Лекция 20. Титрование смесей ортофосфорной кислоты с кислотами и ее солями

Ключевые слова: дифференцированное определение содержания ортофосфорной кислоты в смесях с сильными кислотами, дигидрофосфатами.

Практически важными являются титрования ортофосфорной кислоты в смеси с ее солями или сильной кислотой.

Дифференцированное титрование ортофосфорной кислоты в смеси с сильной кислотой(например, серной или соляной)возможно с применением двух индикаторов для фиксирования двух точек эквивалентности.

Титрование раствором щелочи в присутствии метилоранжа завершается при рН ≈ 4 и соответствует протеканию двух реакций. Первой полностью оттитровывается сильная кислота, после чего проходит первая стадия нейтрализации ортофосфорной кислоты.

HCl + NaOH → NaCl + H₂O;

Н₃РО₄ + NaOH → NaH₂PО₄ + Н₂О.

Титрование смеси щелочью в присутствии фенолфталеина прекращается при рН ≈ 9, то есть в области второго скачка на кривой титрования Н₃РО₄, и, следовательно, соответствует полной нейтрализации сильной кислоты и нейтрализации ортофосфорной кислоты по двум стадиям. Таким образом, в присутствии фенолфталеина в ходе титрования раствором щелочи смесь (HCl + Н₃РО₄) или (H₂SO₄ + Н₃РО₄) оттитровывается полностью и протекают реакции:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O;

Н₃РО₄ + 2NaOH → Na₂HPО₄ + 2Н₂О.

В присутствии фенолфталеина затраченный на титрование объем раствора щелочи больше, чем в присутствии метилоранжа, и разница объемов соответствует объему щелочи, затраченному на титрование Н₃РО₄ по одной - второй - стадии: VNaOH(на 1 стадию Н₃РО₄) = (V_NaOH(фф) - V_NaOH(мо)),

где V_NaOH(фф) – объем рабочего раствора щелочи, пошедший на титрование в присутствии фенолфталеина; V_NaOH(мо) – объем рабочего раствора щелочи, пошедший на титрование в присутствии метилоранжа.

На титрование ортофосфорной кислоты по двум стадиям затрачивается щелочи в два раза больше: VNaOH(на 2 стадии Н₃РО₄) = 2·(V_NaOH(фф) - V_NaOH(мо)).

Следовательно, объем раствора щелочи, пошедший на титрование сильной кислоты (HCl), можно рассчитать по разности:

V_{NaOH(на HCl)} = (V_NaOH(фф) - VNaOH(на 2 стадии Н₃РО₄))

Содержание ортофосфорной кислоты по результатам титрования следует рассчитывать по соотношению

m(Н₃РО₄) = N_NaOH·V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄)·M(ЭН₃РО₄),

где N_NaOH – нормальная концентрация рабочего раствора щелочи; V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄)– объем рабочего раствора щелочи, пошедший на две стадии титрования ортофосфорной кислоты;

M(ЭН₃РО₄) = M(Н₃РО₄)/2 = 98/2 = 49 г/моль – молярная масса эквивалента Н₃РО₄ для титрования по двум стадиям.

Содержание соляной кислоты можно рассчитать по соотношению

m(HCl) = N_NaOH·V_{NaOH(на HCl)}·M(ЭHCl),

где V_{NaOH(на HCl)}- объем рабочего раствора щелочи, пошедший на титрование соляной кислоты; M(ЭHCl) = 36,5 г/моль – молярная масса эквивалента HCl.

Пример 1. На титрование 20,00 мл раствора, содержащего смесь серной и ортофосфорной кислот, израсходовали в присутствии метилоранжа 15,30 мл 0,09752 н раствора щелочи; в присутствии фенолфталеина – 21,60 мл 0,09752 н раствора щелочи. Рассчитать массу серной и массу ортофосфорной кислот в исходном растворе.

Решение. В присутствии метилоранжа полностью титруются серная кислота и ортофосфорная кислота по 1 стадии до дигидрофосфата. В присутствии фенолфталеина серная кислота также оттитровывается полностью, а ортофосфорная кислота титруется по 2 стадиям до гидрофосфата. Таким образом, на титрование ортофосфорной кислоты по одной стадии расходуется объем раствора щелочи:

V_NaOH(на 1 стадию Н₃РО₄) = (V_NaOH(фф) - V_NaOH(мо)) = 21,60 – 15,30 = 6,30 мл.

На титрование ортофосфорной кислоты по двум стадиям расходуется в 2 раза больший объем раствора щелочи:

V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄) = 2·6,30 = 12,60 мл.

Следовательно, объем раствора щелочи, пошедший на титрование серной кислоты, равен

V_NaOH(на H₂SO₄) = (V_NaOH(фф) - V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄)) = 21,60 – 12,60 = 9,00 мл.

Таким образом, в 20,00 мл исходного раствора содержалось

m(Н₃РО₄) = N_NaOH·V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄)·M(ЭН₃РО₄) =

0,09752·12,60·49/1000=0,06021 г.

m(H₂SO₄) = N_NaOH·V_NaOH(на H₂SO₄)·M(ЭH₂SO₄)= 0,09752·9,00·49/1000 = 0,04301г.

Раздельное (дифференцированное) титрованиещелочью смеси ортофосфорной кислоты и дигидрофосфатов можно провести с использованием двух разных индикаторов.

В присутствии метилоранжа до первой точки эквивалентности титруется только ортофосфорная кислота в соответствии с уравнением реакции:

Н₃РО₄ + NaOH → NaH₂PО₄ + Н₂О.

Содержание ортофосфорной кислоты рассчитывают по соотношению:

m(Н₃РО₄) = N_NaOH·V_NaOH(мо)·M(ЭН₃РО₄),

где V_NaOH(мо) – объем рабочего раствора щелочи, пошедший на титрование в присутствии метилоранжа, т.е. на одну стадию нейтрализации Н₃РО₄; M(ЭН₃РО₄) = M(Н₃РО₄) = 98 г/моль – молярная масса эквивалента Н₃РО₄ для титрования в присутствии метилоранжа.

В присутствии фенолфталеина титруются ортофосфорная кислота по двум стадиям нейтрализации и дигидрофосфат (NaH₂PО₄) до гидрофосфата (Na₂HPО₄), протекают следующие реакции:

Н₃РО₄ + 2NaOH → Na₂HPО₄ + 2Н₂О;

NaН₂РО₄ + NaOH → Na₂HPО₄ + Н₂О.

На титрование Н₃РО₄ по одной - первой - стадии затрачивается объем щелочи, пошедший на титрование в присутствии метилоранжа:

V_NaOH(на 1 стадию Н₃РО₄) = V_NaOH(мо).

На титрование ортофосфорной кислоты по двум стадиям затрачивается щелочи в два раза больше: V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄) = 2·V_NaOH(мо).

Следовательно, объем раствора щелочи, пошедший на титрование дигидрофосфата (V_NaOH(на NaH₂PО₄)), можно рассчитать по разности:

V_NaOH(на NaH₂PО₄) = (V_NaOH(фф) - V_NaOH(на 2 стадии Н₃РО₄)).

Содержание дигидрофосфата натрия рассчитывается по соотношению m(NaH₂PO₄) = N_NaOH·V_NaOH(на NaH₂PО₄)·M(ЭNaH₂PО₄),

где V_NaOH(на NaH₂PО₄) – объем рабочего раствора щелочи, пошедший на титрование NaН₂РО₄; M(ЭNaH₂PО₄) = M(NaH₂PО₄) = 120 г/моль – молярная масса эквивалента NaН₂РО₄.

Пример 2. На титрование раствора, содержащего смесь ортофосфорной кислоты и дигидрофосфата натрия, израсходовали в присутствии метилоранжа 9,50 мл 0,1025 н раствора щелочи; в присутствии фенолфталеина – 23,70 мл 0,1025 н раствора щелочи. Рассчитать массу ортофосфорной кислоты и дигидрофосфата натрия в исходном растворе.

Решение. В присутствии метилоранжа титруется только ортофосфорная кислота по одной стадии, следовательно:

m(Н₃РО₄) = N_NaOH·V_NaOH(мо)·M(ЭН₃РО₄) = 0,1025·9,50·98/1000 = 0,09543 г. Объем раствора щелочи, пошедший на титрование дигидрофосфата равен V_NaOH(на NaH₂PО₄) = (V_NaOH(фф) - V_NaOH(на2 стадии Н₃РО₄)) = (23,70 – 2 9,50) = 4,70 мл. Следовательно: m(NaH₂PO₄) = N_NaOH·V_NaOH(на NaH₂PО₄)·M(ЭNaH₂PО₄) =

= 0,1025·4,70·120/1000 = 0,05781 г.

Контрольные вопросы

1.Как титруется смесь ортофосфорной и соляной кислот?

2. Расчет дифференцированного содержания ортофосфорной кислоты и сильной кислоты, находящихся в смеси.

3. Как титруется смесь ортофосфорной кислоты и дигидрофосфатов?

2. Расчет дифференцированного содержания ортофосфорной кислоты и дигидрофосфатов, находящихся в смеси.

Список рекомендуемой литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 142 – 146.

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. 110 - 114.

А.Т. Чанышева