Учебно-методический комплекс дисциплины «Химия строительных материалов» (стр. 6 )

Лекция 6. Титриметрический анализ

Содержание лекционного занятия:

1. Объемный анализ.

2. Стандартые и стандартизированные растворы.

3. Вычисления в титриметрическом анализе

Объемный анализ. В химическом анализе главное значение имеют 2 метода анализа: I. - содержание компонента определяют измерением продукта вещества. II. - основана на измерении количества реактива затраченного на химический процесс с определяемым компонентом. Реактивы удобнее использовать в виде растворов. Следовательно, объемный анализ имеет преимущество перед весовым на производстве.

       Объемный анализ – это количественный химический анализ, основанный на измерении объема раствора с точно известной концентрацией, требующегося для определенного компонента.

       Объемный анализ имеет достоинства: 1. экспрессность (быстрота); 2. реактивы используются в виде раствора, что очень удобно; 3. оборудование простое, доступное (экономично); 4. чисто с экологической т. зр., а также имеет недостатки: 1. менее точный, чем весовой; 2. чтобы использовать растворы необходимо знать виды концентрации.

       Растворы, с точно известной концентрацией титр называются титрованным раствором. Если известна другая концентрация, кроме титра, то называется рабочим раствором. Если раствор готовился из веществ, которое относится к стандартным веществам, называется стандартным раствором.

Стандартные вещества должны отвечать ряду требовании:

химически чистое (х. ч.);

кристаллическое вещество;

стойкое к окружающей среде и состав должен соответствовать своей формуле. Например, H2SO4  при повышении температуры образуется SO2  и H2O. Соединение NaOH – нестойко в окружающей среде, поглощает из воздуха СО2 и образуют побочно Na2СO3 и NaНСO3.

Стандартные вещества.: K2Cr2O7,  H2C2O4• 2H2O,  Na2S2O3• 2H2O, 

Стандартизированные растворы. В качестве титрантов часто используют минеральные кислоты, щелочи,  КМnО4 и другие вещества, которые не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам. Точные растворы их нельзя готовить по навески. Поэтому ≈ количества таких веществ растворяют в необходимом объеме воды и титруют раствором подходящего стандартного вещества.

Вопросы для самоконтроля:

1. Достоинства и недостатки объемного анализа?

2. Вычисление нормальной концентрации приготовленного стандартного или стандартизированного раствора?

3. Вычисление титра приготовленного определяемого раствора?

Рекомендуемая литература:

1. Количественный анализ. –Москва: Химия, 1972.

2. и др. Аналитическая химия. –Москва: Просвещение 

  1987.

3. Курс аналитической химии. –Москва: Высшая 

  школа, 1977.

Лекция 7. Кислотно-основное титрование

Содержание лекционного занятия:

1. Классификация объемного титриметрического анализа.

2. Приемы титрования.

3. Метод нейтрализации.

4. Теория индикаторов. Область перехода индикатора.

В объемном анализе используется какая-либо химическая реакция. Н-р: необходимо определить концентрацую  NaOH.

  NaOH  +  H2C2O4  →  Na2C2O4  +  H2O

  без цв.  титров. р-р  без. цв. в-во  без. цв.

Так как вес вещества не имеет окраски, поэтому необходим индикатор. Химическая реакция заканчивается в эквивалентной точке, так как вещества реагируют между собой в равных эквивалентах соотношения.

В анализе эквивалентную точку фиксируют (определяют с помощью индикаторов, => индикаторный способ фиксирования).

Если одно из веществ до или после реакции имеет окраску, это будет без индикаторный, т. е. индикатором служит само вещество или выступающее в реакции или продукт реакции.

Момент, когда происходит изменение цвета индикатора, находится точка конца титрования.

Эквивалентная точка и точка конца титрования должна совпадать. Если не совпадает, то раствор перетитрован или не до титрован, и образуется ошибка титрования, которая не должна превышать 2%.

Классификация объемного (титриметрического) анализа.

Объемный анализ классифицируется по виду (типу реакции).

Метод нейтрализации – основан на реакции нейтрализации. Между водородной кислотой и основанием через стадию образования водородной связи. Т. е. происходит взаимная нейтрализация молекул кислоты и основания с образованием соли и кислоты.

NaOH + HCl = NaCl + H2O

2. Метод оксидиметрии (окислительно-восстановительные). ОВР основан на реакции окислительния-восстановления. В этом методе используют:

а) окислители КМnО4, К2Cr2O7, J2 и т. д.

б) восстановители Н2C2O4 и ее соли, Na2S2O4, J-.

Метод оксидиметрии включает в себя перманганатометрию, иодометрию, хроматометрию.

3. Комплексономечтрический метод основан на образовании комплексов (внутрикомплексных соединений).

4. Метож осаждения основан на реакции образования малорастворимых соединений

NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

Приемы титрования

В объемном анализе используют несколько приемов титрования

1. Прямое титрование

К определяемому раствору компонента по каплям приливают раствор с известным титром из бюретки (распространенный метод)

2. Обратное титрование

К определяемому объему раствора приливают точно измеренный объем титрованного раствора, но взятой в избытке. Избыток оттитровывают другим стандартным раствором (редко используют).

3. Способ заместителя. Этот способ в основном используют в методе оксидиметрии, когда какому-то окислителю подбирают нужный восстановитель, а затем оттитровывают стандартным раствором.

Метод нейтрализации. Основан на реакции нейтрализации, в основе которой лежит химический процесс: Н+ + ОН - = Н2О. В качестве титрованных растворов используются кислоты: HCl, H2C2O4, H2S2O4 , H2CO3, основания: NaOH, KOH, NH3OH, соли: Na2CO3 , Na2B4O7. Na2 C4 O4

Методом нейтрализации определяют кислоты, щелочи или основания, и некоторые соли. Так как химический процесс основан на реакции Н+ + ОН - =, можно определить те соли, которые подвергаются гидролизу. NaCl – это соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием, не подвергшимся гидролизу и определить нельзя. При анализе методом нейтрализации используют также способ титрования.

Всякий раствор содержит ионы Н+ и ОН-. Н+ - дают кислоты, ОН - - щелочи. Н2О= Н+ + ОН-  слабый раствор. Содержание Н+ и ОН - ионов определяет среду раствора. Среда раствора определяется характеристикой рН: рН = - lg [H+]; pOH = - lg [OH-] кислотная ‹ 7, нейтральная 7, щелочная ›7.

При каком значении рН наступает эквив. Точка в методе нейтрализации.

Теория индикаторов. В методе нейтрализации эквивалентная точка фиксируется (определяется) с помощью только индикаторов. Почему без индикаторов нельзя? Так как все растворы бесцветные. Индикаторы – это красители. В методе нейтрализации используют рН – индикаторы, так как эти индикаторы меняют свою окраску от среды. Оствальдом была предложена ионно-хромоформная теория. По данной теории индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или основания, которые при диссоциации дают ионы Н - или ОН+. Молекулярная формула индикаторов, и анионов и катионов имеют различную окраску.

Фиолетовый лакмус:

Н Ind ↔ Н+ + Ind-

  красный  синий

1) в кислой среде Н+

Атом, несущий заряд-ион, не может долго нести заряд, необходимо нейтрализоваться.

Н+ + Ind-  ↔ Н Ind  красный

среда

2) в щелочной среде

  ОН - + Н+  → Н2О  преобладает синий

Диссоциация происходит мгновенно, а именно окраски индикатора происходит медленно (во времени).

Область перехода индикатора. Окраска индикаторов зависит от рН индикаторов и поэтому называются рН индикаторами. Окраска любого индикатора изменяется не при всяком значении рН, а лишь внутри определенного интервала значении рН и называется это – областью перехода индикатора (интервал перехода инд.) для визуального определения. Область (интервал) перехода индикатора простирается на одну единицу ± 1 : рН ± 1

рТинд – показатель титрования индикатора

рТ = рКинд = - lg Кдисс. инд

3) то значение рН, при котором заканчивается титрования с данным индикатором называется показателем титрования рТ.

При выборе индикатора необходимо:

Составить уравнение реакций

Вычислить рН или качественно подойти к рН эквивалентной точки данного процесса

Подобрать индикатор по справочнику, J которого рТинд = 1.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как классифицируют объемный анализ?

2. Какие в объемном анализе используют приемы титрования?

3. Область перехода индикатора.?

Рекомендуемая литература:

1. Количественный анализ. –Москва: Химия, 1972.

2. и др. Аналитическая химия. –Москва: Просвещение 

  1987.

3. Курс аналитической химии. –Москва: Высшая 

  школа, 1977.

Лекция 8. Окислительно-восстановительное титрование

Содержание лекционного занятия:

1. Метод оксидиметрии 

2. Классификация ОВ метода.

3. Достоинства и недостатки методов оксидимтрии

Метод оксидиметрии  (окислительно-восстановительный метод).

Метод оксидиметрии  основан на ОВР. Этот метод нашел очень широкое применение, так как из всех видов реакции приходится на ОВР. ОВР основан на изменении степени окисления частиц. Одни частицы принимают, другие присоединяют их. Эти реакции основаны на 2-х процессах: 1) окисления;  2) восстановления. 

  Cu0 -2ee → Cu2+ }тотығу  Cl20 + 2ee → 2Cl-  }тотықсыздану

  Fe0  -2ee → Fe2+  Fe2+ + 2ee → Fe0

ОВР протекают с участием электронов е и с появлением в системе окислительно-восстановительных пар.

2KMnO4 + 5(NH4)2CO2 + 8H2SO4 →

→ 2MnSO4 + K2SO4 + 5(NH4)2SO4 + 8H2O + 10CO2

Окислительно-восстановительная пара образуется из окисленной и восстановленной формы.

MnO4- / Mn2+ бір уақытта Mn7+, Mn2+ бар болады,  онда  Mno4-/ Mn2+  − тытотығу-тотықсыздану жұбы дейді.

Окисленная форма – окислитель, восстановленная форма – восстановитель. ОВ пара состоит из отношения ок/восст, а не  наоборот восст/ок. ОВ пара характеризуется ц.  ц – мера стремления движения электронов.