinazione complessometrica di ferro(III) e calcio in soluzione.

a) Prova scritta 3.

b) Determinazione della massa di ferro(III) e calcio in soluzione.

A seconda della situazione specifica, è consentito svolgere alcuni lavori durante non una, ma due lezioni. È inoltre possibile spostare le tempistiche dei controlli di prova e delle prove scritte.

Alla fine di ogni argomento vengono forniti esempi di test per il controllo intermedio delle conoscenze degli studenti, il contenuto dello scritto finale lavoro di controllo, un esempio di biglietto di prova scritto.

Al termine di ogni lezione, lo studente redige un protocollo che include la data e il nome del lavoro svolto, l'essenza della metodologia, l'ordine di lavoro, i dati sperimentali ottenuti, i calcoli, le tabelle, le conclusioni. Tutti i calcoli dei risultati dell'analisi (concentrazione della soluzione, massa dell'analita) sono eseguiti dagli studenti con una precisione del quarto cifra significativa, salvo diversa indicazione nel testo.

Il controllo intermedio delle abilità pratiche e delle conoscenze teoriche viene effettuato con l'aiuto del controllo del test e delle prove scritte.

5.2. Supporto materiale per classi di analisi titrimetrica

Cristalleria: burette da 5 ml, pipette volumetriche da 2 e 5 ml, matracci tarati da 25, 50, 100 e 250 ml, matracci conici da 10-25 ml, flaconi di vetro, imbuti di vetro da 20-30 mm, matracci di vetro liscio o scuro con una capacità di 100, 200 e 500 ml, cilindri graduati con una capacità di 10, 100 ml.

Reagenti: Nel lavoro vengono utilizzati reagenti di qualificazione "chimicamente puri". e "ch.d.a.", carta indicatrice.

Dispositivi: bilance analitiche con pesi, bilance tecniche con pesi, forno, termometro da laboratorio con scala 20-100 °C, stativi con burette e anelli per reti in amianto, bruciatori a gas, bagni idrici.

Materiali ausiliari e accessori: detersivi (soda, detersivi in ​​polvere, miscela di cromo), spazzole per stoviglie, bulbi di gomma, reti di amianto, colla per cancelleria, matite di vetro, carta da filtro.

Bibliografia

1. Lezioni frontali per gli studenti sulla sezione "Analisi Titrimetrica".

2.Kharitonov Yu.Ya. Chimica analitica (analitica): In 2 volumi - ed. 5° - M.: scuola di Specializzazione, 2010 (di seguito denominato il "Libro di testo").

3.Lurie Yu.Yu. Handbook of Analytical Chemistry.- M.: Chemistry, 1989 (di seguito denominato "Manuale").

4.Dzhabarov DN Raccolta di esercizi e compiti in chimica analitica.- Mosca: medico russo, 2007.

introduzione

Il laboratorio di laboratorio si svolge dopo lo studio del corso teorico "Chimica Analitica e FHMA" e serve a consolidare e approfondire le conoscenze acquisite.

Il compito dell'analisi quantitativa è determinare la quantità (contenuto) di elementi (ioni), radicali, gruppi funzionali, composti o fasi nell'oggetto analizzato. Il corso tratta i metodi di base dell'analisi titrimetrica (volumetrica), i metodi di titolazione e la loro applicazione pratica.

Prima di iniziare il laboratorio di laboratorio, gli studenti vengono istruiti sulle precauzioni di sicurezza. Prima di eseguire ogni lavoro, lo studente deve superare un colloquio sulle sezioni indicate dal docente, nonché sulla metodologia di conduzione dell'analisi. Per questo hai bisogno di:

1) ripetere la relativa sezione del corso;

2) conoscere in dettaglio la metodologia del lavoro;

3) comporre le equazioni delle reazioni chimiche alla base dell'analisi chimica in corso;

4) studiare le caratteristiche dell'analisi in termini di sicurezza.

Sulla base dei risultati del lavoro, gli studenti redigono una relazione, che dovrebbe indicare:

· titolo di lavoro;

· scopo del lavoro;

· fondamenti teorici del metodo: l'essenza del metodo, l'equazione di base, i calcoli e la costruzione delle curve di titolazione, la scelta dell'indicatore;

reagenti e attrezzature utilizzate nel corso dei lavori;

tecnica di analisi:

Preparazione di standard primari;

Preparazione e standardizzazione della soluzione di lavoro;

Determinazione del contenuto della sostanza in esame nella soluzione;

dati sperimentali;

· elaborazione statistica risultati dell'analisi;

· conclusioni.

METODI DI ANALISI TITRIMETRICI

Metodo di analisi titolimetrico si basa sulla misurazione del volume di un reagente di concentrazione esattamente nota (titolante) speso in una reazione chimica con la sostanza da determinare.

La procedura di determinazione (titolazione) consiste nel fatto che un titolante viene aggiunto goccia a goccia da una buretta ad un volume noto con precisione di una soluzione di un analita con concentrazione sconosciuta fino al raggiungimento del punto di equivalenza.

dove X– sostanza determinata; R- titolante, Pè il prodotto di reazione.

Punto di equivalenza (cioè)- questo è lo stato teorico della soluzione, che si verifica al momento dell'aggiunta di una quantità equivalente di titolante R all'analita X. In pratica si aggiunge il titolante alla sostanza da determinare fino al raggiungimento del punto finale della titolazione (k.t.t.), che è inteso come indicazione visiva del punto di equivalenza, momento di viraggio del colore dell'indicatore aggiunto alla soluzione . Oltre all'indicazione visiva, il punto di equivalenza può essere registrato con metodi strumentali. In questo caso il punto finale della titolazione (c.t.t.) è inteso come il momento di un brusco cambiamento quantità fisica misurata durante il processo di titolazione (intensità di corrente, potenziale, conducibilità elettrica, ecc.).

Il metodo di analisi titrimetrico utilizza i seguenti tipi reazioni chimiche: reazioni di neutralizzazione, reazioni redox, reazioni di precipitazione e reazioni di complessazione.

A seconda del tipo di reazione chimica utilizzata, si distinguono: metodi di analisi titrimetrica:

– titolazione acido-base;

– titolazione delle precipitazioni;

– titolazione complessometrica o complessometria;

– titolazione redox o titolazione redox.

Le reazioni utilizzate nel metodo di analisi titrimetrico sono le seguenti: requisiti:

La reazione deve procedere in rapporti stechiometrici, senza reazioni collaterali;

la reazione dovrebbe procedere quasi irreversibilmente (≥ 99,9%), la costante di equilibrio della reazione K p > 10 6, i precipitati formati dovrebbero avere solubilità S < 10 -5 моль/дм 3 , а образующиеся комплексы – К уст > 10 -6 ;

La reazione deve procedere ad una velocità sufficientemente elevata;

La reazione deve procedere a temperatura ambiente;

Il punto di equivalenza deve essere fissato in modo chiaro e affidabile in qualche modo.

Metodi di titolazione

In qualsiasi metodo di analisi titrimetrica, esistono diversi metodi di titolazione. Distinguere titolazione in avanti, titolazione inversa e titolazione per sostituzione .

titolazione diretta– il titolante viene aggiunto goccia a goccia alla soluzione dell'analita fino al raggiungimento del punto di equivalenza.

Schema di titolazione: X+R=P.

La legge degli equivalenti per la titolazione diretta:

C (1/ z) X V X = C (1/ z) R V R . (2)

La quantità (massa) dell'analita contenuta nella soluzione di prova è calcolata utilizzando la legge degli equivalenti (per la titolazione diretta)

m X = C (1/z)R V R M (1/z) X٠10 -3 , (3)

dove C (1/z) R– concentrazione molare del titolante equivalente, mol/dm 3 ;

V Rè il volume del titolante, cm3;

M( 1/ z) Xè la massa molare dell'equivalente dell'analita;

C (1/z) X– concentrazione molare dell'analita equivalente, mol/dm 3 ;

VXè il volume dell'analita, cm3.

Titolazione indietro- vengono utilizzati due titolanti. Primo
alla soluzione analizzata viene aggiunto il volume esatto del primo titolante ( R1) preso in eccesso. Il resto del titolante R 1 non reagito viene titolato con il secondo titolante ( R2). Quantità di titolante R1, speso
sull'interazione con la sostanza analizzata ( X) è determinato dalla differenza tra il volume aggiunto di titolante R1 (V1) e il volume del titolante R2 (V2) del residuo di titolante speso per la titolazione R1.

Schema di titolazione: X + R1 eccesso fisso = P1 (R1 resto).

R1 resto + R2 = P2.

Quando si utilizza la titolazione inversa, la legge degli equivalenti è scritta come segue:

La massa dell'analita nel caso della titolazione inversa è calcolata dalla formula

Il metodo della titolazione inversa viene utilizzato nei casi in cui è impossibile selezionare un indicatore adatto per una reazione diretta o si procede con difficoltà cinetiche (bassa velocità di reazione chimica).

Titolazione per sostituzione (titolazione indiretta)- utilizzato nei casi in cui la titolazione diretta o all'indietro dell'analita è impossibile o difficile o non esiste un indicatore adeguato.

All'analita X aggiungere qualsiasi reagente MA in eccesso, per interazione con cui viene rilasciata una quantità equivalente di una sostanza R. Quindi il prodotto di reazione R titolato con idoneo titolante R.

Schema di titolazione: X + MA eccesso = P1.

P1 + R = P2.

La legge degli equivalenti per la titolazione per sostituzione è scritta come segue:

Poiché il numero di equivalenti dell'analita X e prodotto di reazione R sono gli stessi, il calcolo della massa dell'analita nel caso di titolazione indiretta si calcola con la formula

m X = C (1/z) R V R M (1/z) X٠10 -3 . (7)

Reagenti

1. Acido succinico H 2 C 4 H 4 O 4 (chimicamente puro) - standard primario.

2. Una soluzione di idrossido di sodio NaOH con una concentrazione molare
~2,5 mol/dm 3

3. H 2 O distillato.

Attrezzatura gli studenti si descrivono.

Progresso del lavoro:

1. Preparazione dello standard primario di acido succinico HOOCCH 2 CH 2 COOH.

Si prepara acido succinico con un volume di 200,00 cm 3 con una concentrazione molare equivalente mol/dm 3.

g/mol.

Equazione di reazione:

Prelievo di un campione (pesatura):

Campione di peso

Cerniera quantitativamente trasferito in un matraccio tarato cm 3), aggiungere 50 - 70 cm 3 di acqua distillata, mescolare fino a completo scioglimento dell'acido succinico, portare a segno con acqua distillata
e mescolare accuratamente.

contare
secondo la formula

Reagenti

1. Carbonato di sodio Na 2 CO 3 (chimicamente puro) - standard primario.

2. H 2 O distillato.

3. Concentrazione di acido cloridrico HCl 1:1 (r=1,095 g/cm3).

4. Indicatore acido-base (selezionato dalla curva di titolazione).

5. Indicatore misto: arancio di metile e blu di metilene.

Progresso del lavoro:

1. Preparazione dello standard primario di carbonato di sodio (Na 2 CO 3).

Si prepara una soluzione di carbonato di sodio con un volume di 200,00 cm 3 con una concentrazione molare equivalente mol/dm 3.

Calcolo della massa del campione, g: (la massa viene presa con una precisione della quarta cifra decimale).

Equazioni di reazione:

1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl

2) NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

_____________________________________

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

H 2 CO 3 è un acido debole (K a1= 10 -6.35, dir a2 = 10 -10,32).

Prelievo di un campione (pesatura):

Peso del vetro dell'orologio (vetro)

Peso del vetro dell'orologio (vetro) con cerniera

Campione di peso

Cerniera quantitativamente trasferito in un matraccio tarato cm 3), aggiungere 50 - 70 cm 3 di acqua distillata, mescolare fino a completo scioglimento del carbonato di sodio, portare a volume con acqua distillata
e mescolare accuratamente.

La concentrazione effettiva dello standard primario contare
secondo la formula

2. Preparazione e standardizzazione del titolante (soluzione HCl)

Si prepara una soluzione di acido cloridrico con un volume di circa 500 cm 3
con una concentrazione molare equivalente di circa 0,05÷0,06 mol / dm 3)

Titolante: una soluzione di acido cloridrico con una concentrazione approssimativa di 0,05 mol / dm 3 viene preparata da acido cloridrico diluito 1: 1 (r = 1,095 g / cm 3).

Standardizzazione delle soluzioni L'HCl viene effettuato secondo lo standard primario Na 2 CO 3 mediante titolazione diretta, metodo di pipettaggio.

L'indicatore viene scelto in base alla curva di titolazione del carbonato di sodio con acido cloridrico (Fig. 4).

Riso. 4. Curva di titolazione di 100,00 cm 3 Na 2 CO 3 soluzione con DA\u003d 0,1000 mol / dm 3 con una soluzione di HCl con C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3

Durante la titolazione al secondo punto di equivalenza, utilizzare l'indicatore arancione metile, soluzione acquosa allo 0,1% (pT = 4,0). Cambiamento di colore dal giallo all'arancione (colore rosa tea). Intervallo di transizione
(pH = 3,1 - 4,4).

Schema 3. Standardizzazione della soluzione di HCl

Mettere un'aliquota di 25,00 cm3 di soluzione standard di Na 2 CO 3 (con una pipetta) in una beuta da titolazione conica da 250 cm 3, aggiungere 2-3 gocce di arancia metilica, diluire con acqua a 50-75 cm 3 e titolare con acido cloridrico soluzione fino a quando il colore non cambia dal giallo al colore della "rosa tea" da una goccia di titolante. La titolazione viene effettuata in presenza di un "testimone" (la soluzione originale di Na 2 CO 3 con un indicatore). I risultati della titolazione sono inseriti nella tabella. 4. La concentrazione di acido cloridrico è determinata dalla legge degli equivalenti: .

Tabella 4

Risultati della standardizzazione della soluzione di acido cloridrico

Compiti

1. Formulare il concetto di equivalente nelle reazioni acido-base. Calcola gli equivalenti di soda e acido fosforico nelle seguenti reazioni:

Na 2 CO 3 + HCl \u003d NaHCO 3 + NaCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O

H 3 PO 4 + 2NaOH \u003d Na 2 HPO 4 + H 2 O

H 3 PO 4 + 3NaOH \u003d Na 3 PO 4 + 3H 2 O

2. Scrivere le equazioni di reazione tra acido cloridrico, acido solforico, idrossido di sodio, idrossido di alluminio, carbonato di sodio, bicarbonato di potassio e calcolare la massa equivalente di queste sostanze.

3. Tracciare una curva di titolazione per 100,00 cm 3 di acido cloridrico con una concentrazione molare equivalente di 0,1 mol/dm 3 con idrossido di sodio con una concentrazione molare equivalente di 0,1 mol/dm 3 . Seleziona Indicatori possibili

4. Tracciare una curva di titolazione per 100,00 cm 3 di acido acrilico (CH 2 = CHCOOH, pK un= 4,26) con una concentrazione molare equivalente
0,1 mol / dm 3 di idrossido di sodio con una concentrazione molare equivalente
0,1 mol/dm 3. Come cambia la composizione di una soluzione durante la titolazione? Selezionare i possibili indicatori e calcolare l'errore di titolazione dell'indicatore.

5. Tracciare la curva di titolazione per l'idrazina (N 2 H 4 + H 2 O, pK b= 6,03)
con una concentrazione molare dell'equivalente di 0,1 mol / dm 3 di acido cloridrico
con una concentrazione molare dell'equivalente di 0,1 mol / dm 3. Qual è la somiglianza
e la differenza tra i calcoli del pH e la curva di titolazione rispetto alla curva di titolazione di un acido debole con un alcali? Seleziona Indicatori possibili
e calcolare l'errore di titolazione dell'indicatore.

6. Calcolare i coefficienti di attività e le concentrazioni attive di ioni
in 0,001 M di soluzione di solfato di alluminio, 0,05 M di carbonato di sodio, 0,1 M di cloruro di potassio.

7. Calcolare il pH di una soluzione di metilammina 0,20 M se la sua ionizzazione in una soluzione acquosa è descritta dall'equazione

B + H 2 O \u003d VN + + OH -, K b\u003d 4,6 × 10 - 3, dove B è la base.

8. Calcolare la costante di dissociazione dell'acido ipocloroso HOCl se una soluzione 1,99 × 10 - 2 M ha pH = 4,5.

9. Calcolare il pH di una soluzione contenente 6,1 g / mol di acido glicolico (CH 2 (OH) COOH, K un= 1,5 × 10 - 4).

10. Calcolare il pH di una soluzione ottenuta miscelando 40 ml di una soluzione di acido cloridrico 0,015 M con:

a) 40 ml di acqua;

b) 20 ml di soluzione di idrossido di sodio 0,02 M;

c) 20 ml di soluzione 0,02 M di idrossido di bario;

d) 40 ml di soluzione 0,01 M di acido ipocloroso, K un=5,0 × 10 - 8 .

11. Calcolare la concentrazione di ione acetato in una soluzione di acido acetico
con una frazione di massa dello 0,1%.

12. Calcolare la concentrazione dello ione ammonio in una soluzione di ammoniaca con una frazione di massa dello 0,1%.

13. Calcolare la massa di campione di carbonato di sodio necessaria per preparare 250,00 ml di soluzione 0,5000 M.

14. Calcolare il volume della soluzione di acido cloridrico con una concentrazione molare equivalente di 11 mol/l e il volume di acqua che deve essere prelevato per preparare 500 ml di soluzione di acido cloridrico 0,5 M.

15. 0,15 g di magnesio metallico sono stati sciolti in 300 mi di una soluzione allo 0,3% di acido cloridrico. Calcolare la concentrazione molare di ioni idrogeno, magnesio e cloro nella soluzione risultante.

16. Mescolando 25,00 mi di una soluzione di acido solforico con una soluzione di cloruro di bario, si ottengono 0,2917 g di solfato di bario. Determinare il titolo della soluzione di acido solforico.

17. Calcolare la massa di carbonato di calcio che ha reagito
con 80,5 mmol di acido cloridrico.

18. Quanti grammi di fosfato di sodio monobasico devono essere aggiunti
a 25,0 ml di soluzione di idrossido di sodio 0,15 M per ottenere una soluzione con pH = 7? Per acido fosforico pK a1= 2,15; pK a2= 7,21; pK a3 = 12,36.

19. La titolazione di 1,0000 g di acido solforico fumante, accuratamente diluito con acqua, consuma 43,70 ml di soluzione di idrossido di sodio 0,4982 M. È noto che l'acido solforico fumante contiene anidride solforica disciolta in acido solforico anidro. Calcolare la frazione di massa dell'anidride solforica nell'acido solforico fumante.

20. L'errore assoluto della misurazione del volume con una buretta è 0,05 ml. Calcolare l'errore relativo nella misurazione dei volumi in 1; 10 e 20 ml.

21. Si prepara una soluzione in un matraccio tarato con una capacità di 500,00 ml.
da un campione di 2.5000 g di carbonato di sodio. Calcolare:

a) la concentrazione molare della soluzione;

b) la concentrazione molare dell'equivalente (½ Na 2 CO 3);

c) titolo della soluzione;

d) titolo per l'acido cloridrico.

22. Qual è il volume di una soluzione di carbonato di sodio al 10% con una densità
1.105 g/cm 3 occorre assumere per la cottura:

a) 1 litro di soluzione con titolo ТNa 2 CO 3 = 0,005000 g/cm 3 ;

b) 1 litro di soluzione con ТNa 2 CO 3 /HCl = 0,003000 g/cm 3?

23. Quale volume di acido cloridrico con una frazione di massa del 38,32% e una densità di 1,19 g / cm 3 dovrebbe essere preso per preparare 1500 ml di una soluzione 0,2 M?

24. Quale volume di acqua deve essere aggiunto a 1,2 litri di 0,25 M HCl per preparare una soluzione 0,2 M?

25. Da 100 g di idrossido di sodio tecnico contenente il 3% di carbonato di sodio e il 7% di impurità indifferenti, è stato preparato 1 litro di soluzione. Calcolare la concentrazione molare e il titolo di acido cloridrico della soluzione alcalina risultante, supponendo che il carbonato di sodio sia titolato in acido carbonico.

26. C'è un campione che può contenere NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 o una miscela di questi composti del peso di 0,2800 g Il campione è stato sciolto in acqua.
La titolazione della soluzione risultante in presenza di fenolftaleina consuma 5,15 ml e in presenza di arancio metile - 21,45 ml di acido cloridrico con una concentrazione equivalente molare di 0,1520 mol / l. Determinare la composizione del campione e le frazioni di massa dei componenti nel campione.

27. Disegnare una curva di titolazione di 100,00 cm 3 di una soluzione di ammoniaca 0,1000 M con una soluzione di acido cloridrico 0,1000 M, giustificare la scelta dell'indicatore.

28. Calcolare il pH del punto di equivalenza, inizio e fine titolazione di 100,00 cm 3 Soluzione di acido malonico 0,1000 M (HOOCCH 2 COOH) Soluzione di idrossido di sodio 0,1000 M (pK un 1=1,38; RK un 2=5,68).

29. Per la titolazione di 25,00 cm 3 di una soluzione di carbonato di sodio con una concentrazione molare dell'equivalente di 0,05123 mol / dm 3, sono andati 32,10 cm 3 di acido cloridrico. Calcolare la concentrazione molare dell'equivalente di acido cloridrico.

30. Quanti ml di soluzione di cloruro di ammonio 0,1 M devono essere aggiunti
a 50,00 ml di soluzione di ammoniaca 0,1 M per fare una soluzione tampone
con pH=9,3.

31. La miscela di acido solforico e fosforico è stata trasferita in un matraccio tarato del volume di 250,00 cm 3 . Per la titolazione sono stati prelevati due campioni di 20,00 cm 3 di cui uno è stato titolato con una soluzione di idrossido di sodio con concentrazione molare equivalente
0,09940 mol / dm 3 con indicatore metilarancio e il secondo con fenolftaleina. Il consumo di idrossido di sodio nel primo caso è stato di 20,50 cm 3 e nel secondo di 36,85 cm 3 . Determinare le masse degli acidi solforico e fosforico nella miscela.

In complessometria

Fino al punto di equivalenza =( C M V M- C EDTA V EDTA)/( V M+ V EDTA). (21)

Al punto di equivalenza = . (22)

Dopo il punto di equivalenza = . (23)

Sulla fig. 9 mostra le curve di titolazione dello ione calcio in soluzioni tampone con diversi valori di pH. Si può notare che la titolazione di Ca 2+ è possibile solo a pH ³ 8.

Reagenti

2. H 2 O distillato.

3. Soluzione standard di Mg (II) a concentrazione molare
0,0250 mol/dm 3.

4. Tampone di ammoniaca pH = 9,5.

5. Una soluzione di idrossido di potassio KOH con una frazione di massa del 5%.

6. Nero eriocromo T, miscela indicatrice.

7. Calcon, miscela indicatore.

Base teorica metodo:

Il metodo si basa sull'interazione degli ioni Ca 2+ e Mg 2+ con il sale bisodico dell'acido etilendiamminotetraacetico (Na 2 H 2 Y 2 o Na-EDTA) con formazione di complessi stabili nel rapporto molare M:L=1 :1 in un determinato intervallo di pH.

Per fissare il punto di equivalenza nella determinazione di Ca 2+ e Mg 2+, vengono utilizzati il ​​calcon e il nero eriocromo T.

La determinazione di Ca 2+ viene effettuata a pH ≈ 12, mentre Mg 2+ lo è
in soluzione come precipitato di idrossido di magnesio e non è titolato con EDTA.

Mg 2+ + 2OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓

Ca 2+ + Y 4- " CaY 2-

A pH ≈ 10 (soluzione tampone di ammoniaca), Mg 2+ e Ca 2+ lo sono
in soluzione sotto forma di ioni e con l'aggiunta di EDTA vengono titolati insieme.

Ca 2+ + HY 3- « CaY 2- + H +

Mg 2+ + HY 3- « MgY 2- + H +

Per determinare il volume di EDTA speso per la titolazione di Mg 2+,
dal volume totale utilizzato per titolare la miscela a pH ≈ 10, sottrarre il volume utilizzato per titolare Ca 2+ a pH ≈ 12.

Per creare un pH ≈ 12, viene utilizzata una soluzione di KOH al 5%, per creare
pH ≈ 10 utilizzando una soluzione tampone di ammoniaca (NH 3 × H 2 O + NH 4 Cl).

Progresso del lavoro:

1. Standardizzazione del titolante - soluzione EDTA (Na 2 H 2 Y)

La soluzione di EDTA viene preparata con una concentrazione approssimativa di 0,025 M
da ≈ 0,05 M di soluzione, diluendo 2 volte con acqua distillata. Per la standardizzazione dell'EDTA viene utilizzata una soluzione standard di MgSO 4.
con una concentrazione di 0,02500 mol / dm 3.

Schema 5. Standardizzazione del titolante - soluzione EDTA

In un matraccio conico per titolazione della capacità di 250 cm 3 vengono posti 20,00 cm 3 di una soluzione standard di MgSO 4 con una concentrazione di 0,02500 mol / dm 3, ~ 70 cm 3 di acqua distillata, ~ 10 cm 3 di un si aggiunge una soluzione tampone di ammoniaca con un pH di ~ 9,5 - 10 e si aggiunge l'indicatore nero eriocromo T di circa 0,05 g
(sulla punta della spatola). In questo caso, la soluzione diventa rosso vino. La soluzione nel pallone viene titolata lentamente con una soluzione di EDTA fino a quando il colore non cambia da rosso vino a verde. I risultati della titolazione sono inseriti nella tabella. 6. La concentrazione di EDTA è determinata dalla legge degli equivalenti: .

Tabella 6

Risultati della standardizzazione della soluzione EDTA

2. Determinazione del contenuto di Ca 2+

Curve di titolazione La soluzione Ca 2+ di EDTA a pH=10 e pH=12 si accumula indipendentemente.

La soluzione del problema in un matraccio tarato è stata portata al segno con acqua distillata e miscelata accuratamente.

Schema 6. Determinazione del contenuto di Ca 2+ in soluzione

Un'aliquota della soluzione in esame 25,00 cm 3 contenente calcio e magnesio viene posta in un matraccio conico per la titolazione della capacità di 250 cm 3, si aggiungono ~ 60 cm 3 di acqua, ~ 10 cm 3 di una soluzione di KOH al 5%. Dopo precipitazione di un precipitato amorfo di Mg (OH) 2 ↓, alla soluzione si aggiunge l'indicatore calcon circa 0,05 g (sulla punta di una spatola) e si titola lentamente con una soluzione di EDTA fino a quando il colore non cambia dal rosa al blu pallido. Risultati della titolazione ( V 1) sono inseriti nella tabella.7.

Tabella 7

numero di esperienza		EDTA volume, cm 3	Contenuto di Ca 2+ in soluzione, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

3. Determinazione del contenuto di Mg 2+

La curva di titolazione della soluzione di Mg 2+ di EDTA a pH=10 si sviluppa in modo indipendente.

Schema 7. Determinazione del contenuto di Mg 2+ in soluzione

Un'aliquota di 25,00 cm 3 della soluzione in esame contenente calcio e magnesio viene posta in un matraccio conico per la titolazione con una capacità di 250 cm 3, ~ 60 cm 3 di acqua distillata, ~ 10 cm 3 di una soluzione tampone di ammoniaca a pH di ~ 9,5–10 vengono aggiunti e viene aggiunto un indicatore nero eriocromo T circa 0,05 g
(sulla punta della spatola). In questo caso, la soluzione diventa rosso vino. La soluzione nel pallone viene titolata lentamente con una soluzione di EDTA fino a quando il colore non cambia da rosso vino a verde. Risultati della titolazione ( V 2) sono inseriti nella tabella. otto.

Tabella 8

Risultati della titolazione di una soluzione contenente calcio e magnesio

numero di esperienza	Il volume della soluzione studiata, cm 3	volume EDTA, V∑ , cm 3	Il contenuto di Mg 2+ in soluzione, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

Reagenti

1. Soluzione di EDTA con una concentrazione molare di ~ 0,05 mol / dm 3.

2. Soluzione standard di Cu(II) con titolo 2,00×10 -3 g/dm 3 .

3. H 2 O distillato.

4. Tampone ammoniacale con pH ~ 8 - 8,5.

5. Murexide, miscela indicatrice.

Compiti

1. Calcolare α 4 per EDTA a pH=5 se le costanti di ionizzazione EDTA sono le seguenti: K 1 =1,0 10 -2 , K 2 =2,1 10 -3 , K 3 =6,9 10 -7 , K 4 \u003d 5,5 10 -11.

2. Tracciare una curva di titolazione per 25,00 ml di soluzione di nichel 0,020 M con soluzione di EDTA 0,010 M a pH=10 se la costante di stabilità è
K NiY = 10 18,62 . Calcola p dopo aver aggiunto 0,00; 10.00; 25.00; 40.00; 50,00 e 55,00 ml di titolante.

3. Per la titolazione 50,00 ml di una soluzione contenente ioni calcio
e magnesio, ci sono voluti 13,70 ml di soluzione 0,12 M EDTA a pH=12 e 29,60 ml a pH=10. Esprimere le concentrazioni di calcio e magnesio nella soluzione in mg/ml.

4. Quando analizzati, in 1 litro di acqua sono stati trovati 0,2173 g di ossido di calcio e 0,0927 g di ossido di magnesio. Calcolare quale volume di 0,0500 mol/l di EDTA è stato utilizzato per la titolazione.

5. Per la titolazione di 25,00 ml di una soluzione standard contenente 0,3840 g di solfato di magnesio sono stati utilizzati 21,40 ml di soluzione di Trilon B. Calcolare il titolo di questa soluzione in base al carbonato di calcio e la sua concentrazione molare.

6. Sulla base delle costanti di formazione (stabilità) dei complessati metallici riportate di seguito, valutare la possibilità di titolazione complessometrica di ioni metallici a pH = 2; 5; dieci; 12.

7. Quando si titola una soluzione di Ca 2+ 0,01 M con una soluzione di EDTA 0,01 M a pH=10, la costante di stabilità K CaY = 10 10,6. Calcolare quale dovrebbe essere la costante di stabilità condizionale del complesso del metallo con l'indicatore a pH=10, se al punto finale della titolazione =.

8. La costante di ionizzazione acida dell'indicatore utilizzato nella titolazione complessometrica è 4,8·10 -6. Calcolare il contenuto delle forme acide e alcaline dell'indicatore a pH = 4,9, se la sua concentrazione totale nella soluzione è 8,0·10 -5 mol/l. Determinare la possibilità di utilizzare questo indicatore durante la titolazione della soluzione
con pH=4,9 se il colore della sua forma acida corrisponde al colore del complesso.

9. Per determinare il contenuto di alluminio nel campione, una porzione di 550 mg del campione è stata sciolta e sono stati aggiunti 50,00 ml di una soluzione di complessone III 0,05100 M. L'eccesso di quest'ultimo è stato titolato con 14,40 ml di soluzione 0,04800 M di zinco (II). Calcolare la frazione di massa di alluminio nel campione.

10. Quando un complesso contenente ioni bismuto e ioduro viene distrutto, questi ultimi vengono titolati con soluzione di Ag(I) e bismuto con complexone III.
La titolazione di una soluzione contenente 550 mg di un campione richiede 14,50 ml di una soluzione 0,05000 M di complexone III e la titolazione dello ione ioduro contenuto in 440 mg di un campione richiede 23,25 ml di una soluzione 0,1000 M Ag(I). Calcola il numero di coordinazione del bismuto nel complesso se gli ioni ioduro sono il ligando.

11. Un campione del peso di 0,3280 g contenente Pb, Zn, Cu è stato sciolto
e trasferito in un matraccio tarato da 500,00 cm 3 . La determinazione si è svolta in tre fasi:
a) titolazione della prima porzione di una soluzione con un volume di 10,00 cm 3 contenente Pb, Zn, Cu, esaurita 37,50 cm 3 0,0025 M di soluzione di EDTA; b) Cu è stato mascherato nella seconda porzione di 25,00 cm 3 , e 27,60 cm 3 EDTA è stato utilizzato per la titolazione di Pb e Zn; c) nella terza porzione di 100,00 cm 3 Zn mascherato
e Cu, 10,80 cm 3 di EDTA sono stati spesi per la titolazione di Pb. Determinare la frazione di massa di Pb, Zn, Cu nel campione.

Curve di titolazione

Nella redoxmetria, le curve di titolazione sono tracciate in coordinate E = f(C R),
illustrano graficamente la variazione delle potenzialità del sistema durante la titolazione. Prima del punto di equivalenza si calcola il potenziale del sistema dal rapporto delle concentrazioni delle forme ossidate e ridotte dell'analita (perché fino al punto di equivalenza una delle forme del titolante è praticamente assente), dopo il punto di equivalenza - dal rapporto tra le concentrazioni delle forme ossidate e ridotte del titolante (perché dopo il punto di equivalenza l'analita viene titolato quasi completamente).

Il potenziale al punto di equivalenza è determinato dalla formula

, (26)

dov'è il numero di elettroni che partecipano alle semireazioni;

sono potenziali elettrodi standard di semireazioni.

Sulla fig. 10 mostra la curva di titolazione di una soluzione di acido ossalico H 2 C 2 O 4 con una soluzione di permanganato di potassio KMnO 4 in un mezzo acido
(= 1 mol / dm 3).

Riso. 10. Curva di titolazione di 100,00 cm 3 di soluzione ossalica

acido H 2 C 2 O 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 con una soluzione di permanganato

potassio KMnO 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 a \u003d 1 mol / dm 3

Potenziale di semireazione MnO 4 - + 5 e+ 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O dipende dal pH del mezzo, poiché gli ioni idrogeno partecipano alla semireazione.

permanganatometria

Il titolante è una soluzione di permanganato di potassio KMnO 4 , che è un forte agente ossidante. Equazione di base:

MnO 4 - + 8H + + 5e \u003d Mn 2+ + 4H 2 O, = +1,51 V.

M 1 / z (KMnO 4) \u003d g/mol.

In ambienti leggermente acidi, neutri e leggermente alcalini, a causa del potenziale redox inferiore, lo ione permanganato si riduce a Mn +4.

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 ¯ + 4OH -, = +0,60 V.

M 1 / z (KMnO 4) \u003d 158,03 / 3 \u003d 52,68 g / mol.

In un ambiente alcalino si riduce una soluzione di permanganato di potassio
fino a Mn+6.

MnO 4 - + 1e \u003d MnO 4 2-, = +0,558 V.

M 1 / z (KMnO 4) \u003d 158,03 g / mol.

Per evitare reazioni collaterali, la titolazione con permanganato di potassio viene eseguita in un mezzo acido, creato con acido solforico. Non è consigliabile utilizzare l'acido cloridrico per creare un mezzo, poiché il permanganato di potassio è in grado di ossidare lo ione cloruro.

2Cl - - 2e \u003d Cl 2, \u003d +1,359 V.

Molto spesso, il permanganato di potassio viene utilizzato come soluzione
con una concentrazione molare equivalente di ~ 0,05 - 0,1 mol / dm 3. Non è uno standard primario in quanto le soluzioni acquose di permanganato di potassio sono in grado di ossidare l'acqua e le impurità organiche in essa contenute:

4MnO 4- + 2H 2 O \u003d 4MnO 2 ¯ + 3O 2 + 4OH -

La decomposizione delle soluzioni di permanganato di potassio è accelerata in presenza di biossido di manganese. Poiché il biossido di manganese è un prodotto di decomposizione del permanganato, questo precipitato ha effetto autocatalitico al processo di decomposizione.

Il permanganato di potassio solido utilizzato per preparare le soluzioni è contaminato da biossido di manganese, quindi è impossibile preparare una soluzione da un campione accurato. Per ottenere una soluzione sufficientemente stabile di permanganato di potassio, dopo aver sciolto un campione di KMnO 4 in acqua, si lascia in una bottiglia scura per diversi giorni (o bollito), quindi si separa MnO 2 ¯ per filtrazione attraverso bicchiere filtro (non utilizzare un filtro di carta, poiché reagisce con il permanganato di potassio formando biossido di manganese).

Il colore della soluzione di permanganato di potassio è così intenso che
che l'indicatore in questo metodo non è richiesto. Per dare un evidente colore rosa a 100 cm 3 di acqua, sono sufficienti 0,02 - 0,05 cm 3 di una soluzione di KMnO 4
con una concentrazione molare equivalente di 0,1 mol / dm 3 (0,02 M). Il colore del permanganato di potassio al punto finale della titolazione è instabile e gradualmente scolorisce a causa dell'interazione del permanganato in eccesso
con ioni manganese (II) presenti al punto finale in una quantità relativamente grande:

2MnO 4 - + 3Mn 2+ + 2H 2 O « 5MnО 2 ¯ + 4H +

Standardizzazione della soluzione di lavoro KMnO 4 spende in ossalato di sodio o acido ossalico (appena ricristallizzato ed essiccato a 105°C).

Utilizzare soluzioni di standard primari con una concentrazione equivalente molare DA(½ Na 2 C 2 O 4) \u003d 0,1000 o 0,05000 mol / l.

C 2 O 4 2- - 2e ® 2CO 2, \u003d -0,49 V

L'analisi titrimetrica è un metodo per determinare la quantità di una sostanza misurando accuratamente il volume delle soluzioni di sostanze che reagiscono tra loro.

Titolo- la quantità della sostanza contenuta in 1 ml. soluzione o equivalente all'analita. Ad esempio, se il titolo di H 2 SO 4 è 0,0049 g/ml, significa che ogni ml di soluzione contiene 0,0049 g di acido solforico.

Una soluzione il cui titolo è noto si chiama titolata. Titolazione- il processo di aggiunta alla soluzione in esame o un'aliquota di una quantità equivalente di una soluzione titolata. In questo caso vengono utilizzate soluzioni standard - canali fissi- soluzioni con l'esatta concentrazione della sostanza (Na 2 CO 3, HCl).

La reazione di titolazione deve soddisfare i seguenti requisiti:

alta velocità di reazione;

la reazione deve procedere al completamento;

la reazione deve essere altamente stechiometrica;

avere un metodo conveniente per fissare la fine della reazione.

HCl + NaOH → NaCl + H 2 O

Il compito principale dell'analisi titrimetrica non è solo quello di utilizzare una soluzione di concentrazione esattamente nota (fissanale), ma anche di determinare correttamente il punto di equivalenza.

Esistono diversi modi per correggere un punto di equivalenza:

In base al colore intrinseco degli ioni dell'elemento da determinare, ad esempio, il manganese sotto forma di anioneMNO 4 -

Per sostanza del testimone

Esempio: Ag + + Cl - "AgCl $

Ag + + CrO 4 "Ag 2 CrO $ 4 (colore arancione brillante)

Una piccola quantità di sale K 2 CrO 4 viene aggiunta al pallone dove è necessario determinare lo ione cloro (testimone). Quindi, la sostanza in esame viene aggiunta gradualmente dalla buretta, mentre gli ioni cloruro sono i primi a reagire e si forma un precipitato bianco (AgCl), ovvero PR AgCl<< ПР Ag2Cr O4.

Pertanto, una goccia in più di nitrato d'argento darà un colore arancione brillante, poiché tutto il cloro ha già reagito.

III. Utilizzo di indicatori: ad esempio, nella reazione di neutralizzazione vengono utilizzati indicatori acido-base: tornasole, fenolftaleina, arancio metile - composti organici che cambiano colore quando si passa da un ambiente acido a uno alcalino.

Indicatori- coloranti organici che cambiano colore al variare dell'acidità del mezzo.

Schematicamente (omettendo le forme intermedie), l'equilibrio dell'indicatore può essere rappresentato come una reazione acido-base

HIn + H 2 O In - + H 3 O +

H2O
H++OH-

H + + H 2 O
H3O+

L'area di transizione del colore dell'indicatore (posizione e intervallo) è influenzata da tutti i fattori che determinano la costante di equilibrio (forza ionica, temperatura, sostanze estranee, solvente), nonché dall'indicatore.

Classificazione dei metodi di analisi titrimetrica.

titolazione acido-base (neutralizzazione): questo metodo determina la quantità di acido o alcali nella soluzione analizzata;

precipitazione e complessazione (argentometria)

Ag + + Cl - "AgCl $

titolazione redox (redossimetria):

a) permanganatometria (KMnO 4);

b) iodometria (Y 2);

c) bromatometria (KBrO 3);

d) dicromatometria (K 2 Cr 2 O 7);

e) cerimetria (Ce(SO 4) 2);

f) vanadometria (NH 4 VO 3);

g) titanometria (TiCl 3), ecc.