1. Лабораторная работа. Определение содержания хлороводородной и борной кислот при совместном присутствии методом потенциометрического титрования

Потенциометрическое титрование

Оглавление

• Теоретическая часть
• Экспериментальная часть
•          1. Методика выполнения работы
•          2. Обработка результатов анализа

 

Теоретическая часть

Потенциометрическое определение концентрации водородных ионов или величины рН основано на измерении электродного потенциала, возникающего при погружении электродов в анализируемый раствор.

Измерение электродного потенциала осуществляется с  помощью систем, состоящих из двух электродов. Один из них - индикаторный (стеклянный, платиновый) электрод  - чувствителен к ионам, присутствующим в растворе, и потенциал, возникающий на нем, зависит от концентрации ионов в анализируемом растворе. Другой электрод - электрод сравнения (каломельный или хлорсеребряный) - не чувствителен к ионам раствора и потенциал его постоянен.

При погружении в раствор стеклянного  электрода, представляющего собой тонкослойный шарик из литиевого стекла, происходит обмен ионами между раствором и поверхностью шарика. Ионы лития проникают из стекла в раствор, а ионы водорода - из раствора в стекло. На поверхности стеклянного электрода устанавливается потенциал, величина которого определяется концентрацией водородных ионов.

Титрование хлороводородной кислоты в борной (К(Н₃ВО₃)=10^-7;  рК (Н₃ВО₃)=9,24)   осуществляется  с большой точностью.

Борную кислоту по кислотно-основному методу оттитровать непосредственно нельзя из-за малой величины константы диссоциации. Однако, если к раствору после завершения титрования хлороводородной кислоты прибавить соответствующий лиганд (манит, глицерин и т.д.), усиливающий кислотные свойства  борной кислоты (при этом борная кислота образует комплексную борно-глицериновую (борноманнитовую) кислоту, обладающую относительно большой константой диссоциации (К^а = 10^-5)), то ее можно определить количественно.

 

Экспериментальная часть

Цель работы: Ознакомиться с методом потенциометрического титрования; по результатам титрования вычислить массу навесок хлороводородной и борной кислот в анализируемом растворе.

Оборудование и реактивы:

рН-метр, электромагнитная мешалка, штатив, бюретка, 2 сосуда для титрования;

0,1000 М раствор NaOH, глицерин, растворы HCl и H₃BO₃ с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.

 

Методика выполнения работы

Включить рН-метр. Промыть электрод и магнитную мешалку дистиллированной водой и просушить фильтровальной бумагой. Налить в сосуд для титрования раствор борной кислоты Н₃ВО₃ такое количество, чтобы шарик из литиевого стекла был погружен в раствор. Погруженный с сосуд электрод не должен доходить до дна на 4-6 мм. После того как показания примут устойчивые значения, записать в журнале величину рН раствора кислоты.

рН₁ =

Найденная величина рН показывает, что в случае титрования смеси НСI и Н₃ВО₃  до достижения этого значения рН, борная кислота еще не вступает в реакцию со щелочью.

Затем в сосуд для титрования с раствором Н₃ВО₃   добавить 5 мл глицерина. Смесь размешать на магнитной мешалке. Измерить рН₂

рН₂ =

(Почему и как изменилось значение рН₂ по сравнению с рН₁?)

Промыть и просушить фильтровальной бумагой магнитную мешалку. Промыть электроды 2-3 раза дистиллированной водой и просушить фильтровальной бумагой.

Получить задачу для анализа. Долить содержимое сосуда, если нужно, дистиллированной водой, чтобы стеклянный шарик из литиевого стекла был погружен в этот раствор. Положить мешалку, перемешать магнитной мешалке. Определить рН.

Провести ориентировочное титрование. Для этого к содержимому в титрационный сосуд прибавить 1 мл NaOH. Перемешать. Определить рН… и так до тех пор, пока не обнаружится первый скачок рН, отвечающий оттитрованию НСI. Данные записать в таблицу 1.

Затем к раствору прибавить 5 мл глицерина. Перемешать до полного растворения. Продолжать титрование с градиентом приливания 1 мл до обнаружения второго резкого скачка рН, соответствующего значению рН конца титрования бороглицериновой кислоты. Данные ориентировочного титрования записать  в таблицу:

Таблица 1

Объем NaOH, мл	рН
0
1
2 и т.д.

По результатам ориентировочного титрования определите скачки рН, отвечающие оттитровыванию HCl и H₃BO₃.

Затем выполняют точное титрование анализируемого раствора (во втором сосуде для титрования) в тех же условиях, с градиентом приливания 0,5 мл в области скачков титрования. Данные записать в таблицу 2.

Таблица 2

Объем NaOH, мл	∆V, мл	рН	∆ рН	∆ рН / ∆V
0
1
2 и т.д.

 

 По данным титрования  построить два графика в координатах:

рН                                                                      ∆ рН/∆ V

                     

                                              V (NaOH), мл                                    V₁             V₂       V (NaOH), мл

V₁ -  Объем щелочи, затраченной на титрование НСI

V₂  - Объем щелочи, затраченной на титрование НСI и Н₃ВО₃

 

Обработка результатов анализа

Вычисления проводят на основе построенных кривых титрования.

1. По первому скачку рН (V₁) найти массу НСI во взятом для титрования объеме:

m (НСI) = V₁(NaOH)*C(NaOH)* M(НСI)

2. Найти массу Н₃ВО₃ (в соответствии с объемом затраченной на титрование щелочи):

m (Н₃ВО₃) = (V₂ (NaOH) - V₁ (NaOH))* C(NaOH)* M(Н₃ВО₃)

 По окончании работы электроды промыть 2-3 раза дистиллированной  водой и оставить опущенными в стакан с дистиллированной водой. рН-метр и магнитную мешалку отключить от сети. 

2. Лабораторная работа. Определение cодержания органической кислоты в растворе и ее константы кислотности методом потенциометрического титрования

Потенциометрическое титрование

Оглавление

• Теоретическая часть
• Экспериментальная часть
•          1. Методика выполнения работы
•          2. Обработка результатов анализа

 

Теоретическая часть

Потенциометрическое определение концентрации водородных ионов или величины рН основано на измерении электродного потенциала, возникающего при погружении электродов в анализируемый раствор.

Измерение электродного потенциала осуществляется с  помощью систем, состоящих из двух электродов. Один из них - индикаторный (стеклянный, платиновый) электрод  - чувствителен к ионам, присутствующим в растворе, и потенциал, возникающий на нем, зависит от концентрации ионов в анализируемом растворе. Другой электрод - электрод сравнения (каломельный или хлорсеребряный) - не чувствителен к ионам раствора и потенциал его постоянен.

При погружении в раствор стеклянного  электрода, представляющего собой тонкослойный шарик из литиевого стекла, происходит обмен ионами между раствором и поверхностью шарика. Ионы лития проникают из стекла в раствор, а ионы водорода - из раствора в стекло. На поверхности стеклянного электрода устанавливается потенциал, величина которого определяется концентрацией водородных ионов.

Титрование хлороводородной кислоты в борной (К(Н₃ВО₃)=10^-7;  рК (Н₃ВО₃)=9,24)   осуществляется  с большой точностью.

Борную кислоту по кислотно-основному методу оттитровать непосредственно нельзя из-за малой величины константы диссоциации. Однако, если к раствору после завершения титрования хлороводородной кислоты прибавить соответствующий лиганд (манит, глицерин и т.д.), усиливающий кислотные свойства  борной кислоты (при этом борная кислота образует комплексную борно-глицериновую (борноманнитовую) кислоту, обладающую относительно большой константой диссоциации (К^а = 10^-5)), то ее можно определить количественно. 

 

Экспериментальная часть

Цель работы: Ознакомиться с методом потенциометрического титрования; по результатам титрования определить содержание органической кислоты в растворе и константу кислотности рК_а.

Оборудование и реактивы:

рН-метр рН-150МА, электромагнитная мешалка, штатив, бюретка, 2 сосуда для титрования.

0,1000 М раствор NaOH, органическая кислота, 10%-ный водный раствор этилового спирта.

Потенциометрическое определение концентрации водородных ионов или величины рН основано на измерении электродного потенциала, возникающего при погружении электродов в анализируемый раствор.

  

Методика выполнения работы

1. Приготовление раствора кислоты:

Навеску кислоты  (50 мг) растворяют при незначительном нагревании в 50 мл 10%-ного водного этанола (молярная концентрация кислоты ≈ 0,01 моль/л).

2. Бюретку для титрования заполнить раствором щелочи.

3. Стакан с исследуемым раствором и маленькой мешалкой поставить на магнитную мешалку (предварительно включив ее в сеть).

4. Включить рН-метр в сеть, нажать кнопку «вкл/выкл». Для измерения рН установить кнопкой «ВЫБОР» единицы измерения «рН». Промыть электроды дистиллированной водой и погрузить в измеряемый раствор на глубину 4-5 см. Если необходимо, долить содержимое стакана дистиллированной водой, чтобы стеклянный шарик из литиевого стекла был погружен в раствор. После того как показания примут устойчивые значения, считать результат измерения с дисплея.

5. Провести титрование с градиентом приливания 0,5 мл, измеряя и записывая значение рН после каждого добавления раствора щелочи и при постоянном перемешивании раствора. Титровать до тех пор, пока значение рН не достигнет 12. Данные титрования записать  в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты потенциометрического титрования.

V (NaOH), мл	рН
0
0,5
1 и т.д.

 

По окончании работы электроды промыть 2-3 раза дистиллированной  водой и оставить опущенными в стакан с дистиллированной водой. рН-метр и магнитную мешалку отключить от сети.

 

Обработка результатов анализа

По полученным результатам строят два графика (графики строят на миллиметровой бумаге или с помощью программы EXCEL): 

1) кривую титрования слабой кислоты щелочью - зависимость рН от добавленного объема щелочи,                            

2) дифференциальную кривую титрования зависимость ∆ рН / ∆V от добавленного объема щелочи.

Таблица 2.

V (NaOH), мл	рН	∆V, мл	∆ рН	∆ рН / ∆V
0
0,5
1 и т.д.

 

По построенным кривым графически определяют:

1. Объем раствора щелочи в точке эквивалентности:

V (NaOH)=

2. Вычисляют содержание кислоты в растворе в граммах:

m  =  с(NaOH)∙ V (NaOH)· М,

где  М – молекулярная масса кислоты, г/моль.

3. Значение рН в точке, соответствующей половине объема в точке эквивалентности. Это значение равно значению рК_а данной кислоты.

4. Полученное экспериментальным путем значение рК_а сравнить со справочным.