Основы титрования

Титрование заместителя

Титрование заместителя используется в случае нестехиометричных или медленных реакций. Его суть в том, что для определяемого вещества подбирается стехиометричная реакция со вспомогательным соединением, после чего титрованию подвергают продукт взаимодействия.

Именно так поступают при определении дихромата. К нему добавляют иодид калия, в результате чего выделяется эквивалентное определяемому веществу количество йода, которое затем титруется тиосульфатом натрия.

Таким образом, титриметрический анализ позволяет определить количественное содержание широкого круга веществ. Зная их свойства и особенности протекания реакций, можно подобрать оптимальный метод и способ титрования, который даст результат с высокой степенью точности.

Методы исследования в аналитической химии

Данная отрасль химии представляет собой науку об определении компонента либо вещества. Основы титриметрического анализа – методы, используемые для проведения эксперимента. С их помощью исследователь делает вывод о составе вещества, количественном содержании в нем отдельных частей. Также можно в ходе аналитического анализа выявить степень окисления, в которой находится составная часть изучаемого вещества. При классификации методов аналитической химии учитывают, какое именно действие предполагается выполнять. Для измерения массы получаемого осадка используется гравиметрический метод исследования. При анализе интенсивности раствора необходим фотометрический анализ. По величине ЭДС путем потенциометрии определяют составные компоненты исследуемого препарата. Кривые титрования наглядно демонстрируют проводимый эксперимент.

Основы титрования

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

Преимущества метода

Фотометрическое титрование имеет следующие преимущества.

  1. Позволяет быстро, просто и с высокой воспроизводимостью результатов проводить анализ. Если объём титранта измерен с достаточной степенью точности, то ошибка титрования зависит исключительно от погрешности определения концентрации рабочего раствора.
  2. Можно проводить титрование очень разбавленных растворов с высокой воспроизводимостью, а также сильно крашенных и даже мутных растворов. Абсолютные содержания веществ, определяемых этим методом, лежат в пределах 1·10-1—2·10-8 г.
  3. Можно проводить во многих случаях, когда изменения окраски раствора плохо различаются глазом. Применение фотоэлементов, фотосопротивлений, фотодиодов и фотоумножителей в качестве приёмников света, прошедшего через исследуемый раствор, позволяет получать объективные данные и проводить титрование не только окрашенных, но и «бесцветных» для глаза растворов, поглощающих излучение в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра, что значительно расширяет возможности титриметрического определения многих элементов.
  4. Процесс легко может быть автоматизирован.

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Принцип анализа

Титриметрический метод анализа основан на измерении объема раствора известной концентрации (титранта), вступившего в реакцию с исследуемым веществом.

Для анализа понадобится специальное оборудование, а именно, бюретка – тонкая стеклянная трубка с нанесенной градуировкой. Верхний конец этой трубки открыт, а на нижнем находится запорный кран. Прокалиброванную бюретку с помощью воронки заполняют титрантом до нулевой отметки. Анализ проводят до конечной точки титрования (КТТ), добавляя небольшое количество раствора из бюретки к исследуемому веществу. Конечную точку титрования идентифицируют по изменению цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства.

Конечный результат рассчитывается по затраченному объему титранта и выражается в титре (Т) – массе вещества, приходящейся на 1 мл раствора (г/мл).

Кислотно-основное титрование

Титриметрический метод анализа с использованием реакции взаимодействия гидроксония с гидроксид-ионом (Н3О+ + ОН- = Н2О) называется кислотно-основным. Если известное вещество в растворе образует протон, что характерно для кислот, метод относится к подгруппе ацидиметрия. Здесь в качестве титранта обычно используют устойчивую соляную кислоту HCl.

Если титрант образует гидроксид-ион, метод называется алкалиметрией. Используемые вещества – щелочи, например, NaOH, или соли, полученные взаимодействием сильного основания со слабой кислотой, как Na2CO3.

Индикаторы при этом используется цветные. В качестве них выступают слабые органические соединения – кислоты и основания, у которых различаются структура и окраска протонированных и не протонированных форм. Чаще всего в кислотно-основном титровании используется одноцветный индикатор фенолфталеин (прозрачный раствор в щелочной среде становится малиновым) и двухцветный метиловый оранжевый (красное вещество становится желтым в кислой среде).

Основы титрования

Их широкое применение связано с высоким светопоглощением, благодаря которому их окраска хорошо заметна невооруженным глазом, и контрастности и узкой области перехода цвета.

По способу титрования

Существует классификация методов титриметрического анализа в зависимости от способа титрования. При прямом варианте титруют определяемый ион выбранным раствором реагента. Процесс титрования в методе замещения основан на определении точки эквивалентности при наличии неустойчивых химических соединений. Титрование по остатку (обратный метод) используют в том случае, когда трудно подобрать индикатор, а также при медленном протекании химического взаимодействия. К примеру, при определении карбоната кальция навеска вещества обрабатывается избыточным количеством титрованного раствора соляной кислоты.

Выполнение работы

Анализируемый раствор в мерной колбе на 100мл. доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. В коническую колбу для титрования переносят аликвотную часть раствора (10мл), добавляют 20мл. 0,025М раствора ЭДТА, 2мл 1М раствора НСl, нагревают до кипения и оставляют на кипящей водяной бане 10мин. После охлаждения раствора устанавливают рН=5 добавлением 0,2М раствора ацетата натрия. Добавляют на кончике шпателя индикатор ксиленоловый оранжевый и после полного растворения индикатора титруют раствором сульфата цинка до изменения окраски раствора от желтой к красной. Титрование повторяют до получения не менее трех сходящихся результатов.

Расчет результатов.

Реакция ионов алюминия с ЭДТА происходит по уравнению:

Al3+ + ЭДТА2- — + 2H+

при этом из 20 мл., прибавленного нами раствора ЭДТА расходуется только часть Vизр. Другая часть раствора ЭДТА является избыточной Vизб. и оттитровывается сульфатом цинка. Реакция с ионами цинка идет по уравнению:

Zn2+ + ЭДТА2- 2- + 2H+.

Поскольку растворы сульфата цинка и ЭДТА взяты одинаковой молярной концентрации, то по уравнению реакции объем раствора сульфата цинка равен избыточному объему ЭДТА:

следовательно

По уравнению реакции число молей ЭДТА равно числу молей ионов алюминия:

Контрольные вопросы.

1.  На каком принципе основано определение веществ в титриметрическом анализе?

3.  Дайте определения понятиям: первичный стандарт, вторичный стандарт, титрант, аликвотный объём, титрование.

4.  Какие существуют виды титриметрического анализа, на чём основана их классификация?

5.  Перечислите основные виды окислительно-восстановительного титрования. Дайте краткую характеристику перманганатометрии и йодометрии.

6.  Что называется точкой эквивалентности? Какие существуют способы её установления, и какие из них использовались в данной лабораторной работе?

Процедура

Анализ образцов почвы титрованием.

Типичное титрование начинается с химического стакана или колбы Эрленмейера, содержащей очень точное количество аналита и небольшое количество индикатора (например, фенолфталеина ), помещенного под калиброванную бюретку или химический пипеточный шприц, содержащий титрант. Затем к аналиту и индикатору добавляются небольшие объемы титранта до тех пор, пока индикатор не изменит цвет в ответ на порог насыщения титранта, что означает достижение конечной точки титрования, что означает, что количество титранта уравновешивает количество присутствующего аналита в соответствии с реакция между ними. В зависимости от желаемой конечной точки, отдельные капли или менее одной капли титранта могут иметь значение между постоянным и временным изменением индикатора. Например, если титрант и аналит реагируют в соотношении 1: 1, например, монопротоновая кислота против одноосновной соли , конечной точкой является то, что присутствует равное количество молей каждой из них. Таким образом, концентрацию раствора аналита можно рассчитать исходя из его объема, а также объема и концентрации титранта в конечной точке как:

Cазнак равноCтVтMVа{\ displaystyle \ mathbf {C} _ {a} = {\ frac {\ mathbf {C} _ {t} \ mathbf {V} _ {t} \ mathbf {M}} {\ mathbf {V} _ {a }}}}

где C a — концентрация аналита, обычно молярная ; C t — концентрация титранта, обычно молярная; V t — объем используемого титранта, обычно в литрах; M — мольное соотношение аналита и реагента из сбалансированного химического уравнения ; и V a — объем используемого аналита, обычно в литрах.

Техника подготовки

Типичное титрование требует, чтобы титрант и аналит находились в жидкой (растворной) форме. Хотя твердые вещества обычно растворяются в водном растворе, другие растворители, такие как ледяная уксусная кислота или этанол , используются для специальных целей (например, в нефтехимии ). Концентрированные аналиты часто разбавляются для повышения точности.

Для многих некислотно-основных титрований требуется постоянный pH во время реакции. Следовательно, в камеру для титрования может быть добавлен буферный раствор для поддержания pH.

В случаях, когда два реагента в образце могут реагировать с титрантом, и только один является желаемым аналитом, в реакционную камеру может быть добавлен отдельный маскирующий раствор, который устраняет влияние нежелательного иона.

Некоторые реакции окисления- восстановления ( окислительно-восстановительные ) могут потребовать нагревания раствора образца и титрования, пока раствор еще горячий, чтобы увеличить скорость реакции . Например, окисление некоторых растворов оксалатов требует нагревания до 60 ° C (140 ° F) для поддержания разумной скорости реакции.

Способы проведения титрования

Титрование можно выполнить различными
способами. Различают: прямое, обратное
и заместительное титрование.

Прямое титрование– к раствору
определяемого вещества (КОН) добавляют
небольшими порциями титрант – НС1
(рабочий раствор).

КОН + НС1 = КС1 + Н2О

Основы титрования,
где Со,Vo– нормальная концентрация и объем
определяемого вещества, Ст,Vт-нормальная концентрация и объем
титранта.

Основы титрования

Обратное (по остатку)– к пробе в
избытке добавляют вспомогательное
вещество (с точной концентрацией), а
затем оттитровывают не прореагировавший
избыток его стандартным раствором
другого вещества (основным титрантом).

Основы титрования

где: СС, СВ– нормальные
концентрации растворов веществ С и В
соответственно;VС,VВ– объемы растворов
веществ С и В соответственно; Мэкв А– молярная масса эквивалента вещества
А;Vк,Vпип– объемы колбы и пипетки соответственно
раствора А.

Обратное титрование применяют, когда
определяемое вещество неустойчиво либо
не взаимодействует с титрантом или
реакция протекает недостаточно быстро,
либо нельзя подобрать индикатор для
регистрации фиксирования точки
эквивалентности этой реакции.

Заместительное (косвенное)– к пробе
(вещество А) добавляют какой-либо
вспомогательный реагент (вещество С),
взаимодействующий с определяемым
веществом и дающий эквивалентное
количество продукта реакции который
оттитровывают титрантом (вещество В).

А + С = D,

D+B= М

Содержание определяемого вещества А
находят из соотношения

Основы титрования

Основы титрования,
гдеnA,nB,nC– количество моль-экв веществ А, В иCсоответственно. Т.о для
косвенного титрования используется
формула прямого титрования.

Основы титрования

Заместительное титрование применяют,
когда вещества А и В не взаимодействуют
или взаимодействуют не стехиометрически,
или нельзя подобрать индикатор.

История и этимология

Слово «титрование» происходит от французского слова tiltre (1543), означающего долю золота или серебра в монетах или изделиях из золота или серебра; т. е. мера тонкости или чистоты. Тилтр стал титром , что стало означать «пробу легированного золота», а затем «концентрацию вещества в данном образце». В 1828 году французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак впервые использовал титр как глагол ( titrer ), означающий «определять концентрацию вещества в данном образце».

Объемный анализ возник во Франции в конце 18 века. Франсуа-Антуан-Анри Дескруазиль ( фр. ) Разработал первую бюретку (которая была похожа на градуированный цилиндр) в 1791 году. Гей-Люссак разработал улучшенную версию бюретки, которая включала в себя боковой рычаг, и изобрел термины « пипетка » и бюретка »в статье 1824 года о стандартизации растворов индиго. Первая настоящая бюретка была изобретена в 1845 году французским химиком Этьеном Оссианом Анри (1798–1873). Значительное улучшение метода и популяризация объемного анализа произошли благодаря Карлу Фридриху Мору , который преобразовал бюретку в простую и удобную форму и написал первый учебник по этой теме, Lehrbuch der chemisch-analytischen Titrirmethode ( Учебник аналитической химии методы титрования ), опубликованная в 1855 г.

Кривые титрования

Типичная кривая титрования дипротоновой кислоты, титрованной сильным основанием. Здесь показана щавелевая кислота, титрованная гидроксидом натрия . Видны обе точки эквивалентности.

Кривая титрования — это кривая на графике, координата x которой представляет объем титранта, добавленного с начала титрования, а координата y которой представляет концентрацию аналита на соответствующей стадии титрования (в кислотно-основное титрование, y- координата обычно представляет собой pH раствора).

В кислоты — основного титрования, кривая титрования представляет силу соответствующей кислоты и основания. Для сильной кислоты и сильного основания кривая будет относительно гладкой и очень крутой около точки эквивалентности. Из-за этого небольшое изменение объема титранта вблизи точки эквивалентности приводит к значительному изменению pH, и могут потребоваться многие индикаторы (например, лакмус , фенолфталеин или бромтимоловый синий ).

Если один реагент представляет собой слабую кислоту или основание, а другой — сильную кислоту или основание, кривая титрования будет нерегулярной, а pH смещается меньше при небольших добавках титранта вблизи точки эквивалентности . Например, изображена кривая титрования между щавелевой кислотой (слабая кислота) и гидроксидом натрия (сильное основание). Точка эквивалентности находится между pH 8-10, что указывает на то, что раствор является основным в точке эквивалентности, и такой индикатор, как фенолфталеин , будет подходящим. Кривые титрования, соответствующие слабым основаниям и сильным кислотам, ведут себя аналогичным образом, при этом раствор является кислым в точке эквивалентности, и наиболее подходящими являются такие индикаторы, как метиловый оранжевый и бромтимоловый синий .

При титровании между слабой кислотой и слабым основанием кривые титрования очень нерегулярны. Из-за этого не может быть подходящего конкретного индикатора, и для отслеживания реакции часто используется pH-метр .

Тип функции, которая может использоваться для описания кривой, называется сигмоидной функцией .

Окислительно-восстановительное титрование

Окислительно-восстановительный титриметрический анализ – это метод количественного анализа, основанный на изменении соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм: aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2.

Делится метод на следующие подгруппы:

  • перманганатометрия (титрант – KMnO4);
  • иодометрия (I2);
  • дихроматометрия (K2Cr2O7);
  • броматометрия (KBrO3);
  • иодатометрия (KIO3);
  • цериметрия (Ce(SO4)2);
  • ванадатометрия (NH4VO3);
  • титанометрия (TiCl3);
  • хромометрия (CrCl2);
  • аскорбинометрия (С6Н8ОН).

В ряде случаев роль индикатора может играть реагент, участвующий в реакции и меняющий свою окраску с приобретением окисленной или восстановленной формы. Но также применяют специфические индикаторы, например:

  • при определении йода используют крахмал, который образует темно-синее соединение с I3—ионами;
  • при титровании трехвалентного железа применяют тиоционат-ионы, образующие с металлом комплексы, окрашенные в ярко-красный цвет.

Основы титрования

Кроме того, есть специальные редокс-индикаторы – органические соединения, имеющие разную окраску окисленной и восстановленной форм.

Варианты приготовления титрованного раствора по навеске исходного вещества

В качестве первого способа приготовления раствора с заданной концентрацией (определенным титром) можно рассмотреть растворение навески точной массы в воде либо ином растворителе, а также разбавление приготовленного раствора до необходимого объема. Титр полученного реактива можно установить по известной массе чистого соединения и по объему готового раствора. Такую методику используют для приготовления титрованных растворов тех химических веществ, получить которые можно в чистом виде, состав которых не меняется при продолжительном хранении. Для взвешивания используемых веществ применяют бюксы с закрытыми крышками. Такой способ приготовления растворов не подходит для веществ, обладающих повышенной гигроскопичностью, а также для соединений, которые вступают в химическое взаимодействие с оксидом углерода (4).

Вторая технология приготовления титрованных растворов применяется на специализированных химических предприятиях, в специальных лабораториях. Она базируется на использовании отвешенных в точных количествах твердых чистых соединениях, а также на применении растворов с определенной нормальностью. Помещают вещества в стеклянные ампулы, затем их запаивают. Те вещества, которые находятся внутри стеклянных ампул, именуют фиксаналами. При непосредственном проведении эксперимента ампула с реактивом разбивается над воронкой, которая имеет пробивное устройство. Далее весь компонент переносится в мерную колбу, затем путем добавления воды получают необходимый объем рабочего раствора.

Для титрования также используется определенный алгоритм действий. Бюретка наполняется готовым рабочим раствором до нулевой отметки так, чтобы в нижней ее части не оказалось пузырьков воздуха. Далее отмеряют пипеткой анализируемый раствор, затем его помещают в коническую колбу. Добавляют в нее и несколько капель индикатора. Постепенно к готовому раствору по каплям добавляют из бюретки рабочий раствор, следят за изменением окраски. При появлении устойчивого цвета, который не исчезает через 5-10 секунд, судят о завершении процесса титрования. Далее приступают к расчетам, вычислению объема израсходованного раствора с заданной концентрацией, делают выводы по проведенному эксперименту.

Заполнение бюреток раствором

Чистую бюретку заполняют на 1/3 титрантом, убеждаются в исправности затвора и отсутствии в нем пузырька воздуха. Для этого кончик бюретки поднимают и слегка открывают зажим. Если жидкость идет ровной струей, без пузырьков воздуха, бюретка заполнена правильно. Наклоняя и поворачивая бюретку, смачивают стенки раствором, после чего сливают почти весь раствор через носик. Перед началом титрования бюретку устанавливают строго вертикально и заполняют титрантом до нуля. При этом уровень мениска жидкости вогнутой частью должен совпадать с нулевым делением шкалы (нулевое деление должно находиться на уровне глаз) для бесцветных растворов. Для окрашенных растворов нуль устанавливают по верхнему краю мениска.

Отмеривание растворов пипеткой

Чистую пипетку с помощью резиновой груши заполняют титруемым раствором до начала расширения. Закрыв верхний конец указательным пальцем, несколько раз поворачивают пипетку, стараясь смочить раствором всю внутреннюю поверхность немного выше метки. Сливают раствор.

Теперь заполняют пипетку с помощью резиновой груши немного выше метки

Снимают грушу, отверстие слегка закрывают пальцем, «держа» метку пипетки на уровне глаз, осторожно сливают избыток раствора так, чтобы мениск жидкости вогнутой частью совпадал с меткой. После этого отверстие пипетки зажимают и переносят ее в другой сосуд

Верхнюю часть пипетки открывают и дают жидкости спокойно вытечь. После того как жидкость из пипетки стечет, последние капли сливают, касаясь стенки сосуда, в который выливают жидкость. Затем пипетку вынимают, не обращая внимания на жидкость, которая в ней осталась. Выдувать жидкость из пипетки нельзя.

Правила титрования

Место, где проводится титрование, должно быть хорошо подготовлено и освещено. На основание штатива с бюреткой следует положить лист белой бумаги. Бюретку укрепляют параллельно стержню штатива.

Отсчет снимают по нижнему (бесцветные растворы) или по верхнему (окрашенные растворы) краю мениска. Мениск должен находиться на уровне глаз. Для получения достоверных результатов повторяют титрование не менее трех раз. Каждое повторное титрование начинают с нулевого отсчета бюретки.

Погрешности титрования

При титровании возможны случайные и систематические погрешности. Случайные погрешности связаны с измерением объема и массы навески, систематические (индикаторные) появляются при несоответствии точки конца титрования точке эквивалентности.

Погрешности измерения растворов возникают вследствие неточности отмеривания растворов вещества и титранта. Они складываются из объема одной капли (V ~ 0,05 мл), которой обычно перетитровывают раствор, и погрешности калибровки измерителей (бюретки, пипетки, мерной колбы), у которых допускаются отклонения ± (0,01 – 0,02) мл. Относительная погрешность титрования зависит от объема затраченного титранта или титруемого раствора и равна:

где v — сумма объема капли (~ 0,05 мл) и отклонений в объеме

бюретки (~0,02 мл) и пипетки (~0,02 мл);

Титрование заместителя

Титрование заместителя используется в случае нестехиометричных или медленных реакций. Его суть в том, что для определяемого вещества подбирается стехиометричная реакция со вспомогательным соединением, после чего титрованию подвергают продукт взаимодействия.

Именно так поступают при определении дихромата. К нему добавляют иодид калия, в результате чего выделяется эквивалентное определяемому веществу количество йода, которое затем титруется тиосульфатом натрия.

Таким образом, титриметрический анализ позволяет определить количественное содержание широкого круга веществ. Зная их свойства и особенности протекания реакций, можно подобрать оптимальный метод и способ титрования, который даст результат с высокой степенью точности.

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством