Количественный анализ, титриметрический анализ

Лекция №5 Количественный АНАЛИЗ Цель занятия: Изучить титриметрический анализ. Задачи: - закрепить знания о методах количественного анализа. -сформировать знания об основных понятиях титриметрического анализа Студент должен знать: методы титриметрического анализа, основные термины. Студент должен уметь: Рассчитывать количественное содержание исследуемого вещества в растворе объемно-аналитическим путем. План: 1. Сущность титриметрического анализа 2. Методы титриметрического анализа 3. Рабочие растворы 4. Определение конца реакции 5. Вычисление в титриметрическом анализе 6. Посуда, используемая в титриметрическом анализе. Количественный химический анализ – это определение количественного состава, т.е. установление количества химических элементов, ионов, атомов, атомных групп, молекул в анализируемом веществе. • Основан на измерении объема реагента точно известной концентрации, затраченного на реакцию с определяемым компонентом. • Применяются титрованные растворы – растворы концентрация которых точно известна. • Основан на законе эквивалентов: C1·V1 = C2·V2. • Анализ быстрый; Довольно точный Титрование – это процесс определения количества вещества (точной концентрации раствора) объемно-аналитическим путем. • Титрование – процесс постепенного прибавления по каплям раствора-титранта к анализируемому раствору. • Титрант (рабочий раствор) – это раствор которым титруют, его концентрация должна быть точно известна. • Титр – это концентрация раствора, указывающая какая масса вещества содержится в одном мл раствора (Т, г/мл). • Точка эквивалентности (ТЭ) – это тот момент титрования, когда количество добавленного титранта химически эквивалентно количеству титруемого вещества. • Конечная точка титрования (КТТ) - это момент окончания титрования (часто определяется по изменению окраски индикатора). • Реакция должна протекать: • по строго определенному стехиометрическому уравнению, побочные реакции должны быть исключены; • количественно (практически до конца), Кх.р. должна быть достаточно большой; • быстро, чтобы в любой момент титрования состояние химического равновесия наступало практически мгновенно. • Посторонние вещества не должны мешать титрованию. • КТТ должно фиксироваться резко и быстро. Реакции по возможности должны идти при комнатной температуре. Методы титриметрического анализа: I.Кислотно-основное титрование Н+ +ОН- = Н2О II. Комплексометрическое титрование M2+ + H2ЭДТА2- = МЭДТА2- + 2Н+ (комплексонометрия) III. Осадительное титрование Аg+ + Cl- = AgCl¯ (аргентометрия) Hg22++ 2Cl- = Hg2Cl2¯ (меркурометрия) IV.Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия) 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O • В основе методов КОТ лежит реакция нейтрализации. Что это за реакция? • В основе методов КМТ лежат реакции комплексообразования. Что это за реакции? • В основе методов ОТ лежат реакции осаждения. Что это за реакции? • В основе методов ОВТ лежат окислительно-восстановительные реакции. Что это за реакции? Прямое титрование предполагает непосредственное прибавление титранта Т к раствору пробы А. А + Т = продукт Обратное титрование используют если: 1. скорость прямой реакции невысокая 2. отсутствует соответствующий индикатор 3. возможна потеря определяемого вещества из-за его летучести А + Тизбыток = продукт1 + Тостаток Тостаток + Тдополнительнй = продукт2 Непрямое титрование (заместительное) используют если: 1.Определяемое вещество с данным титрантом не взаимодействует 2. Взаимодействие титранта и определяемого вещества проходит не стехиометрически А + Т1(дополнительное вещество) = А1(заместитель) А1(заместитель) + Т = продукт • Стандартные, первичные стандарты (с приготовленным титром). Готовятся по точной навеске. Точную концентрацию определяют расчетно; • Стандартизированные, вторичные (с установленным титром). Готовятся по приблизительной навеске. Точную концентрацию определяют стандартизацией; • Стандартизация – процесс нахождения концентрации активного реагента в растворе путем титрования его с применением стандартного раствора (первичного стандарта). • Стандартные растворы-это титрованные растворы, приготовленные по точной навеске. К ним относятся растворы установочных веществ. • Установочные вещества – это химически устойчивые вещества с помощью которых определяют путем стандартизации точную концентрацию рабочих растворов или титрантов. • Требования к веществам: • Химически чистые; • Устойчивые при хранении в сухом виде и в растворах; • Состав их должен строго соответствовать формуле. • Расчет навески: gт = CN • MЭ • Vл, где CN и Vл – заданы. • *Взятие навески: • на ТВ (0,01 г); • на АВ (0,0001 г): gпр. = mбюкс.+н. – mбюкс С ост. *использовать фиксанал. • Растворение навески в мерной колбе соответствующего объема. • Расчеты: • • Стандартизированные растворы-это растворы, приготовленные по приблизительной навеске, титр их устанавливают стандартизацией. Свойства этих веществ: • Неустойчивые при хранении в сухом виде и в растворах (гигроскопичные, поглощают из воды и воздуха газы, легко вступают в ОВР); • Химически нечистые (в составе могут быть примеси); • Состав их не соответствует формуле. Алгоритм приготовления стандартизированного раствора Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая рассчитывается на основании стехиометрических коэффициентов реакции, равная или меньше единицы: ¦экв. £ 1 Для кислотно-основных реакции ¦экв вычисляют по числу замещенных атомов водорода, а для окислительно-восстановительных – по числу электронов, участвующих в реакции. Молярная масса эквивалента вещества – это масса одного моля эквивалента этого вещества. Её записывают и рассчитывают следующим образом: МЭ(Х) = ¦экв.(Х)·М (Х) МЭ(Na2CO3) = fЭ(Na2CO3) xМ (Na2CO3) =1/2х 105,99=52,99г/моль МЭ(KMnO4) = fЭ(KMnO4) х М (KMnO4) = 1/5 х 158,03 =31,61 г/моль МАССОВАЯ ДОЛЯ -отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора: m(Х) ω(Х) = ------------------ m(р-ра) ω (Х) –массовая доля растворённого вещества Х; m(Х) – масса растворенного вещества Х; m(р-ра) – масса раствора. Молярная концентрация – отношение количества растворенного вещества к объёму раствора (количество молей растворенного вещества в 1 л раствора) Обычно её обозначают С(Х), а после численного значения пишут моль/л или М: n(Х) m(Х) С(Х) = ---------- ×1000 = -------------- ×1000 , V М(Х) ×V например С(HCl) = 0,1 моль/л или 0,1М Молярная концентрация эквивалента – отношение количества вещества эквивалента в растворе к объёму этого раствора или количество молей эквивалента вещества в 1 л раствора Поправочный коэффициент – число, показывающее, во сколько раз практическая концентрация (навеска) больше или меньше заданной (расчётной, теоретической). С(практическая) К = ----------------------- С (теоретическая) Закон эквивалентов, в соответствии с которым число эквивалентов взаимодействующих и образующихся веществ равно Для произвольной реакции : аА + bB = сC + dD закон эквивалентов имеет следующие математические выражения: С(fэквА) ·V(А) = С(fэквВ) ·V(В) C1V1 = C2V2 • Погрешности взвешивания; • Погрешности измерения объема; • Погрешности определения титра раствора; • Погрешности титрования анализируемого раствора. • Систематические: инструментальные; реактивные; индивидуальные. • Перевод некоторых систематических погрешностей в случайные (калибрование посуды; работа на одних весах). • Индикаторные погрешности – основной вид систематических погрешностей титриметрического анализа. Общие указания по выполнению титриметрических определений • Тщательная подготовка рабочего места (ничего лишнего); • Посуда должна быть тщательно вымыта (водопроводной и дистиллированной водой) и откалибрована; • Измерительные приборы поверены (работать на одних и тех же ТВ и АВ); • Используемые реактивы и вода не должны содержать примесей; • При титровании должно быть тщательное перемешивание содержимого колбы; • Титровать нужно довольно быстро, соблюдая условия и методику; • Правильно выбирать индикатор для фиксирования КТТ. Для титрования брать его немного 1-2 капли; • Проводить не менее 3-х титрований с разницей результатов в 1-2 капли (~0,05 мл). Проводить титрования в один день; • Скорость сливания титранта должна быть одинаковой, в конце титрования ее необходимо снизить; • Все результаты занести в лабораторный журнал. • Метод отдельных навесок взвешивают на аналитических весах точную навеску m(A) стандартного вещества А, переносят ее в колбу для титрования и растворяют в небольшом объеме воды (объем можно точно не измерять). Затем добавляют индикатор и титруют до изменения окраски. По показаниям бюретки фиксируют объем раствора, затраченный на титрование стандартного раствора и рассчитывают точную концентрацию титранта. • Метод пипетирования - в мерной колбе готовят раствор стандартного вещества с известной концентрацией (по точной навеске или из фиксанала). С помощью калиброванной пипетки отбирают аликвоту − точно измеренный объем стандартного раствора, переносят в колбу, добавляют индикатор и титруют рабочим (стандартизируемым) раствором. • Метод пипетирования более быстрый, менее трудоемкий, но и менее точный, Классификация титриметрических методов по типу используемой химической реакции Кислотно − основное титрование (метод нейтрализации). Различают ацидиметрию и алкалиметрию. Ацидиметрия − определение веществ титрованием стандартным раствором кислоты. Алкалиметрия − определение веществ титрованием стандартным раствором сильного основания; • Это экспериментальная методика определения концентрации кислоты либо основания, используемая преимущественно в количественном химическом анализе. • Кислоту с известной концентрацией постепенно добавляют из бюретки в щелочной раствор неизвестной концентрации , находящийся в конической колбе. • Точка эквивалентности достигается в тот момент, когда к основанию добавлено точное стехиометрическое количество кислоты. • В этой точке вся щелочь нейтрализована, и в растворе нет ни избытка кислоты, ни избытка основания. Раствор состоит только из соли и воды. • Ее фиксируют визуально по заметному аналитическому эффекту, вызываемому каким-либо из исходных соединений, продуктов реакции или специально введенных в систему веществ – индикаторов К анализируемому раствору из бюретки приливают стандартный раствор ( титрант) кислоты или основания до момента , когда вещества полностью прореагируют, что устанавливается при помощи индикатора. Содержание анализируемого объекта определяют по объему титранта пошедшего на титрование. Решение ситуационных задач: 1. Необходимо определить концентрацию соляной кислоты. Выберите рабочий раствор и индикатор. 2. Необходимо определить концентрацию карбоната натрия. Выберите рабочий раствор и индикатор. 3. Необходимо определить концентрацию щавелевой кислоты. Выберите рабочий раствор и индикатор. 4. Необходимо определить концентрацию гидроксида натрия. Выберите рабочий раствор и индикатор.