Реферат: Основные понятия тетриметрии

Содержание:

1.

Основные понятиятетриметрии:

1.1

Сущность титрования;

1.2

Стандартные растворы;

1.3

Кривые титрования;

1.4

Индикаторы.

2.

Кислотно-основноетитрование:

2.1

Расчеты рН;

2.2

Таблица;

2.3

Кривая титрования;

2.4

Погрешности титрования;

2.5

Выводы;

3.

Используемая литература.

Основные понятиятетриметрии.

Сущностьтитрования.

Процесс приливания одного раствора, находящегося вбюретке, к другому раствору для определения концентрации одного из них приизвестной концентрации другого называется титрованием.

Взаимодействие между определенным веществом иреактивом должно идти в определенных стехиометрических отношениях. Отклонениеот этого требования наблюдается в ряде случаев; чаще всего причиной этихограничений являются следующие обстоятельства:

1.

Особенности самогоопределяемого вещества, которое взаимодействует с реактивом не только по одномууравнению основной реакции, то есть наряду с основной реакцией идут побочныепроцессы.

2.

Присутствие постороннихвеществ, которые также реагируют с другим реактивом.

Реакция между определяемым веществом и реактивомдолжна идти с большей скоростью, что особенно важно в прямом титровании.

Одно из важных условий применения реакции – найтиподходящий индикатор для определения конца титрования.

Стандартные растворы.

Стандартными растворами называются растворы с точноизвестной концентрацией. Существует два способа их приготовления:

1.

Берут на аналитических весахточную навеску соответствующего вещества, растворяют ее в мерной колбе идоводят объем раствора водой до метки. Этим способом можно готовить титрованныерастворы только тех веществ, которые удовлетворяют ряду требований:

1.1

Вещество должно бытьхимически чистым, т.е. не должно содержать посторонних примесей в таких количествах,которые могут повлиять на точность анализов (не более 0,05-0,1%).

1.2

Состав вещества долженстрого соответствовать формуле. Например, кристаллогидраты должны содержать ровностолько воды, сколько соответствует их формулам.

1.3

Вещество должно бытьустойчивым при хранении и в твердом виде и в растворе, т.к. иначе легко нарушилосьбы соответствие состава формуле.

2.

Если вещество неудовлетворяет перечисленным выше требованиям, то сначала готовят раствор егоприблизительно нужной молярности. Параллельно с этим готовят также стандартныйраствор какого-нибудь подходящего исходного вещества, как описано выше. Далее,оттитровав один из указанных растворов другим и зная концентрацию раствора исходного вещества, вычисляют точнуюконцентрацию раствора данного вещества.

Кривыетитрования.

Кривые титрования являютсяграфическим изображением изменений рН раствора при постепенном прибавлении рабочего раствора к определенномуколичеству испытуемого раствора. На оси абсцисс записывают количествоприбавленного рабочего раствора, а на оси ординат – значение рН раствора.Отдельные точки кривой титрования рассчитывают по обычным формулам длявычисления рН растворов соответствующих электролитов.

Индикаторы.

При титровании необходимоустановить количество рабочего раствора, эквивалентное количеству определяемоговещества. Для этой цели к исследуемому раствору приливают постепенно титрант дотех пор, пока не будет достигнуто эквивалентное отношение. Этот моментназывается точкой эквивалентности. Признаком достижения точкиэквивалентности служит приобретение раствором определенного значения рН.Поэтому в качестве индикаторов метода нейтрализации служат вещества, окраскакоторых меняется в зависимости от изменения величины рН. К ним относятсялакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин и многие другие вещества. Окраскакаждого из них изменяется внутри определенного узкого интервала значений рН,причем этот интервал зависит только от свойств данного индикатора и совершенноне зависит от природы реагирующих между собой кислоты и основания. Благодаряэтому перемена окраски индикатора происходит, как правило, не строго в точкеэквивалентности, а с известным отклонением от нее. Такое отклонение влечет засобой некоторую ошибку, называемую индикаторной ошибкой титрования.Величина этой ошибки может колебаться в весьма широких пределах в зависимостиот того, какой взят индикатор и какие основание и кислота реагируют междусобой. При правильном выборе индикатора ошибка не выходит за обычные пределыаналитических погрешностей и может вовнимание не приниматься. Наоборот, если индикатор взят неподходящий, ошибкаокажется весьма значительной.

Момент титрования, когдаиндикатор изменяет свою окраску, называется точкой конца титрования.Необходимо выбирать индикатор и условия титрования так, чтобы точка концатитрования совпадала с точкой эквивалентности или была, возможно, ближе к ней.

Кислотно-основноетитрование

Расчеты рН

<img src="/cache/referats/9430/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1029"> <img src="/cache/referats/9430/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1042">
При вычислении рНисходят из уравнения константы диссоциации слабой кислоты:

<img src="/cache/referats/9430/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1031"> <img src="/cache/referats/9430/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1038">
<img src="/cache/referats/9430/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1035">В начальный момент бензойнаякислота в растворе частично диссоциирована по уравнению:

<img src="/cache/referats/9430/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1036">откуда видно, что на каждыйобразующийся ион Н+ в растворе приходится один ион С6Н5СОО-. Следовательно,концентрации их равны:

<img src="/cache/referats/9430/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1039">
Т.к. степеньдиссоциации бензойной кислоты очень мала, можно принять, что:

<img src="/cache/referats/9430/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1041">
где Скислесть общая концентрация бензойной кислоты в растворе, равная 0,1 М.

Учитывая это, из уравнения (1) получим:

<img src="/cache/referats/9430/image017.gif" v:shapes="_x0000_s1043"> <img src="/cache/referats/9430/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1045">
и

<img src="/cache/referats/9430/image020.gif" v:shapes="_x0000_s1044">
Чтобы от [H+]перейти к рН, прологарифмируем уравнение (2) и переменим знакилогарифмов на обратные. При этом получим:

<img src="/cache/referats/9430/image024.gif" v:shapes="_x0000_s1046 _x0000_s1048"> <img src="/cache/referats/9430/image025.gif" v:shapes="_x0000_s1049">
или

<img src="/cache/referats/9430/image027.gif" v:shapes="_x0000_s1050">
Здесь рКкисл=-lgKкислпредставляет собойпоказатель индикатора, который равен:

<img src="/cache/referats/9430/image030.gif" v:shapes="_x0000_s1051 _x0000_s1052">
Отсюда по формуле (3)находим:

Таковавеличина рН 0,1 м раствора бензойной кислоты, соответствующая начальной точкерассматриваемой кривой титрования.

<img src="/cache/referats/9430/image032.gif" v:shapes="_x0000_s1053">
Вывод формул длявычисления промежуточных точек кривой титрования. Эти точки соответствуютмоментам, когда оттитрована, т.е. превращена в соль, только та или иная частьобщего количества титруемой кислоты. Следовательно, раствор здесь содержитсвободную слабую кислоту (С6Н5СООН) и ее соль (С6Н5СООNa).Чтобы вычислить рН для таких растворов, решим уравнение константы диссоциациибензойной кислоты относительно [H+]. При этом получим:

<img src="/cache/referats/9430/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1055">
Но С6Н5СООН– слабая кислота и присутствует почти исключительно в виде недиссоциированныхмолекул С6Н5СООН. Поэтому концентрацию последних можнобез заметной погрешности принять равной общей концентрации кислоты в растворе:

<img src="/cache/referats/9430/image034.gif" v:shapes="_x0000_s1056">
С другой стороны,поскольку соль С6Н5СООNa диссоциирована нацело, абензойная кислота диссоциирована очень слабо, почти все имеющиеся в раствореанионы С6Н5СОО-полученыв результатедиссоциации соли, причем каждая продиссоциировавшая молекула соли дает одинанион С6Н5СОО-. Отсюда следует, что концентрацию анионов можнопринять равной общей концентрации соли:

Изэтого уравнения получим:

Логарифмируяэто уравнение и переменив знаки на обратные, получим:

<img src="/cache/referats/9430/image038.gif" v:shapes="_x0000_s1058">
откуда

<img src="/cache/referats/9430/image040.gif" v:shapes="_x0000_s1059">
Расчет для точки,когда прибавлена титранта 90 мл. 0,1 м NaОН:

Составраствора: 10 мл. 0,1 м С6Н5СООН

90мл. 0,1 м С6Н5СООNa

Поформуле С1V1=C2V2получим:

<img src="/cache/referats/9430/image044.gif" v:shapes="_x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1064">
Особый практическийинтерес представляет область скачка на кривой титрования. Она лежит в пределахзначений рН от момента, когда оставалось 0,1 мл неоттитрованной свободнойбензойной кислоты, до момента, когда прибавлена 0,1 мл избытка щелочи.

Расчетдля точки, когда прибавлена титранта 99,9 мл. 0,1 м NaОН:

Составраствора: 0,1 мл. 0,1 м С6Н5СООН

99,9мл. 0,1 м С6Н5СООNa

Поформуле С1V1=C2V2получим:

<img src="/cache/referats/9430/image051.gif" v:shapes="_x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1070">
Вывод формул длявычисления рН в точке эквивалентности. В растворе присутствует соль С6Н5СООNa, которая частично гидролизирована по уравнению:

<img src="/cache/referats/9430/image053.gif" v:shapes="_x0000_s1073">
<img src="/cache/referats/9430/image054.gif" v:shapes="_x0000_s1072"><img src="/cache/referats/9430/image055.gif" v:shapes="_x0000_s1071">Применяя к этой обратимойреакции закон действия масс, напишем:

<img src="/cache/referats/9430/image057.gif" v:shapes="_x0000_s1074">
Концентрацию водыможно считать практически постоянной:

<img src="/cache/referats/9430/image059.gif" v:shapes="_x0000_s1075">
Произведение К[H2O]представляет собой также постоянную величину, называемую константойгидролиза. Из выражения:

<img src="/cache/referats/9430/image061.gif" v:shapes="_x0000_s1076">
получим:

<img src="/cache/referats/9430/image063.gif" v:shapes="_x0000_s1077">
Подставив полученнуювеличину [OH-]вуравнение Кгидр, получим:

<img src="/cache/referats/9430/image065.gif" v:shapes="_x0000_s1078">
Но дробь [C6H5COOH]/[C6H5COO-][H+]представляетсобой величину, обратную Ккисл; она равна 1/Ккисл.Следовательно, можно написать:

<img src="/cache/referats/9430/image067.gif" v:shapes="_x0000_s1079">
Согласно ионномууравнению реакции, при гидролизе на каждый образующийся ион OH-в растворе появляется одна молекула С6Н5СООН,откуда:

<img src="/cache/referats/9430/image069.gif" v:shapes="_x0000_s1080">
В то же время,поскольку диссоциация С6Н5СООН дает мало ионов С6Н5СОО-, можно принять, что:

<img src="/cache/referats/9430/image034.gif" v:shapes="_x0000_s1081">
Учитывая это, получим:

<img src="/cache/referats/9430/image072.gif" v:shapes="_x0000_s1085 _x0000_s1086">
и

Логарифмируяи меняя у логарифмов знаки на обратные, находим:

<img src="/cache/referats/9430/image074.gif" v:shapes="_x0000_s1087">
и

<img src="/cache/referats/9430/image076.gif" v:shapes="_x0000_s1088">
Но рН=14-рОН. Отсюдаокончательно находим формулу для вычисления величины рН в точкеэквивалентности:

<img src="/cache/referats/9430/image078.gif" v:shapes="_x0000_s1090">
Расчет для точки,когда прибавлена титранта 100,0 мл. 0,1 м NaОН:

Составраствора: 0 мл. 0,1 м С6Н5СООН

100,0мл. 0,1 м С6Н5СООNa

<img src="/cache/referats/9430/image080.gif" v:shapes="_x0000_s1091">
Вычисления рН для техмоментов титрования, когда к раствору прибавлен избыток NaOH.

Расчетдля точки, когда прибавлена титранта 100,1 мл. 0,1 м NaОН:

Составраствора: 0,1 мл. 0,1 м NaOH

100,0мл. 0,1 м С6Н5СООNa

т.к.NaOH– сильная щелочь, то [OH-]=C(NaOH).

C1V1=C2V2

Расчетдля точки, когда прибавлена титранта 110,0мл. 0,1 м NaОН:

Составраствора: 10мл. 0,1 м NaOH

100,0мл. 0,1 м С6Н5СООNa

C1V1=C2V2

Таблица

Расчеткривой титрования.

Кривая титрования

Прититровании бензойной кислоты, из индикаторов может быть применен толькофенолфталеин, т.к. константа диссоциации его равна 10-9, областьперехода должна лежать между рН=8 и рН=10, что и наблюдается вдействительности. При этом вплоть до рН=8 будет наблюдаться окраска кислотнойформы индикатора, т.е. раствор будет бесцветным, а начиная рН=10 – окраскащелочной формы, т.е. красная.

Индикаторная ошибка титрования

Индикаторная ошибка титрования представляет собой тупогрешность, которая обусловлена несовпадением показателя титрованияпримененного индикатора с величиной рН в точке эквивалентности. Избыточноеоснование является сильным, оно обуславливает возникновение «гидроксильнойошибки».

Всеговзято на титрование NV1/100 ионов ОН-.Заканчивается титрование при рН=рТ индикатора. Следовательно, по окончаниититрования:

<img src="/cache/referats/9430/image094.gif" v:shapes="_x0000_s1110">
и в V2 мл раствора содержится:

<img src="/cache/referats/9430/image096.gif" v:shapes="_x0000_s1111">
ионов ОН-.

ОтсюдаNV1/1000 – 100% и:

<img src="/cache/referats/9430/image098.gif" v:shapes="_x0000_s1112">
Следовательно ОН- ошибка равна:

<img src="/cache/referats/9430/image101.gif" v:shapes="_x0000_s1113 _x0000_s1114">
Применяя фенолфталеин, заканчивают титрование при рН=9, т.е. раствор бензойнойкислоты будет несколько перетитрован.

Выводы

1.

Точка эквивалентностинаходится в области рН>7, (рН=8,60).

2.

Скачок рН на кривойтитрования находится в области от рН=7,20 (при 0,1 мл избытка кислоты) до рН=10(при 0,1 мл избытка щелочи).

3.

При титровании бензойнойкислоты гидроксидом натрия с фенолфталеином происходит легко уловимый переходокраски от бесцветной к розовой. Поэтому порядок титрования здесь не имееттакого значения, как при употреблении метилоранжа.

4.

Чем слабее титруемаякислота, тем меньше скачок рН на кривой титрования. Слабая кислота создаетмалую концентрацию [H+].

5.

На величину скачка влияетряд факторов:А. Константа равновесия реакции

Б.Температура

В.Концентрация веществ

Г.Ионная сила раствора

Использованная литература

1.

Ю.Ю. Лурье, Справочник поаналитической химии.-М: химия, 1989.

2.

В.Н. Алексеев, Количественныйанализ. –М: химия, 1972