МетодКА январь. Лабораторная работа 1 Определение содержания уксусной кислоты 16 в растворе методом кислотноосновного титрования 16

• Название: Лабораторная работа 1 Определение содержания уксусной кислоты 16 в растворе методом кислотноосновного титрования 16
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 2.03 Mb.
• Имя файла: МетодКА январь.doc
• Тип: Лабораторная работа; #526787
• страница: 2 из 11

кислотно-основноЕ титрованиЕ

Методы кислотно-основного титрования основаны на реакциях нейтрализации. Процесс нейтрализации в водных растворах заключается во взаимодействии ионов гидроксония (водорода) с ионами гидроксила, которое сопровождается образованием слабодиссоциированных молекул воды, что описывается уравнением:

H₃O⁺ + OH^- → 2H₂O или H⁺ + OH^- → H₂O

Методы кислотно-основного титрования позволяют количественно определять вещества, обладающие кислотными или основными свойствами. Для классификации веществ по их кислотно-основным свойствам целесообразно использовать протолитическую теорию кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Определение кислот ведут с помощью титрованных растворов щелочей, а основания определяют с помощью титрованных растворов кислот. Применяя специальные приемы титрования, методами нейтрализации можно определять содержание многих солей, дифференцированно титровать смеси сильных и слабых кислот, а также смеси оснований и солей в неводных средах [²].

Следует отметить, что в качестве титранта применяют только растворы сильных кислот или щелочей, а титруемыми веществами могут быть как сильные, так и слабые кислоты и основания и их соли, проявляющие кислотно-основные свойства.

В процессе титрования рН титруемого раствора изменяется в зависимости от объема прибавленного титранта (V_R). Графическое отображение процесса изменения рН в зависимости от объема титранта называется кривой титрования (рис.1). Построение кривой титрования ведут с таким расчетом, чтобы показать значения рН раствора, соответствующие основным моментам титрования: в начальной точке титрования, в начале скачка титрования, в точке эквивалентности, в конце скачка титрования. Под скачком титрования понимают резкое изменение рН раствора вблизи точки эквивалентности
(в интервале от 99,9 до 100,1 % объема добавленного титранта). Значения рН растворов, соответствующие различным моментам титрования, вычисляют по формулам, выражающим значения концентраций ионов водорода в воде,
в водных растворах кислот, оснований, гидролизующихся солей и в буферных смесях (табл. 1).

Таблица 1

Формулы для вычисления рН растворов электролитов

Раствор электролита	Примеры	Формула для вычисления рН
Сильная кислота	HCl, H2SO4, HNO3	рН = -lgCкисл
Сильное основание	NaOH	рН = 14 + lgCосн
Слабая кислота	CH3COOH	рН = рКа - lgCкисл
Слабое основание	NH4OH	рН = 14 - рКb + lgCосн
Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой	CH3COONa	рН = 7 + рКа + lgCсоли
Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой	NH4Cl	рН = 7 - рКb - lgCсоли
Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой	NH4CH3COO	рН = 7 + рКа - рКb
Кислая соль	NaHCO3	pH =
Кислый буфер	CH3COOH, CH3COONa	pH = pKa - lg
Щелочной буфер	NH4Cl, NH4OH	pH = 14 – pKb + lg

pK_a – показатель константы ионизации слабой кислоты (прил. 1),

pK_b – показатель константы ионизации слабого основания (прил. 2).

Кривые титрования дают возможность проследить изменение рН раствора в различные моменты титрования, рассмотреть влияние концентрации реагирующих веществ на процесс нейтрализации, рассчитать точку эквивалентности и сделать правильный выбор индикатора [³]. Вид кривых титрования зависит от степени диссоциации кислоты или основания, от концентрации реагирующих веществ и от природы образующихся веществ.
В процессе титрования сильных кислот или оснований в растворе до точки эквивалентности существует смесь сильной кислоты (основания) и ее (его) соли. В случае, когда концентрация титруемого вещества и титранта одинаковые, кривая титрования является симметричной относительно точки эквивалентности (рис. 1).



Рис. 1. Кривая титрования 100,00 см³ раствора HCl с С_1/z=0,1000 моль/дм³ раствором NaOH с С_1/z=0,1000 моль/дм³

В процессе титрования слабых кислот (оснований) в растворе до точки эквивалентности существует смесь слабой кислоты (основания) и ее (его) соли, которая представляет собой буферный раствор. Кривая титрования является асимметричной относительно точки эквивалентности (рис. 2).



Рис. 2. Кривая титрования 100,00 см³ раствора CH₃COOH

с С_1/z=0,1000 моль/дм³ раствором NaOH с С_1/z =0,1000 моль/дм³

Под буферными растворами понимают электролиты, рН которых изменяется незначительно при разбавлении или добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

Буферные системы могут быть 3 типов.

1. 
   Слабая кислота и ее анион А^-/ НА: ацетатная буферная система СН₃СОО^-/ СН₃СООН в растворе СН₃СООNa и СН₃СООН, область действия рН =3,8 – 5,8.
   
2. 
   Слабое основание и его катион В/ ВН⁺: аммиачная буферная система NH₃H₂O/ NH₄⁺ в растворе NH₃ и NH₄Cl, область действия рН = 8,2 – 10,2.
   
3. 
   Смесь амфолита с сопряженной кислотой (основанием):
   

• 
  водородно-гидрокарбонатная буферная система H₂CO₃/ HCO₃^- в растворе H₂CO₃ и NaHCO₃, область действия рН =5,4 – 7,4;
  
• 
  гидрокарбонатно-карбонатная буферная система HCO₃^-/ CO₃ ^2- в растворе NaHCO₃ и Na₂CO₃, область действия рН =9,3 – 11,3;
  

• 
  дигидрофосфатно-гидрофосфатная буферная система H₂PO₄^-/ HPO₄ ^2- в растворе NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄, область действия рН =6,2 – 8,2
  

М еханизм буферного действия заключается в связывании свободных Н⁺(ОН^-) ионов сопряженной кислотно-основной системой буферного раствора за счет протекания химической реакции и образования эквивалентного количества слабодиссоциированного электролита.

СH₃COOH + OH^-  CH₃COO^- + H₂O

СH3COO^- + H⁺  CH₃COOH

Способность буферного раствора сохранять рН при добавлении сильной кислоты (щелочи) ограничена величиной буферной ёмкости, которая зависит от концентрации компонентов буферной смеси и их соотношения.

Буферную ёмкость измеряют количеством молей сильной кислоты или щелочи, которое необходимо добавить к 1 литру буферного раствора
с определенной концентрацией, чтобы изменить его рН на единицу.

Кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или основания с определенным рК_а (рК_b), которые изменяют окраску в зависимости от рН раствора (см. прил. 3). Интервал значений рН, при которых происходит изменение окраски индикатора
(рН = рТ_Ind  1), называется интервалом перехода рН, а значение рН, при котором происходит наиболее резкое изменение окраски, называется показателем титрования индикатора (рТ). Интервалы перехода рН индикаторов приведены в справочнике [⁴], а значение рТ, как правило, находится в середине интервала рН перехода.

Существует два способа выбора индикатора (рис.3):

1. 
   по рТ индикатора: значение рТ индикатора должно совпадать с рН
   в точке эквивалентности (рТ = рН_т.э). Чем ближе рТ индикатора находится
   к рН_т.э, тем меньше индикаторная ошибка титрования;
   
2. 
   по скачку титрования: интервал рН перехода окраски индикатора должен лежать внутри скачка титрования.
   

Рис. 3. Кривая титрования 100,00 см³ раствора HCl с С_1/z=0,1000

моль/дм³ раствором NaOH с С_1/z =0,1000 моль/дм³ (интервалы

перехода окраски индикаторов)

Правильный выбор индикатора возможен лишь при четком представлении о взаимосвязи скачка титрования и рН точки эквивалентности с константой диссоциации кислот и оснований.

Методика анализа сводится к приготовлению, стандартизации титранта
и определению концентрации (массы) кислоты или основания в образце методом кислотно-основного титрования.

Лабораторная работа 1
Определение содержания уксусной кислоты

в растворе методом кислотно-основного титрования

Цель работы:

1) освоение приемов работы с мерной посудой и аналитическим оборудованием (аналитические весы);

2) освоение метода кислотно-основного титрования на примере определения массы уксусной кислоты в растворе.

Сущность метода (теоретические основы) студенты описывают самостоятельно.

Реактивы

1. Янтарная кислота Н₂С₄Н₄О₄ (х.ч.) – первичный стандарт.

2. Раствор гидроксида натрия NaOH с молярной концентрацией
2,5 моль/дм³

3. Н₂О дистиллированная.

4. Кислотно-основной индикатор (выбирают по кривой титрования).

Оборудование студенты описывают самостоятельно.

Ход выполнения работы:

1. 
   Приготовление первичного стандарта янтарной кислоты HOOCCH₂CH₂COOH.
   

Янтарную кислоту готовят объемом 200,00 см³ с молярной концентрацией эквивалента моль/дм³.

Расчет массы навески, г: (масса берется с точностью до четвертого знака после запятой).

г/моль.

Уравнение реакции:



Взятие навески (взвешивание):

Масса часового стекла (стакана)

Масса часового стекла (стакана) с навеской

Масса навески

Навеску количественно переносят в мерную колбу ( см³), добавляют 50 – 70 см³ дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения янтарной кислоты, доводят до метки дистиллированной водой
и тщательно перемешивают.

Фактическую концентрацию первичного стандарта рассчитывают
по формуле

2. 
   Приготовление и стандартизация титранта (раствора NaOH).
   

Раствор гидроксида натрия готовят объемом примерно 500 см³
с молярной концентрацией эквивалента примерно 0,05÷0,06 моль/дм³.

Титрант – раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,05 моль/дм³ готовят разбавлением 2,5 М раствора гидроксида натрия дистиллированной водой.

Индикатор выбирают по кривой титрования янтарной кислоты (Я.К.) гидроксидом натрия (строят самостоятельно).

Стандартизация раствора NaOH – по первичному стандарту янтарной кислоты методом прямого титрования, способом пипетирования.

Схема 1. Стандартизация раствора NaOH
В колбу для титрования вместимостью 250 см³ помещают аликвоту
25,00 см³ стандартного раствора янтарной кислоты (пипеткой), добавляют 5 – 7 капель индикатора (фенолфталеин), разбавляют водой до 70 – 100 см³
и титруют щелочью до слабо-розовой окраски, устойчивой в течение 30 секунд. Результаты титрования заносят в табл. 2. Концентрацию NaOH определяют по закону эквивалентов: .

Таблица 2

Результаты стандартизации раствора гидроксида натрия

№ опыта	Объем Я.К., см3	Объем NaOH, см3	Концентрация NaOH, моль/дм3	Средняя концентрация NaOH, моль/дм3
1	25,00
2	25,00
3	25,00

3. 
   Определение содержания уксусной кислоты в исследуемом растворе
   

Методика определения аналогична стандартизации щелочи.

Основное уравнение титрования:



Индикатор выбирают по кривой титрования уксусной кислоты (У.К.) гидроксидом натрия. Кривую титрования уксусной кислоты гидроксидом натрия студенты строят самостоятельно.

Раствор задачи в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Схема 2. Определение содержания уксусной кислоты в растворе


В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см³ помещают аликвоту 25,00 cм³ исследуемого раствора уксусной кислоты (пипеткой), добавляют 8 – 10 капель индикатора (фенолфталеин), разбавляют водой до
70 – 100 см³ и титруют раствором NaOH с известной концентрацией до слабо-розовой окраски, устойчивой в течение 30 секунд. Результаты титрования заносят в табл. 3.

Таблица 3

Результаты титрования раствора уксусной кислоты

№ опыта	Объем исследованного. раствора HAc, см3	Объем NaOH, см3	Содержание HAc в растворе, г
1	25,00
2	25,00
3	25,00
4	25,00
5	25,00

это коэффициент разбавления (коэффициент аликвотирования).