Аналитическая химия. Учебное пособие

Главная  ->  Образование  ->  Учебные материалы  ->  Пособие "Аналитическая химия"

Электронный читальный зал Поиск по сайту:


К оглавлению
К предыдущему разделу

2.7.3. Практическое применение методов кислотно-основного титрования

Методы кислотно-основного титрования применяют в контроле производства в химической, текстильной, пищевой промышленности, в технологии пластмасс и волокон, удобрений, в металлургии и т.д.

Методами кислотно-основного титрования определяют концентрацию сильных и слабых кислот, сильных и слабых оснований, в том числе кислых и основных солей. Возможно также определение веществ, не обладающих кислотно-основными свойствами, но вступающих в реакцию с кислотами или основаниями. Содержание этих веществ обычно определяется методами прямого титрования, хотя в некоторых случаях используются методики обратного титрования и титрования по замещению.

Определение жесткости воды. Жесткость воды характеризуют молярной концентрацией эквивалентов кальция и магния (fэ=1/2) и выражают в ммоль/л. Различают карбонатную, или устранимую, жесткость и постоянную. Карбонатная жесткость определяется содержанием в воде гидрокарбонатов. При кипячении они разлагаются

Ca(HCO3)2  CaCO3 + H2O + CO2 ,

Mg(HCO3)2  MgCO3 + H2O + CO2.

И жесткость воды устраняется или уменьшается. При кипячении вместе с карбонатами происходит соосаждение и некоторых других солей, поэтому устранимая жесткость несколько превышает карбонатную.

Постоянная жесткость вызывается наличием в воде других солей, кроме гидрокарбонатов, и при кипячении не уменьшается. Сумма карбонатной и постоянной жесткости воды составляет общую жесткость. Карбонатную жесткость определяют титрованием воды соляной кислотой в присутствии метилового оранжевого

HCO3 + H+  H2O + CO2.

Если на объем воды V(H2O) мл затрачено V(HCl) мл соляной кислоты нормальной концентрации C(HCl), то карбонатная жесткость воды равна C(HCl)×V(HCl)×1000 / V(H2O).

Постоянную жесткость определяют методом обратного титрования. К отмеренному объему воды добавляют титрованный раствор Na2CO3 и выпаривают досуха. Карбонаты кальция и магния при этом выпадают в осадок. Сухой остаток растворяют в воде, не содержащей CO2, и в полученном растворе определяют количество Na2CO3, не вошедшего в реакцию осаждения карбонатов. Если к объему воды V(H2O) мл добавили V(Na2CO3) мл Na2CO3 нормальной концентрации C(1/2 Na2CO3) и на титрование избытка Na2CO3 израсходовали V(HCl) мл соляной кислоты нормальной концентрации C(HCl), то постоянная жесткость воды равна

.

Этим методом определяют именно постоянную жесткость воды, а не общую, так как на осаждение карбонатов кальция и магния, присутствующих в воде в виде гидрокарбонатов, Na2CO3 не расходуется. Для определения жесткости воды в последнее время успешно применяют также комплексонометрические методы.

Определение солей аммония и азота в органических соединениях по Кьельдалю. Ион аммония NH4+ – очень слабая кислота, поэтому прямое титрование его в растворе с кислотно-основным индикатором невозможно. Определяют соли аммония обычно методом обратного титрования и титрования по замещению.

В одном из методов обратного титрования к анализируемому раствору добавляют избыток точно отмеренного стандартного раствора NaOH и нагревают до полного удаления NH3 из раствора, после чего оставшееся количество щелочи определяют титриметрически с метиловым оранжевым. Фенолфталеин в качестве индикатора не рекомендуется, так как возможно искажение результата за счет взаимодействия щелочи с CO2. Массу аммиака рассчитывают по формуле

В другом варианте метода обратного титрования к анализируемому раствору соли аммония добавляют избыток щелочи, и выделившийся аммиак отгоняют в определенный заведомо избыточный объем титрованного раствора кислоты. Количество кислоты, оставшейся в растворе после взаимодействия с аммиаком, определяют титрованием щелочью по метиловому оранжевому. Применение фенолфталеина и других индикаторов с pT>7 недопустимо, так как в реакцию могут вступить ионы аммония, присутствующие в растворе. Результат анализа рассчитывают по формуле обратного титрования

Отгонка аммиака используется в широко известном методе определения азота в органических соединениях по Кьельдалю. В простейшем варианте этого метода пробу обрабатывают при нагревании концентрированной серной кислотой в присутствии солей ртути (катализатор), в результате чего органические соединения окисляются до CO2 и H2O, а азот переходит в NH4HSO4. После охлаждения к остатку добавляют раствор щелочи и отгоняют NH3 в отмеренный объем титрованного раствора кислоты, а затем определяют избыток кислоты, не вошедшей в реакцию с аммиаком, и рассчитывают массу азота в пробе по формуле обратного титрования. Методом Кьельдаля можно определять азот в аминах, аминокислотах, алкалоидах и многих других азотсодержащих соединениях. Некоторые соединения можно проанализировать методом Кьельдаля только после предварительного разложения или восстановления хлоридом олова (II) или цинковой пылью (азосоединения, производные гидразина и т.д.).

Поглощать выделяющийся аммиак можно раствором борной кислоты. Образующийся борат-ион легко титруется соляной кислотой (по метиловому оранжевому) в присутствии избытка борной. Этот прием можно рассматривать как титрование по замещению.

Еще одним методом определения ионов NH4+ является формальдегидный метод, основанный на реакции иона аммония с формальдегидом

NH4+ + 6 CH2 (CH2)6N4 + 4 H+ + 6 H2O.

Количество образующейся кислоты, согласно уравнению реакцииВ реакции образуется также уротропин (CH2)6N4., эквивалентно количеству солей аммония. В анализируемый нейтральный раствор вводят формальдегид, и выделившуюся кислоту титруют щелочью по фенолфталеину, так как реакция ионов аммония с формальдегидом обратима, но в слабощелочном растворе идет до конца. На практике часто приходится заранее определять поправку на муравьиную кислоту HCOOH, присутствующую в формальдегиде. Результат анализа рассчитывают по формуле

 .

Определение фосфора. Согласно данным, приведенным в разделе 2.7.2, фосфорная кислота может быть оттитрована как одно- или как двухосновная. При добавлении CaCl2 в раствор фосфорной кислоты образуется трехзамещенный малорастворимый фосфат кальция, и выделяется эквивалентное количество ионов водорода, благодаря чему фосфорная кислота титруется как трехосновная. Пирофосфорная кислота H4P2O7 титруется как двухосновная.

Для определения фосфора в рудах, концентратах и продуктах различной технологической переработки часто используют молибдофосфатный метод с титриметрическим окончанием. В азотнокислой среде фосфор осаждается молибдатом аммония в виде желтого осадка молибдофосфата аммония (NH4)3[PMo12O40], который после фильтрования и промывания растворяется в избытке титрованного раствора NaOH

(NH4)3[PMo12O40] + 27 OH  12 MoO42– + PO43– + 3 NH3 +15 H2O.

Избыток щелочи оттитровывается кислотой в присутствии фенолфталеина. В реакции титрования, кроме избытка NaOH, принимают участие ионы PO43– и молекулы NH3, что вызывает дополнительный расход кислоты в количестве 4H+ на каждый атом фосфора. Молярная масса эквивалента фосфора в этом методе будет составлять поэтому M(1/23P). Малая величина эквивалентной массы в значительной степени компенсирует многие методические недостатки этого способа, связанные с неполнотой оттитровывания аммиака в точке конца титрования с фенолфталеином, улетучиванием аммиака при титровании, поглощением CO2 из воздуха и т.д.

Определение спиртов. Спирты и многие другие органические вещества могут быть определены методом кислотно-основного титрования по замещению. При анализе спирта ROH к пробе добавляют определенный объем раствора уксусного ангидрида (CH3CO)2O в пиридине или другом подходящем растворителе, в котором легко и быстро протекает реакция между спиртом и ангидридом

(CH3CO)2O + ROH  CH3COOR + CH3COOH.

После окончания этой реакции к раствору добавляют воду для перевода оставшегося ангидрида в кислоту

(CH3CO)2O + H2O  2CH3COOH.

И титрованием щелочью определяют общее количество уксусной кислоты, образовавшейся в результате обеих реакций.

Вторую такую же порцию раствора уксусного ангидрида растворяют в воде и вновь определяют количество образовавшейся уксусной кислоты. При взаимодействии уксусного ангидрида со спиртом из одной молекулы ангидрида получается одна молекула уксусной кислоты, а при растворении ангидрида в воде – две молекулы кислоты. Разница в объемах щелочи, затраченной на титрование, дает возможность рассчитать массу спирта

 ,

где V1 – объем щелочи, израсходованный на титрование кислоты, которая образовалась при растворении ангидрида в воде после реакции со спиртом; V2 – объем щелочи, израсходованный на титрование кислоты, которая образовалась при растворении ангидрида в воде.

 

К следующему разделу

К оглавлению


©  Н.Г. Домина, С.А. Зуйкова, А.И. Хлебников, Н.А. Чемерис

 


 

  

Рейтинг@Mail.ru