Тема 9. Титриметрический анализ
Содержание:
1. Сущность титриметрического анализа
2. Способы титрования
3. Классификация методов титриметрического анализа
4. Титранты
5. Определение точки эквивалентности и конца реакции
6. Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации)
7. Оксидиметрия (окислительно-восстановительное титрование)
8. Осадительное титрование (методы осаждения)
9. Комплексонометрия
10. Вычисление в титриметрическом анализе
11. Контрольные задания
12. Тестовой самоконтроль
1. СУЩНОСТЬ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
В титриметрическом анализе количественное определение вещества производится, исходя из объема раствора известной концентрации, затраченного на реакцию с определенным веществом.
Процесс определения содержания вещества или точной концентрации раствора объемно-аналитическим путем называется титрованием. Эта важнейшая операция титриметрического анализа заключается в том, что к исследуемому раствору медленно приливают другой раствор точно известной концентрации в количестве, эквивалентном количеству определяемого соединения.
Объемы растворов, количественно реагирующих между собой, обратно пропорциональны нормальным концентрациям этих растворов:
V 1 = N 2 или V1 x N1 = N2 x V2 V1 x N1 = V2 x N2
Где V – объем реагирующего раствора, л; N – концентрация, н.
Это положение лежит в основе титриметрического анализа. Для того чтобы определить концентрацию одного из растворов, надо знать точно объемы реагирующих растворов, точную концентрацию другого раствора и момент, когда два вещества прореагируют в эквивалентных количествах. Условиями титриметрического определения являются:
а) точное измерение объемов реагирующих веществ;
б) приготовление растворов точно известной концентрации, с помощью которых проводится титрование, так называемых рабочих растворов (титранов) (часто такие растворы известной концентрации называют стандартными (титрованными);
в) определение конца реакции.
Титриметрическое определение занимает гораздо меньшее время, чем гравиметрическое. Вместо многих длительных операций гравиметрического анализа (осаждение, фильтрование, взвешивание и т.д.) при титриметрическом определении проводят всего одну операцию – титрование.
Точность титриметрических определений несколько меньше точности гравиметрического анализа, однако разница невелика, поэтому там, где возможно, стараются вести определение более быстрым методом.
Для того чтобы та или иная реакция могла служить основой для титрования, она должна удовлетворять ряду требований.
1. Реакция должна проходить количественно по определенному уравнению без побочных реакций. Необходимо быть уверенным. Что прибавляемый реактив расходуется исключительно на реакцию с определяемым веществом.
2. Окончание реакции следует точно фиксировать, чтобы количество реактива было
эквивалентно количеству определяемого вещества. На эквивалентности реагирующих веществ основано вычисление результатов анализа.
3. Реакция должна протекать с достаточной скоростью и быть практически необратимой. Точно фиксировать точку эквивалентности при медленно идущих реакциях почти невозможно.
2. СПОСОБЫ ТИТРОВАНИЯ
По способу выполнения титрования различают прямое, обратное или косвенное титрование (метод замещения).
При прямом титровании к раствору определяемого вещества непосредственно добавляют титрант. Для проведения анализа по этому методу достаточно одного рабочего раствора. Например, для определения кислоты необходим рабочий раствор щелочи, для определения окислителя – раствор восстановителя.
При обратном титровании к раствору анализируемого вещества приливают известный объем рабочего раствора, взятого в избытке. После этого титруют остаток первого рабочего раствора другим рабочим раствором и рассчитывают количество реагента, которое вступило в реакцию с анализируемым веществом. Например, для определения хлорид-ионов к анализируемому раствору хлорида добавляют известный объем раствора AqNO3, взятого в избытке. Происходит реакция
Aq+ +Cl = AqCl↓.
Избыток раствора AqNO3 определяют с помощью другого рабочего раствора – тиоцианата аммония NH4SCN:
Aq+ + SCN- = AqSCN↓.
При косвенном титровании к анализируемому раствору приливается в избытке реагент, который реагирует с определяемым веществом. Затем один из продуктов реакции определяется титрованием. Например, для определения циановодородной кислоты добавляют раствор АqNO3 в избытке. Происходит реакция
HCN + AqNO3 = AqCN↓ + HNO3
Затем азотная кислота легко определяется с помощью рабочего раствора щелочи NaOH:
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
В этом случае слабая циановодородная кислота замещается в эквивалентных количествах сильной.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА
В титриметрическом анализе используют реакции различного типа (кислотно-основного взаимодействия, комплексообразования и т.д,), удовлетворяющие тем требованиям, которые предъявляются к титриметрическим реакциям. Отдельные титриметрические методы получили название по типу основной реакции, протекающей при титровании или по названию титранта (например, в аргентометрических методах титрантом является раствор AqNO3, в перманганатометрических – раствор KMnO4 и т.д).По способу фиксирования точки эквивалентности выделяют методы титрования с цветными индикаторами, методы потенциометрического титрования, кондуктометрического, фотометрического и т.д. При классификации по типу основной реакции, протекающей при титровании, обычно выделяют следующие методы титриметрического анализа:
1 .методы кислотно-основного титрования, основанные на реакциях, связанных с процессом передачи протона:
H+ + OH- = H2O, CH3COOH +OH- = CH3COO- + H2O,
CO32- + H+ = HCO-3;
2. методы комплексообразования, использующие реакции образования координационных соединений (например, комплексонометрия):
Mg2+ + H2V2- = MgV2_ + 2H+
CH2 – COONa
ГдеV2 = CH2 – N/
׀ / CH2 – COO-
CH2 – COO-
CH2 – N
CH2 - COONa
3. Методы осаждения, основанные на реакциях образования малорастворимых
соединений:
Aq+ + Cl- + AqCl↓ (аргентометрия),
Hg22+ +2Cl- = Hg2Cl2↓(меркурометрия);
4.методы окислительно-восстановительного титрования. основанные
на окислительно-восстановительных реакциях (оксидиметрия):
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (перманганатометрия);
2S2O32- + l2 = S4O62- + 2l-(йодометрия);
5NO-2 + 2MnO4- + 6H+ + 5NO-3 + 2Mn2+ +3H2O (нитритометрия);
3SbCl4- + Br-3 + 6H+ + 6Cl- = 3SbCl6- + Br_ + 3H2O (броматометрия).
В титриметрии используются самые разнообразные реакции. В зависимости от того, какая реакция лежит в основе титрования, различают следующие методы титриметрического анализа.
Кислотно-основные методы, в основе которых лежит реакция нейтрализации:
Н+ + ОН- → Н2О
Этим методом определяют количество кислот, оснований , а также некоторых солей.
Методы окисления – восстановления (оксидиметрия). Эти методы основаны на реакциях окисления-восстановления. При помощи раствора окислителя определяют количество вещества, являющегося восстановителем и, наоборот.
Методы осаждения и комплексообразования основаны на осаждении ионов в виде труднорастворимых соединений и на связывании ионов в малодиссоциированный комплекс.
Различают следующие способы титрования:
прямое, когда при титровании происходит реакция между определяемым веществом и титрантом;
обратное, когда к определяемому раствору добавляют заведомо избыточный, но точно отмеренный объем раствора известной концентрации и избыток реактива оттитровывают титрантом;
титрование заместителя, когда титрантом титруют продукт реакции определяемого вещества с каким-либо реактивом.
4. ТИТРАНТЫ
Титрантом называется раствор, с помощью которого производится титриметрическое определение, т.е. раствор, которым титруют. Чтобы проводить определение с помощью титранта, надо знать его точную концентрацию. Существуют два метода приготовления титрованных растворов, т.е. растворов точно известной концентрации.
1. Точная навеска, взятая на аналитических весах, растворяется в мерной колбе, т.е. готовится раствор, в котором известно количество растворенного вещества и объем раствора. В этом случае растворы называются растворами с приготовленным титром.
2. Раствор готовится приблизительно нужной концентрации, а точную концентрацию определяют титрованием, имея другой раствор с приготовленным титром. Титрованные растворы, точную концентрацию которых находят в результате титрования, называются растворами с установленным титром.
Титранты, как правило, готовят приблизительно нужной концентрации, а их точную концентрацию устанавливают. Необходимо помнить, что титр растворов с течением времени меняется и его надо проверять через определенные промежутки времени (от 1 до 3 нед. в зависимости от вещества, из которого приготовлен раствор). Поэтому, если титрант готовят по точно взятой навеске, то его титр соответствует приготовленному лишь ограниченное время.
Одним из правил титриметрического анализа является следующее: титры титрантов нужно устанавливать в таких же условиях, в каких будет выполняться анализ.