Метод кислотно-основного титрования (стр. 6 )

Na2CO3 + HCl ↔ NaHCO3 + NaCl

фактор эквивалентности равен 1.

При титровании Na2CO3 как двухосновного основания по реакции

Na2CO3 + 2 HCl ↔ H2CO3 + 2NaCl

фактор эквивалентности Na2CO3 равен 0,5 (С0=0,2 н ).

До начала титрования в растворе содержится слабое основание СО32-. Для расчета рН используется формула (20) или

[ОН-]=; рН=11,66.

До первой точки эквивалентности раствор представляет собой буферную смесь неоттитрованного основания СО32- и сопряженной кислоты НСО3-, образующейся при титровании:

[Н+]=. (37)

В первой точке эквивалентности (f=1, VT=50мл) в растворе содержится амфолит НСО3-, концентрация которого в 1,5 раз меньше С0(Na2CO3). Для расчета пригодна формула (36)

[H+]=, pH=8,33.

Следует отметить, что при использовании индикатора фенолфталеина (рТ=9,0, см. лаб. работу 2) в точке конца титрования рН=9,0>8,33 (рНТЭ). Это означает, что при рН=9,0 титруется, строго говоря, не 50% Na2CO3, а ~ 47,7%.

За первой точкой эквивалентности раствор представляет собой буферную смесь (НСО3 - +Н2СО3);

[H+]=. (38)

Во второй точке эквивалентности (f=2, VT=100мл) раствор содержит слабую летучую угольную кислоту, концентрация которой определяется растворимостью СО2 в воде и при 250С не превышает 4,5·10-2М, тогда

[H+]==1,42·10-4M, (39)

рН=3,85. С индикатором метиловым оранжевым (рТ=4,0, см. лаб. работу 2) титруется ~99,8% NaHCO3. Таким образом точность титриметрического определения Na2CO3 и смеси (NaOH+Na2CO3) c использованием двух индикаторов составляет ~2%.

За второй точкой эквивалентности величина рН раствора определяется концентрацией избытка титранта –сильной кислоты (формула (13) ,где С0=0,2н, VT=50f ).

Результаты расчета представлены в табл.10.

Таблица 10 - Титрование слабого двухкислотного основания СО32- сильной кислотой (координаты рН-f )

f=2VT/VТЭ,2	Состав раствора,%	рН-определяющие компоненты	Формула [H+]	pH
0,00	CO32-(100)	CO32-	20	11,66
0,50	CO32-(50) и HCO3- (50)	смесь CO32- и HCO3-	37	10,31
0,99	CO32-(1) и HCO3- (99)	“ “	37	8,31
1,00	HCO3-(100)	HCO3-	36	8,33
1,01	HCO3-(99) и H2CO3(1)	смесь HCO3-,H2CO3	38	8,35
1,50	HCO3-(50) и H2CO3(50)	“ “	38	6,35
1,99	HCO3-1) и H2CO3(99)	“ “	38	4,36
2,00	H2CO3(100)	H2CO3	39	3,85
2,01	H2CO3(100) и HCl(1)	HCl	13	3,30
2,10	H2CO3(100) и HCl(10)	“ “	13	2,31

3.Практическая часть

Лабораторная работа №1.

Приготовление стандартного раствора хлороводородной кислоты и определение содержания гидроксида натрия в растворе

Работа состоит из нескольких частей. Вначале получают приблизительно 0,1 н раствор хлороводородной (соляной) кислоты. Затем берут навески карбоната натрия и стандартизируют кислоту по этим навескам или титрованием приготовленного ранее раствора Na2CO3 с установленной нормальностью и отмеренным по бюретке объемом(10 или15 мл).Стандарти-зированный раствор кислоты используют для определения выданного объема гидроксида натрия известной концентрации.

Приготовление 0,1 н раствора хлороводородной кислоты.

Для приготовления ~0,1 н раствора HCl используют 2 н раствор HCl. По закону эквивалентов (см. формулу (1) на с.3) определяют объем исходного раствора, необходимый для приготовления 500 мл 0,1 н раствора. Рассчитанный объем отмеряют мерным цилиндром и разбавляют в мерной колбе дистиллированной водой до 500мл. Полученный раствор тщательно перемешивают.

Взятие навесок карбоната натрия.

Для стандартизации приготовленного раствора соляной кислоты используют метод отдельных навесок. Рассчитывают какую навеску Na2CO3 надо взять, чтобы на титрование полученного из него раствора по уравнению

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O

требовалось ~ 20 мл 0,1 н (СН,2) раствора HCl. Для этого используют другую формулу закона эквивалентов:

,

где объем раствора титранта (V2 ) выражен в мл, Мэ1 – эквивалентная масса карбоната натрия, m1- масса навески Na2CO3.

На аналитических весах взвешивают бюкс с Na2CO3. Безводный Na2CO3 поглощает атмосферную влагу, что может привести к погрешности анализа, поэтому бюкс во время взвешивания должен быть закрыт крышкой. После взвешивания бюкса с Na2CO3 из него отсыпают часть содержимого в чисто вымытую коническую колбу, а бюкс с крышкой опять взвешивают. Массу соды в колбе, определяют по разности в массе бюкса до и после отсыпания. Эта масса должна быть в пределах ~ ±10% от вычисленной m1. Если взятая навеска слишком мала, производят досыпание Na2CO3 в колбу, если велика - колбу тщательно моют и производят новое взвешивание. Навески берут в три пронумерованные колбы (в каждой колбе своя навеска; их массы и объемы кислоты, идущей на титрование, в принципе не одинаковы).

Стандартизация рабочего раствора кислоты.

Тщательно вымытую бюретку дважды ополаскивают небольшими порциями приготовленного раствора кислоты для удаления остатков воды. Затем заполняют ее тем же раствором таким образом, чтобы в бюретке не осталось пузырьков воздуха. Кислота не должна капать из носика бюретки. Нижний край мениска устанавливают на нулевом делении бюретки, сливая лишнюю кислоту. При этом воронка, использованная для заполнения бюретки кислотой, должна быть снята с бюретки во избежание скатывания с воронки капель кислоты.

В коническую колбу с навеской Na2CO3 наливают дистиллированную воду слоем ~ 1 см и добиваются полного растворения соды. К полученному раствору прибавляют 2-3 капли индикатора метилового оранжевого и перемешивают. Коническую колбу ставят под бюретку на лист белой бумаги и титруют, постепенно добавляя из бюретки в колбу раствор кислоты., все время перемешивая жидкость плавными круговыми движениями колбы до тех пор, пока от одной капли HCl первоначально соломенно-желтый раствор приобретет слабый розоватый оттенок.

Аналогично титруют содержимое всех колб с навесками Na2CO3, а затем проводят расчет точного расчета нормальности раствора HCl по формуле:

Сн, HCL=,

где VHCl – объем, пошедший на титрование, мл.

Данные расчетов должны сходиться в пределах не более 2% от определяемой величины, в противном случае необходимо повторить анализ.

В качестве результата определения нормальности кислоты берут среднее арифметическое из сходящихся значений нормальности.

Контрольная задача. Определение объема раствора щелочи.

Студенту выдается точно отмеренный объем раствора NaOH, титр которого известен, а объем требуется определить титрованием приготовленным раствором HCl. Выданный в мерной колбе на 100 мл раствор доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Аликвотные части по 15 или 20 мл тируют с индикатором метиловым оранжевым таким же образом, как и при титровании Na2CO3.

Для расчетов используют среднее значение объема HCl, пошедшего на титрование аликвоты, из трех сходящихся (с различием не более 0,2 мл)значений.

По известному титру раствора NaOH в контрольной задаче рассчитывают его нормальность по формуле:

Сн, NaOH=.

По затраченному на титрование объему HCl и известной концентрации обоих растворов рассчитывают искомый объем щелочи:

Сн, NaOH· VNaOH = Cн, HCl· VHCl,

VNaOH= .

При расчете необходимо учесть, что на титрование был взят не весь раствор, а каждый раз – его аликвотная часть. Поэтому надо перейти от объема NaOH в аликвоте (пипетке) к выданному объему в контрольной задаче(мерной колбе).. С учетом этого расчетная формула выглядит так:

VNaOH= ,

где 100 – объем мерной колбы, мл; Va – объем аликвоты, отобранный пипеткой, мл.

Стандартный раствор HCl в конце занятия плотно закрывают до следующей лабораторной работы.

Лабораторная работа №2.

Определение гидроксида и карбоната натрия при совместном присутствии в растворе.

Гидроксид натрия (как и другие щелочи) поглощает из воздуха оксид углерода (lV) и частично превращается в карбонат натрия:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,

поэтому нередко приходится определять содержание NaOH и Na2CO3 при совместном присутствии в растворе. Для того, чтобы определить содержание каждого из веществ в отдельности, применяют титрование такого раствора кислотой с двумя индикаторами.

Вначале в раствор добавляют фенолфталеин. При титровании до обесцвечивания фенолфталеина происходят процессы:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl.

При этом рН раствора, содержащего кислую соль NaHCO3, составляет 8,3.

Затем в раствор добавляют индикатор метиловый оранжевый и дотитровывают NaHCO3:

NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑ + H2O.