1 КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
2 Классификация методов количественного анализа Химические Физико-химические (инструментальные) 1. Гравиметрические 1. Оптические 2. Титриметрические 2. Хроматографические 3. Электрохимические
3 Титриметрический анализ – метод количественного анализа, основанный на измерении объема (или массы) титранта Т, затраченного на реакцию с определяемым (анализируемым) веществом Х Х + Т продукты реакции
4 Основные понятия Титрование – процесс постепенного добавле-ния небольших порций титранта к раствору анализируемого вещества Титрант – раствор, который добавляют из калиброванной бюретки в колбу для титрования с анализируемым веществом
5 Аликвота – точно известный объем раствора, взятый для анализа (берется пипеткой) Точка эквивалентности – момент титрования, когда количество титранта эквивалентно количеству анализируемого вещества Конечная точка титрования – момент титрования, когда происходит изменение окраски индикатора Индикатор – вещество, которое изменяет свой цвет при изменении какого-либо свойства раствора
6 Способы выражения концентрации растворов Молярная концентрация С – отношение количества вещества (в молях), содержащегося в растворе, к объему раствора, моль/л или М n m С = ——— = —————— V M · V n – количество вещества, моль V – объем раствора, л m – масса вещества, г M – молярная масса вещества, г/моль
7 Молярная концентрация эквивалента С экв – отношение количества вещества эквивалента (в молях), содержащегося в растворе, к объему раствора n экв m С экв = ——— = —————— V M экв · V M экв – молярная масса эквивалента вещества, г/моль M экв = f экв · М
8 f экв = 1/ z z – число протонов (или гидроксид-ионов) принимающих участие в кислотно-основной реакции (относительно одной молекулы) или число электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительной реакции (относительно одной молекулы) f экв рассчитывается для каждого вещества на основании стехиометрии реакции, которая должна быть указана
9 Молярная конц-ция эквивалента нормальная концентрация Т.е. С экв = С н. Титр Т – масса растворенного вещества Т, содержащегося в 1 мл раствора, г/мл m С экв ( Т ) · M экв ( Т ) Т = ———— = ———————— V 1000
10 Титр титранта по определяемому веществу (титриметрический фактор пересчета) – масса определяемого вещества Х, эквивалентная 1 мл титранта Т, г/мл С экв (Т) · M экв ( X ) Т(Т/Х) = ———————— 1000 Взаимосвязь между Т(Т) и Т(Т/Х) Т(Т) · M экв ( X ) Т(Т/Х) = ———————— M экв (Т)
11 Взаимосвязь между титром и молярной концентрацией эквивалента m (г) m · 1000 Т = ———, С экв = —————— V (мл) M экв · V (мл) T · 1000 С экв = ————— M экв C экв · M экв Т = —————— 1000
12 Взаимосвязь между молярной концентрацией С и молярной концентрацией эквивалента С экв С = f экв · С экв Вывод: T · 1000 С = ————— M C экв · M экв Т = —————— 100 0
13 C экв · M экв · 1000 С = —————————— 1000 · M C экв · M экв С = ———————— M Т.к. M экв = f экв · M C экв · M экв C экв · f экв · M С = —————— = —————— M М С = f экв · С экв
14 Закон эквивалентов : Все вещества реагируют друг с другом в строго эквивалентных количествах Х + Т продукты реакции n(X) = n( Т ) Т.к. n = С экв · V С экв ( X ) · V ( X ) = С экв (Т) · V (Т)
15 Способы приготовления стандартных растворов 1. По точной навеске 2. По раствору установочного (стандартного) вещества 3. Из стандарт-титра (фиксанала) - запаянной стеклянной ампулы, содержащей известное количество вещества
16 Стандартные раствор ы (или титрованные растворы) – растворы с точно известной концентрацией Стандартизация – процесс нахождения точной концентрации раствора По точной навеске – первичный стандарт Стандартизация по раствору установочного (стандартного) вещества – вторичный стандарт
17 Приготовление титранта (стандартного раствора вещества) по точной навеске: 1. Рассчитавают массу вещества для приготовления раствора 2. Вещество отвешивают на аналитических весах и растворяют в мерной колбе 4. Рассчитывают точную концентрацию раствора 5. Рассчитывают поправочный коэффициент
18 Требования, предъявляемые к веществам 1. Состав вещества должен соответствовать формуле (H 2 C 2 O 4 ·2H 2 O, Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O) 2. Вещество должно быть химически чистым (содержание примесей должно быть не более 0,1%) 3. Вещество должно быть хорошо растворимо в воде 4. Вещество должно быть устойчивым при хранении как в чистом виде, так и в растворе Титранты: K 2 Cr 2 O 6, KBrO 3 и др.
19 Расчет массы вещества для приготовления раствора С(В) · M (1/ z В) · V (мл) m(B) = ———————————— 1000 или m(B) = С(1/ z В) · M (1/ z ) · V (л) Отвешиваем навеску на аналитических весах, растворяем в мерной колбе
20 Расчет массы вещества для приготовления раствора С экв (Т) · M экв (Т) · V (мл) m( Т ) = ———————————— 1000 или m( Т ) = С экв (Т) · M экв (Т) · V (л) V – объем мерной колбы, в которой будет растворяться вещество (титрант), в литрах Отвешиваем навеску на аналитических весах, растворяем в мерной колбе
21 Расчет точной концентрации (практически полученной) раствора m (Т) т.н. · 1000 С экв (Т) практ = —————— M экв (Т) · V (мл) m (Т) или С экв (Т) практ = —————— M экв (Т) · V (л)
22 Для уравнивания практической концентрации раствора с теоретической (заданной) вводится поправочный коэффициент – число, выражающее отношение действительной (практической) концентрации вещества в растворе к его заданной (теоретической) концентрации С экв ( T ) (прак) K = ————— С экв ( T ) (теор)
23 Приготовленный титрант переливается в склянку, оформляется этикетка: Титрант Заданная концентрация С ( f экв Т) (или C экв или С н. ) Поправочный коэффициент KBrO 3 0,1 M (1/6 KBrO 3 ) (или 0,0167 М или 0,1 н. KBrO 3 ) K = 1,008
24 Приготовление титрованного раствора по установочному веществу 1. Готовится раствор титранта приблизительно нужной концентрации 2. Готовится раствор установочного вещества 3. Проводится стандартизация титранта (титрование) 4. Рассчитывается поправочный коэффициент стандартного раствора
25 Приготовление раствора установочного вещества Требования, предъявляемые к установочным веществам: 1. Состав вещества должен соответствовать формуле 2. Вещество должно быть химически чистым 3. Вещество должно быть х. р. в воде 4. Вещество должно быть устойчивым при хранении как в чистом виде, так и в растворе
26 5. Установочное вещество должно реагировать с титрантом быстро и в стехиометрических количествах (согласно уравнению реакции) 6. В растворе не должно протекать побочных реакций 7. Установочное вещество должно иметь, по возможности, большую величину молярной массы эквивалента (меньше ошибка взвешивания) 8. Должна иметься возможность выбора индикатора
27 Раствор установочного вещества готовится аналогично приготовлению раствора титранта по точной навеске (раствор с точно известной концентрацией). Для этого р ассчитывается навеска установочного в- ва : С экв ( Y ) · M экв ( Y ) · V (мл) m( Y ) = ———————————— 1000
28 Навеска отвешивается на аналитических весах, растворяется в мерной колбе и рассчитывается практическая концентрация раствора установочного вещества: m ( Y ) т.н. · 1000 С экв ( Y ) практ = ——————— M экв ( Y ) · V (мл)
29 Далее проводится титрование раствора установочного вещества раствором титранта (к аликвоте установочного вещества из бюретки добавляем раствор титранта ). Протекает реакция: Y + T продукты реакции
30 Исходя из закона эквивалентов рассчитывается точная концентрация титранта и его поправочный коэффициент: С экв ( Y ) · V ( Y ) = С экв ( T ) · V ( T ) С экв ( Y ) · V ( Y ) С экв ( T ) практ = ———————— V ( T ) С экв (Т) практ K = ————— С экв (Т) теорет Оформляется этикетка
31 Приготовление титранта из стандарт-титра Ампула с веществом разбивается, вещество растворяется в мерной колбе, раствор переливается в склянку, оформляется этикетка
32 Виды и методы титрования Прямое титрование Обратное тирование Косвенное титрование Метод отдельных навесок Метод пипетирования (метод аликвот)
33 Прямое титрование – титрование, в котором определяемое (анализируемое) вещество Х непосредственно титруется титрантом Т Х + Т продукты реакции С экв ( X ) · V ( X ) = С экв (Т) · V (Т)
34 Титрование методом отдельных навесок Определяемое вещество Х взвешивается на аналитических весах Навеска количественно переносится в колбу для титрования и добавляется небольшое количество растворителя (произвольно) Проводится титрование Рассчитывается масса или массовая доля (%) вещества в образце
35 Расчет массы определяемого вещества в образце: m(X) = V( Т ) ·K·T( Т /X) С экв (Т) · M экв ( X ) Т(Т/Х) = ———————— 1000
36 Расчет массовой доли (%) определяемого вещества в образце: V( Т ) ·K·T( Т /X)· 100 (X) = —————————, % а(Х) С экв (Т) · M экв ( X ) Т(Т/Х) = ———————— 1000
37 Если параллельно проводиться контрольный (холостой) опыт: m(X) = ( V( Т ) оп – V( Т ) к.оп ) ·K·T( Т /X) ( V( Т ) оп – V( Т ) к.оп ) ·K·T( Т /X)· 100 (X) = ———————————————, % а(Х)
38 Титрование методом пипетирования Определяемое вещество Х взвешивается на аналитических весах, навеска количественно переносится в мерную колбу, аликвота этого раствора переносится в колбу для титрования Проводится титрование, рассчитывается масса или массовая доля (%) вещества в образце
39 Расчет массы и массовой доли (%) определяемого вещества в образце: V к m (X) = V( Т ) ·K·T( Т /X) · —, г V п V( Т ) ·K·T( Т /X)· 100 V к (X) = ————————— · —, % а(Х) V п
40 С учетом холостого опыта: V к m (X) = ( V( Т ) оп – V( Т ) к.оп ) · K·T( Т /X) · ——, г V п ( V( Т ) оп – V( Т ) к.оп ) · K·T( Т /X)· 100 V к (X) = —————————————— · —, % а(Х) V п
41 Обратное титрование применяется для веществ, реагирующих с титрантом медленно, но практически необратимо. В обратном титровании применяются два титрованных раствора Т 1 и Т 2. Х + Т 1 (избыток) продукты реакции Т 1 (остаток) + Т 2 продукты реакции
42 Титрование методом отдельных навесок: Расчет массы: m(X) = ( V( Т 1 ) K – V( Т 2 ) K ) ·T( Т /X) С экв (Т) · M экв ( X ) Т(Т/Х) = ———————— 1000 С(Т 1 ) = С(Т 2 )
43 Расчет массовой доли: ( V( Т 1 ) K – V( Т 2 ) K ) ·T( Т /X)· 100 (X) = ——————————————, % а(Х)
44 Если параллельно проводиться контрольный (холостой) опыт: m(X) = ( V( Т 2 ) к.оп – V( Т 2 ) оп ) ·K·T( Т 2 /X) ( V( Т 2 ) к.оп – V( Т 2 ) оп ) ·K·T( Т 2 /X)· 100 (X) = ———————————————, % а(Х)
45 Титрование методом пипетирования Расчет массы и массовой доли (%) определяемого вещества в образце: V к m (X) = ( V( Т 1 ) K – V( Т 2 K ) ·T( Т /X) · — V п ( V( Т 1 ) K – V( Т 2 ) K ) ·T( Т /X)· 100 V к (X) = ————————————— · —— а(Х) V п
46 С учетом холостого опыта: ( V( Т 2 ) к.оп – V( Т 2 ) оп ) · K·T( Т 2 /X)· V к m (X) = —————————————— V п ( V( Т 2 ) к.оп – V( Т 2 ) оп ) · K·T( Т 2 /X)· 100 V к (X) = ——————————————— · — а(Х) V п
47 Заместительное титрование – определяемое вещество непосредственно с титрантом не реагирует. При добавлении вспомогательного реагента В (в избытке для полноты протекания реакции), выделяется заместитель З Х + В З + другие продукты реакции З + Т продукты реакции n(X) = n( З ) = n( Т ) n(X) = n( Т )
48 Расчетные формулы как для прямого титрования m(X) = V( Т ) ·K·T( Т /X) Вывод формулы: n экв (X) = n экв ( Т ) m(X) С экв (Т) · V (Т) n экв (X) = ————— n экв ( Т ) = ————— M экв ( X ) 1000 m(X) С экв (Т) · V (Т) ————— = ——————— M экв ( X ) 1000
49 С экв (Т) · V (Т) · M экв ( X ) m(X) = ——————————— 1000 С экв (Т) · M экв ( X ) Т.к. Т(Т/Х) = ———————— 1000 m(X) = V( Т ) ·T( Т /X) m(X) = V( Т ) ·K·T( Т /X)
50 Методы титриметрического анализа 1. Кислотно-основное титрование (в основе реакция нейтрализации) 2. Окислительно-восстановительное титрова-ние (в основе ОВР) 3. Осадительное титрование (в основе реакция осаждения) 4. Комплексиметрическое титрование (в основе реакция комплексообразования)
51 Основные требования, предъявляемые к реакциям в титриметрическом анализе 1. Реакция должна протекать быстро, количест-венно, в соответствии с уравнением реакции 2. Не должно протекать побочных реакций 3. Должна быть возможность выбора индикатора.
