Особливості приготування робочих титрованих розчинів кислот і лугів

 

Для титрування можна застосовувати соляну, сірчану або азотну кислоти. Проте частіш за все користуються соляною кислотою. Вона е більш сильною кислотою, ніж сірчана, і перехід забарвлення індикатора в цьому випадку є більш чітким.

Робочий титрований розчин HCl неможливо приготувати безпосереднім розведенням до певного об'ему відміряної або зваженої кількості концентрованої соляної кислоти (ρ = 1.19 г/см3, (ω = 37%). Це пов'язано з тим, що така кислота летка і визначення її концентрації за густиною є неточним. Отже, взяти iї точну наважку неможливо. Тому готують розчин приблизної концентрації, а потім уточнюють її за допомогою вихідних (стандартних, установчих) речовин. Методика її приготування викладена у методичних вказівках.

Для установки нормальності розчину соляної кислоти частіш за все застосовують буру (тетраборат натрію Na2B2O7•10H2O), рідше безводну соду Na2CO3. Недоліком останньої є невелика молярна маса і помітна гігроскопічність.

При нейтралізації бури соляною кислотою відбуваеться реакція: 

Na2B2O7 + H2O +2НСl = HBO2 + 2NaCl 

 

Отже, для приготування, наприклад, 250мл точного 0,1н розчину бури необхідно взяти наважку: 

 

Як видно з рівняння реакції, в точці еквівалентності розчин повинен містити тільки хлорид натрію і боратну кислоту і мати наступний pH (використовуемо рівняння для слабкої кислоти):

 

З таблиці індикаторів видно, що найбільш придатні для даного титрування метилчервоний (рТ = 5). Прийнятним є і метилоранжевий (рТ = 4), хоча в цьому випадку відбуваетьея деяке перетитрування (Ha 1 - 2 краплі) для досягнення більш кислого середовища, що при дуже відповідальних аналізах може бути враховано за результатом так званого „сліпого" досліду.

В якості робочих розчинів основ звичайно застосовують розчини гідроксидів калію і натрію. Останній має деякі переваги (його легше отримати вільним від домішок карбонатів), тому застосовуеться частіше.

Ідкі луги нe мають властивостей вихідної речовини: вони гігроскопічні і легко реагують з вуглекислим газом повітря. Тому спочатку готують приблизно 0,1н розчин NaOH або КОН, а точну концентрацію встановлюють по вихідним речовинам, якими можуть бути щавлева кислота або титрований розчин соляної кислоти.

Під час приготування і зберігання розчинів лугів слід здійснювати заходи по запобіганню утворення карбонатів з СО2 повітря. Це і використання дистильованої води, вільної Big СО2 (He більше 1,5•10-5моль/л) і захист розчинів за допомогою хлоркальціевих трубок з натронним вапном (NaOH + Ca(OH)2), яке поглинае вуглекислий газ повітря.

 

 

Якість препарату соди визначаеться відсотковим вмістом чистого Na2,C03 (домішками е NaCI, Na2S04, NaOH, гігроскопічна вода). Для цього наважку кальцинованої соди розчиняють у воді і титрують 0,1 н розчином соляної кислоти. При цьому послідовно перебігають такі реакції: 

 

Na2CO3 + НCl = NaHCO3 + NaCI (1)

NаHCOз + HCl = H2CO3 + NаCl (2)

Na2CO3 + 2НCl = H2CO3 +2 NaCI (3)

 

Розглянемо криву титрування соди. Для 0,1н розчину Na2C03 знаходимо pH, користуючись формулою для середніх солей багатоосновних кислот:

 

Під час першої стадії титрування утворюеться буферний розчин, тому зміна pH відбуваеться досить повільно.

В першій точці еквівалентності утворюеться кисла сіль, pH розчину якої розраховуемо за відповідною формулою:

 

Після першої точки еквівалентності знову утворюються буферні розчини Н2СО3 - NaHC03, і крива титрування має пологий характер. Друга точка еквівалентності відповіае pH, який розраховуемо за формулою для слабких кислот:

 

Оскільки Н2СОз нестійка, вона більшою частиною розкладаеться нa СО2 і Н2О. Показано, що у випадку вихідної концентрації NaHCО3 рівної 0,1моль/л концентрація Н2СО3 = 5•10-2 моль/л. Отже

 

pH = 1/2•6,5 - 1/2(0,7 - 2) = 3,25 + 0,65 = 3,9

 

За цими даними побудуемо криву титрування. З неї видно, що для фіксації першої точки еквівалентності найбільш придатним є індикатор фенол-фталеїн (pH = 8 - 10, рТ = 9), а другої метилоранж (pH = 3 - 5, рТ=4).

 

Розрахунок вмісту Na2CO3 у технічній соді розраховуемо за формулами:

 

Зрозуміло, що у розрахункову формулу при титруванні підставляють - при титруванні по фенол-фталеїну Е(Na2C03) = М(Na,C03)/1 = 106 г/моль, а при титруванні по метилоранжу - Е(Na2C03) = М(Na2CО3)/2 = 53 г/моль.

Визначення Na2C03 і NaHCO3 в суміщі доводиться робити, наприклад, при оцінці якості харчової соди, ступеня кальцинації гідрокарбонату натрію у содовому виробництві.

 

Титрування обов'язково проводять за двома індикаторами. Нехай об'ем HCl при титруванні по фенолфталеїну складе V1, а по метилоранжу V2. Зі схеми видно, об'ем HCI, який пішов нa титрування гідрокарбонату, який був у розчині спочатку, дорівнює V2 - 2V1, а маса його в суміші розраховуеться за формулами:

 

Визначення Na2CO3 і NaOH є суміші має значення при контролі чистоти препаратів їдкого лугу і в деяких інших випадках. При титруванні суміші за ф.ф. відбуваеться нейтралізація всього NaOH і Ha половину Na2C03:

 

NaOH + HCl = NaCI + Н2О

Na2CO3 + HCl = NaHCО3 + NaCl

 

Нехай нa ці процеси піде V1 HCl.

Друга точка еквівалентності за м.о. наступить після повної нейтралізації розчину:

 

NаHCOз + HCl =Na2CO3 + NаCl

 

і об'ем HCl складе V2.

З діаграми видно, що нa титрування половини Na2CO3 пішов об'ем HCl (V2 - V1). Тоді для визначення тільки лугу затрачено НС1

 

V2 - 2(V2 – V1) = V2 - 2V2 + 2V1 = 2V1 – V2

 

Для обчислення вмісту каустичної і кальцинованої соди користуемось відомими формулами, приймаючи Е(NaOH)=56г/моль, Е(Na2CО3)=106/2= 53г/моль. 

 

 

Твердість води зумовлена присутністю розчинних солей кальцію і магнію. Важливість визначення ціеї характеристики загальновідома. Розрізняють карбонатну (тимчасову) і некарбонатну (постійну) твердість води. Перша залежить від присутності уводі гідрокарбонатів кальцію і магнію і майже повністю знижуеться, наприклад, при кип'ятінні розчину:

 

Са(НСО3)2 = СаСОз + СО2 + Н2О

 

He, карбонатна твердість зумовлена присутністю хлоридів і сульфатів кальцію і магнію, які, звісно, при кип'ятінні залишаються в розчині. Сума um видів твердості називають загальною твердістю води.

Для визначення карбонатної твердості деякі об'ему води титрують соляною кислотою у присутності метилоранжу. При цьому відбуваються реакції:

 

Са(НСО3)2 + 2НСl = CаCO2 + 2CO2 + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2HCl = мgсг2 + 2CO2 + 2H2O.