Проба, аликвота и стандартный раствор

9 заданий

Навеска, колба, аликвота

В количественном анализе обычно исследуют не всю пробу сразу, а часть приготовленного из неё раствора. Это позволяет провести определение несколько раз. Работа состоит из последовательных этапов:

Навеска — это точно взвешенная порция пробы. Для взвешивания используют аналитические весы (±0,0001 г).
Навеску растворяют и доводят объём раствора до метки в мерной колбе. Объём колбы обозначают \(V_\text{к}\); например, он может составлять 250,0 мл.
Аликвота — это точно отобранная часть приготовленного раствора. Её отбирают пипеткой; объём аликвоты \(V_\text{а}\) может составлять, например, 25,00 мл.
В аликвоте определяют количество искомого вещества титрованием, осаждением или фотометрией.
Затем результат пересчитывают на всю пробу: \(n_\text{пробы} = n_\text{аликв}\cdot\dfrac{V_\text{к}}{V_\text{а}}\). Такое соотношение используют, поскольку аликвота составляет известную часть всего раствора.

Несколько аликвот позволяют повторить определение и оценить разброс результатов. Кроме того, при взвешивании большей навески относительная ошибка взвешивания меньше.

boltКоэффициент пересчёта на всю пробу

Отдельно записывайте отношение \(V_\text{к}/V_\text{а}\), которое называют фактором аликвоты. Оно часто равно 10 или 5. Если после анализа аликвоты не умножить результат на это отношение, количество вещества во всей пробе окажется заниженным.

auto_awesomeМерная посуда

Мерная колба (на вливание) и пипетка (на выливание) рассчитаны каждая на определённый объём; их погрешность зависит от вместимости и класса точности. Бюретка позволяет отмерять переменный объём: при цене деления 0,1 мл отсчёт оценивают до 0,01 мл, для прозрачных растворов — по нижнему краю мениска. Мерный цилиндр и мензурку используют только для приблизительного измерения объёма.

Стандартные растворы

Для количественного анализа нужен стандартный раствор, концентрация которого известна. Если раствор готовят растворением точной навески вещества известного состава, это вещество называют первичным стандартом. Оно должно быть чистым (≥ 99,9 %), устойчивым на воздухе и негигроскопичным. Желательна также большая молярная масса: тогда относительная ошибка взвешивания меньше. Примерами служат \(\ce{K2Cr2O7}\), прокалённый \(\ce{Na2CO3}\), бура \(\ce{Na2B4O7*10H2O}\), гидрофталат калия, оксалат натрия и NaCl.

Не всякий раствор можно приготовить с известной концентрацией только по навеске. NaOH поглощает \(\ce{CO2}\) и воду, \(\ce{KMnO4}\) разлагается, \(\ce{Na2S2O3}\) разлагается под действием бактерий и \(\ce{CO2}\), а HCl летуча. Концентрацию растворов этих веществ устанавливают титрованием первичного стандарта. Полученные растворы называют вторичными стандартами, а определение их концентрации — стандартизацией.

scienceРеакции при стандартизации

\(\ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 ^ + H2O}\) — концентрацию HCl устанавливают титрованием раствора соды с метиловым оранжевым.
\(\ce{Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O -> 2NaCl + 4H3BO3}\) — концентрацию HCl устанавливают титрованием раствора буры; уравнение записано для тетрабората без кристаллизационной воды.
\(\ce{KHC8H4O4 + NaOH -> KNaC8H4O4 + H2O}\) — концентрацию NaOH устанавливают титрованием гидрофталата калия с фенолфталеином.

Стандартный раствор нужной концентрации можно также получить разбавлением более концентрированного раствора с известной концентрацией.

boltРасчёт разбавления

При разбавлении количество растворённого вещества не меняется, поэтому \(c_1V_1 = c_2V_2\). Чтобы из 1,000 М раствора получить 250 мл 0,0400 М раствора, пипеткой отбирают \(0{,}0400\cdot250/1{,}000 = 10{,}00\) мл исходного раствора и доводят объём в мерной колбе до 250 мл.

Смешивание и концентрации

При смешивании растворов одного вещества количества растворённого вещества складываются. Если складываются и объёмы растворов, концентрацию смеси рассчитывают по формуле \(c = \dfrac{c_1V_1 + c_2V_2}{V_1 + V_2}\). Такое приближение допустимо для разбавленных водных растворов.

Результаты анализа выражают разными способами. Молярная концентрация \(c\) показывает количество вещества в литре раствора (моль/л), а массовая доля \(w\) — долю массы вещества в массе раствора. Титр \(T\) показывает массу вещества в граммах, содержащуюся в 1 мл раствора (г/мл). Титр по определяемому веществу \(T_{\text{титрант}/X}\) показывает, сколько граммов X соответствует 1 мл титранта. Например, \(T_{\ce{KMnO4}/\ce{Fe}} = 0{,}005585\) г/мл для 0,02000 М \(\ce{KMnO4}\): при титровании в кислой среде 1 мл раствора окисляет 0,1000 ммоль \(\ce{Fe^2+}\).

edit_noteПереход от массовой доли к молярной концентрации

Концентрированная HCl имеет массовую долю 36,5 % и плотность \(\rho = 1{,}18\) г/мл. Литр такого раствора имеет массу 1180 г и содержит 430,7 г HCl. Следовательно, \(c = 430{,}7/36{,}46 = 11{,}8\) М.

boltТитр по определяемому веществу

Титр рассчитывают по формуле \(T_{\text{T}/X} = c_\text{T}\cdot\dfrac{b}{a}\cdot M_X/1000\), где \(a\) : \(b\) обозначает отношение стехиометрических коэффициентов титранта и определяемого вещества. Умножение титра на объём израсходованного титранта позволяет сразу найти массу X, что удобно при серийных анализах.

push_pinГлавное

При количественном анализе пробу точно взвешивают, растворяют в мерной колбе объёмом \(V_\text{к}\) и отбирают пипеткой аликвоту объёмом \(V_\text{а}\). Результат определения в аликвоте пересчитывают на всю пробу по формуле \(n_\text{пробы} = n_\text{аликв}\cdot V_\text{к}/V_\text{а}\). Растворы первичных стандартов готовят по точной навеске чистых, устойчивых и негигроскопичных веществ с достаточно большой \(M\): например, \(\ce{K2Cr2O7}\), \(\ce{Na2CO3}\), буры, гидрофталата калия или \(\ce{Na2C2O4}\). Растворы вторичных стандартов, таких как NaOH, \(\ce{KMnO4}\) и \(\ce{Na2S2O3}\), стандартизуют; при разбавлении используют соотношение \(c_1V_1 = c_2V_2\). Мерная колба и пипетка предназначены для определённого объёма, бюретка — для переменного, а мерный цилиндр — для приблизительного измерения.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.