Приготовление титрованных растворов

Рабочим раствором в титриметрическом анализе является титрованный раствор соответствующего вещества (титрант). Титром раствора называется содержание вещества в граммах в 1 мл раствора. Титрованными называются растворы, титр которых точно известен. Если, например, имеется раствор гидроксида натрия (едкого натра), титр которого равен TNaOH = 0,004052, то это значит, что 1 мл раствора содержит 0,004052 г NaOH.

Для определения титра берут точную навеску вещества, растворяют ее в небольшом объеме воды в мерной колбе и разбавляют водой до метки. Зная массу взятого вещества (в г) и объем полученного раствора (в мл), вычисляют его титр делением массы на объем (в г/мл):

T = m / V

Однако на практике далеко не всегда можно установить точный титр раствора, как указано выше. Например, точная концентрация HCl в соляной кислоте неизвестна, поэтому, даже взяв точную навеску соляной кислоты, нельзя рассчитать, сколько граммов хлорида водорода она содержит. Гидроксид натрия жадно поглощает из воздуха CO2 (переходя в карбонат) и пары воды, поэтому количество NaOH во взятой навеске также не будет точно известно.

Для того чтобы вещество можно было использовать для получения титрованного раствора по точной навеске, необходимо, чтобы оно удовлетворяло следующим требованиям.

1. Вещество должно быть химически чистым, т.е. оно не должно содержать посторонних примесей.

2. Состав вещества должен строго соответствовать его химической формуле. Например, кристаллогидрат должен содержать точно столько воды, сколько соответствует его формуле.

3. Вещество должно быть устойчивым при хранении на воздухе в твердом состоянии и в растворе. Раствор не должен изменять титра в течение более или менее длительного времени.

4. Желательно, чтобы вещество имело возможно большую эквивалентную массу; в этом случае соответственно большая навеска вещества уменьшает относительную ошибку взвешивания.

Если вещество не удовлетворяет перечисленным требованиям, то сначала готовят раствор приблизительно нужной концентрации. Одновременно с этим готовят соответствующий титрованный раствор другого вещества, который может быть использован для установки титра первого раствора. Оттитровав один раствор другим и зная титр одного из них, вычисляют титр другого раствора. Например, титр раствора NaOH устанавливают по раствору щавелевой кислоты, которая путем перекристаллизации может быть получена химически чистой, строго отвечающей формуле H2C2O4-2H2O. Титр ее раствора устанавливают делением точной навески на объем раствора. Титр раствора устанавливают также по соответствующим стандартным образцам.

Нормальность титрованных растворов. Нормальностью раствора называется число, которое показывает, сколько эквивалентов растворенного вещества находится в 1 л раствора. Наиболее часто в аналитической практике пользуются децинормальными (0,1 н.), пятисантинормальными (0,05 н.) и двусантинормальными (0,02 н.) растворами.

Для приготовления раствора заданной нормальности нужно взять навеску вещества, соответствующую необходимому числу эквивалентов. Эквивалентную массу вещества находят, исходя из реакции, в которой данное вещество участвует. Рассмотрим, например, определение эквивалента карбоната натрия в его реакции с соляной кислотой. Карбонат натрия можно титровать кислотой до однозамещенного карбоната натрия:

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl

В этом случае 1 моль карбоната натрия взаимодействует с 1 молем кислоты. Эквивалент карбоната натрия будет равен одному молю, а его масса:

Э = М = 105,989 г/моль

Карбонат натрия можно титровать кислотой (HCl) до угольной кислоты:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O

В этом случае 1 моль карбоната натрия взаимодействует с 2 молями кислоты. Эквивалент карбоната натрия будет равен 1/2 моля, а его масса:

Э = М:2 = 52,994 г/моль

В работе удобно пользоваться растворами приблизительно одинаковой нормальности, так как в химических реакциях реагирующие вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах, а следовательно, титрование закончится, когда объем титранта станет приблизительно равным объему титруемого раствора.

Например, на титрование 20 мл 0,1 н. раствора щелочи будет израсходовано 20 мл 0,1 н. раствора кислоты. Если же нормальность растворов различна, то расход растворов при титровании будет обратно пропорционален их нормальности. Например, на титрование 20 мл 0,1 н. раствора щелочи пойдет 10 мл 0,2 н. раствора кислоты или 40 мл 0,05 н. раствора кислоты.

Произведение объема раствора на его нормальность есть величина постоянная для обоих реагирующих веществ:

V1N1 = V2N2 или V1 / V2 = N2 / N1

откуда можно найти неизвестную нормальность одного раствора по измеренным объемам и известной нормальности другого раствора:

N2 = V1N1 / V2

На этой формуле основаны расчеты в титриметрическом анализе. Для вычисления титра раствора по его нормальности нужно умножить нормальность на эквивалент растворенного вещества и разделить произведение на 1000. Например, требуется вычислить титр раствора соляной кислоты, если нормальность его N = 0,09865

Т = NЭ : 1000 = 0,09865 * 36,46 : 1000 = 0,003597 г/мл

Титр раствора по определяемому веществу вычисляют по этой же формуле, подставляя в нее эквивалент определяемого вещества. Например, титр HCl с N = 0,09865 по NaOH будет:

Т = 0,09865 * 40,00 : 1000 = 0,003936 г/мл

При выражении концентрации титрованных растворов через нормальность часто пользуются коэффициентом нормальности К или поправочным коэффициентом, иногда называемым просто «поправкой». Коэффициент нормальности показывает, во сколько раз нормальность данного раствора больше или меньше теоретической нормальности того же раствора. Его вычисляют следующими способами.

1. Делением нормальности титрованного раствора на точно заданную нормальность. Если, например, нормальность раствора равна 0,09736, то коэффициент нормальности раствора будет равен K = 0,09736 : 0,1 = 0,9736.

2. Делением титра данного раствора на титр точно заданной нормальности этого раствора. Например, титр 0,1 н. раствора серной кислоты оказался TH2SO4 = 0,004932 г/мл, теоретический титр 0,1 н. раствора TH2SO4 = 0,004904 г/мл. Коэффициент нормальности будет равен K = 0,004932 : 0,004904 = 1,0057.

3. Делением объема раствора точной нормальности, израсходованного на титрование раствора с данной нормальностью. Например, на 25,00 мл точно 0,1 н. раствора H2C2O4-2H2O израсходовано 25,10 мл раствора KMnO4. Коэффициент нормальности раствора KMnO4 составит: K = 25,00 : 25,10 = 0,9960.

Коэффициент может также определяться по результатам титрования второго раствора с известным коэффициентом. Например, если на титрование 25,00 мл 0,1 н. раствора соли Мора израсходовано 25,15 мл раствора перманганата калия KMnO4 с К = 0,9960, то коэффициент нормальности раствора соли Мора будет:

К = 25,15 * 0,9960 : 25,00 = 1,0020

что следует из общего положения:

V1K1 = VK, откуда K1 = VK / V1

Титр раствора по установленному К вычисляют путем умножения титра данной теоретической нормальности на коэффициент. Например, титр 0,1 н. раствора KMnO4 с K = 0,9960 на железо будет TKMnO4 = 0,005585 - 0,9960 = 0,005563 г/мл.

Для вычисления результатов анализа в процентах с использованием коэффициента пользуются формулой

X = (VNKЭ * 100) / 1000a

где V - объем титранта, израсходованного на титрование, мл; N - нормальность раствора; K - коэффициент нормальности раствора; Э - эквивалентная масса определяемого вещества; а - навеска анализируемого вещества.

По известному титру результат анализа вычисляют по формуле

Х = (VT * 100) / а