Лекция 5. Общие приемы титрования. Закон эквивалентов. Расчеты в титриметрическом анализе.

Ключевые слова: метод пипетирования, метод отдельных навесок, прямое титрование, обратное титрование, титрование заместителя, закон эквивалентов.

В титриметрическом анализе концентрацию определяемого вещества рассчитывают по известным объемам реагирующих веществ и известной концентрации титранта. Титрование, как при определении концентрации, так и при выполнении анализов можно проводить двумя различными методами:

1. Метод пипетирования: навеску исходного (или анализируемого) вещества растворяют в мерной колбе, разбавляют водой до метки и тщательно перемешивают. Пипеткой отбирают отдельные порции раствора (аликвоты), переносят в колбу для титрования и титруют рабочим раствором.

2. Метод отдельных навесок:навеску исходного (или анализируемого) вещества растворяют в произвольном объеме растворителя в колбе для титрования, целиком оттитровывая полученный раствор.

В титриметрии используют три способа титрования: прямое, обратное и титрование заместителя.

В случае прямого титрования определяемое вещество А в процессе титрования непосредственно реагирует с раствором титранта В:

А + В ® продукты реакции.

Расчет результатов титриметрического анализа основан на законе эквивалентов, в соответствии с которым вещества реагируют между собой в строго определенных эквивалентных количествах. В точке эквивалентности:

n_экв(A) = n_экв(B) или NA·VA = NB·VB.

Это важное следствие из закона эквивалентов применяется при всех расчетах в титриметрии. Массу вещества А, вступившего в реакцию, рассчитывают для метода отдельных навесок по формуле .

В том случае, если для анализа берут не весь раствор анализируемого вещества V_мк, а только часть его – аликвоту - V_п (метод пипетирования), предыдущее уравнение умножают на отношение (V_мк/V_п).

Обратное титрование (титрование по остатку) используется в тех случаях, когда реакция между веществами А и В протекает медленно или нет подходящего индикатора для фиксирования точки эквивалентности. В этом случае к раствору определяемого вещества А добавляют точно отмеренный, но заведомо избыточный объем титранта В и после завершения реакции между ними остаток вещества В оттитровывают рабочим раствором D.

А + В_{(избыток)} ® продукты реакции + В_{(остаток)},

В_{(остаток)} + D ® продукты реакции.

Количество молей эквивалентов определяемого вещества - n_экв(А) - в этом случае равно разности между количеством молей эквивалентов веществ В и D:

n_экв(А) = [n_экв(В) – n_экв(D)], откуда .

Например, количественное определение солей аммония нельзя провести прямым титрованием щелочью из-за отсутствия скачка на кривой титрования. Поэтому к анализируемому раствору добавляют точное количество щелочи (избыток). Остаток щелочи титруют рабочим раствором соляной кислоты.

Титрование заместителя (заместительное титрование) применяют в том случае, когда невозможно провести прямое титрование. В этом случае сначала проводят реакцию определяемого вещества А с избытком вспомогательного реагента D, в результате чего получается соединение А'(заместитель), способное реагировать с титрантом В в строго эквивалентном соотношении:

А + D ® продукты реакции + А',

А' + В ® продукты реакции.

Количество молей эквивалентов при титровании заместителя А' всегда равно количеству моль эквивалентов титранта В и равно количеству молей эквивалентов определяемого вещества А:

n_экв(А) = n_экв(А') = n_экв(В) = NB·VB.

Расчет массы т_А осуществляется по формуле, аналогичной формуле, используемой для расчетов результата прямого титрования.

Например, невозможно анализировать окислители прямым титрованием раствором йодида калия. В данном случае применяется метод замещения, в результате которого один окислитель замещается другим окислителем – йодом, а последний титруется тиосульфатом натрия.

K₂Cr₂O₇ + 6KI + 7H₂SO₄ = 3I₂ + 4K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O;

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI .

Затраченный на титрование объем Na₂S₂O₃ эквивалентен выделившемуся в первой реакции I₂, а последний эквивалентен K₂Cr₂O₇. Расчет массы или нормальности K₂Cr₂O₇ основан на законе эквивалентов:

n_экв(K₂Cr₂O₇) = n_экв(I₂) = n_экв(Na₂S₂O₃) = NNa₂S₂O₃·VNa₂S₂O₃.

Контрольные вопросы

1. В чем суть метода пипетирования и метода отдельных навесок?

2. Сформулируйте закон эквивалентов.

3. Охарактеризуйте способ прямого титрования и приведите для него формулы расчета результатов анализа.

4. Охарактеризуйте способ обратного титрования и приведите для него формулы расчета результатов анализа.

5. Охарактеризуйте способ титрования заместителя и приведите для него формулы расчета результатов анализа.

Список рекомендуемой литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 60 – 88.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С. 76 - 80.

Ф.Н. Латыпова, С.Ю. Шавшукова