Основы титрования
Точка эквивалентности и конечная точка
Титрование применяют для определения количества вещества по объёму раствора, израсходованного на реакцию с ним. Этот раствор известной концентрации называют титрантом. При титровании его постепенно прибавляют к определяемому веществу.
Когда количества реагентов соответствуют стехиометрическому соотношению в уравнении реакции, наступает точка эквивалентности. Это теоретически определяемый момент. На практике отмечают конечную точку титрования: её обнаруживают по изменению окраски индикатора или по скачку потенциала. Различие между конечной точкой и точкой эквивалентности называют индикаторной ошибкой. Индикатор стремятся выбрать так, чтобы эта ошибка была меньше погрешности измерения объёма бюреткой.
Чтобы по израсходованному объёму можно было рассчитать количество вещества, реакция должна отвечать нескольким требованиям:
- Реакция должна протекать без побочных превращений, чтобы количества реагентов соответствовали её уравнению.
- Реакция должна протекать быстро; при необходимости её ускоряют нагреванием или катализатором.
- Реакция должна проходить практически до конца, то есть её константа равновесия \(K\) должна быть велика.
- Для реакции должен существовать способ обнаружить конечную точку титрования.
boltПрямое, обратное и заместительное титрование
При прямом титровании титрант прибавляют к определяемому веществу. При обратном титровании сначала добавляют известный избыток реагента, а затем титруют его остаток; такой способ применяют, например, при медленных реакциях или определении летучих веществ. При заместительном титровании определяемое вещество вытесняет эквивалентное количество другого вещества, которое затем титруют. Так определяют окислители в иодометрии.
Индикаторы и бюретка
Кислотно-основные индикаторы — слабые кислоты или основания, кислая и основная формы которых имеют разную окраску. Интервал перехода окраски составляет примерно \(pK_\text{Ind} \pm 1\):
| Индикатор | Интервал pH | Окраска кислой и основной форм |
|---|---|---|
| метиловый оранжевый | 3,1–4,4 | Кислая форма красная, основная форма жёлтая. |
| метиловый красный | 4,4–6,2 | Кислая форма красная, основная форма жёлтая. |
| бромтимоловый синий | 6,0–7,6 | Кислая форма жёлтая, основная форма синяя. |
| фенолфталеин | 8,2–10,0 | Кислая форма бесцветна, основная форма имеет малиновую окраску. |
Вблизи точки эквивалентности pH может резко изменяться. Этот участок кривой титрования называют скачком титрования. Индикатор выбирают так, чтобы его интервал перехода окраски попадал в скачок на кривой титрования (урок 238).
Бюретка — градуированная трубка, из которой отмеряют объём титранта. Перед работой бюретку промывают титрантом, заполняют им и удаляют пузырь воздуха из носика. Показания отсчитывают на уровне глаз по нижнему краю мениска с точностью до 0,01 мл. При титровании с индикатором прибавление титранта прекращают после появления устойчивой окраски. Титрование повторяют до сходимости результатов, обычно в пределах ±0,05 мл, и берут среднее значение.
errorПогрешность бюретки
Погрешность каждого отсчёта составляет ±0,01–0,02 мл, а израсходованный объём находят как разность двух отсчётов. Если погрешность каждого из них составляет ±0,01 мл, погрешность разности может достигать ±0,02 мл. При расходе 20 мл это около 0,1 %, а при расходе 5 мл — уже 0,4 %; при большей погрешности отсчётов эти значения возрастают. Поэтому навеску и концентрацию раствора подбирают так, чтобы расход титранта составлял 15–25 мл.
Холостой опыт и стандартизация
Часть титранта может расходоваться не на определяемое вещество, а на примеси в реагентах, индикатор или растворённый \(\ce{CO2}\). Чтобы учесть этот расход, проводят холостой опыт: титруют все реагенты без пробы. Объём, израсходованный в холостом опыте, вычитают из объёма, израсходованного при титровании пробы: \(V_\text{испр} = V - V_\text{хол}\).
Для расчёта также нужно знать точную концентрацию титранта. Её устанавливают при стандартизации — титровании по первичному стандарту, веществу известного состава, количество которого можно точно определить по навеске. Концентрацию NaOH устанавливают по гидрофталату калия с фенолфталеином. Концентрацию HCl устанавливают по соде или буре с метиловым оранжевым, концентрацию \(\ce{KMnO4}\) — по оксалату натрия. Тиосульфат стандартизуют по дихромату через иодометрию.
edit_noteПоправочный коэффициент
Приготовили раствор NaOH с номинальной концентрацией «0,1 М», а по фталату установили концентрацию 0,1026 М. Поправочный коэффициент составляет \(K = 1{,}026\), поэтому в расчётах используют \(c = 0{,}1\cdot K\). Во многих методиках результат записывают через этот коэффициент, не меняя запись номинальной концентрации.
boltNaOH и углекислый газ
Раствор щёлочи поглощает \(\ce{CO2}\), поэтому часть NaOH превращается в \(\ce{Na2CO3}\). При титровании с фенолфталеином карбонат реагирует с кислотой только до образования гидрокарбоната, что вызывает ошибку. Поэтому раствор NaOH готовят из насыщенного раствора щёлочи, в котором карбонат практически не растворяется. Готовый раствор хранят с трубкой, содержащей натронную известь, и регулярно стандартизуют.
push_pinГлавное
При титровании объём титранта используют для расчёта количества определяемого вещества, поэтому реакция должна протекать быстро, без побочных превращений и практически до конца (\(K\) велика), а её конечную точку необходимо обнаруживать. Точка эквивалентности соответствует стехиометрическому соотношению реагентов; конечную точку отмечают при измерении, и различие между ними составляет индикаторную ошибку. Интервалы перехода окраски метилового оранжевого, метилового красного и фенолфталеина составляют соответственно 3,1–4,4, 4,4–6,2 и 8,2–10,0. Показания бюретки отсчитывают по нижнему краю мениска до 0,01 мл, а титрование повторяют до сходимости результатов в пределах ±0,05 мл. Холостой опыт позволяет учесть расход титранта не на пробу. Точную концентрацию приготовленного титранта устанавливают по первичному стандарту; такой титрант называют вторичным.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.