Лекция: Лабораторна робота № 14

Тема: «Визначення речовини за кривою кондуктометричного титрування»
Мета: Навчитись будувати криві кондуктометричного титрування, визначати молярну концентрацію еквівалента

Кондуктометричним титруванням називають метод визначення концентрації або вмісту речовини з кондуктометричних кривих титрування. У методі кондуктометричного титрування вимірюють електропровідність розчину (W ) після послідовного додавання невеликих порцій стандартного розчину (титранту) і будують криву титрування W- V (титранта).Точку еквівалентності знаходять графічним методом за різкою зміною електропровідності. Взагалі для побудови кривої титрування часто не обов’язково розраховувати значення електропровідності, а можна обмежитися величиною 1/R, що обернено пропорційна до W (див. рівняння (1).

 

Кондуктометричне визначення вмісту речовин ґрунтується на тому, що при титруванні за рахунок взаємодії титранту з речовиною змінюється іонний склад розчину і концентрація іонів.

 

Для того, аби похибки титрування були мінімальними потрібно, щоб:

 

-реакція між титрантом і речовиною, що визначають, була необоротна;

 

-реакція проходила швидко і стехіометрично;

 

-концентрація титранту має бути в 10 разів більшою за концентрацію розчину, який титрують, щоб його об’єм у комірці при титруванні мало змінювався.

 

Кондуктометричне титрування потребує більше часу ніж титрування з кольоровими індикаторами, але цей метод має ряд суттєвих переваг. Його можна використовувати:

 

-при аналізі каламутних, забарвлених розчинів або розчинів з осадами, в яких неможливо визначити точку еквівалентності;

 

-при титруванні суміші кислот або лугів, коли неможливо підібрати індикатор;

 

-при визначенні концентрації дуже слабких або розбавлених кислот чи лугів.

 

При кондуктометричному титруванні виключається можливість перетитрування розчину, що має місце в разі індикаторного титрування.

 

Характер зміни електропровідності, а відповідно і вид кондуктограми визначаються природою реагуючих речовин.

 

 

^ Крива титрування сильної кислоти сильним лугом

 

Розглянемо титрування розчину сильної кислоти HCl сильним лугом NaOH:

 

H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O.

 

Електрична провідність (W) розбавленого розчину хлороводневої кислоти (=1) до додавання лугу визначається, перш за все, наявністю іонів водню, які мають найвищу серед іонів рухливість (див. табл. 1). При додаванні до розчину кислоти титранту NaOH електрична провідність різко зменшується внаслідок заміщення іонів Н+ менш рухливими іонами Na+. Зменшення електричної провідності буде мати місце до точки еквівалентності (т.е.), тобто до моменту, коли вся кислота буде відтитрована лугом (рис. 2, пряма АВ).

 

А

С

 
 

 


 

В

т.е. VNaOH, мл

Рис.2. Крива кондуктометричного титрування сильної кислоти HCl сильним лугом NaOH

 

 

У точці еквівалентності електрична провідність мінімальна внаслідок того, що в розчині знаходяться тільки іони Na+ і Cl-, які мають низьку рухливість. Після точки еквівалентності подальше додавання лугу приводить до різкого збільшення електропровідності (рис. 2, пряма ВС), що зумовлено збільшенням загальної кількості іонів і особливо іонів OH-, які мають досить високу рухливість, але значно меншу ніж рухливість іонів H+. Тому збільшення електричної провідності по ВС буде більш похилим, ніж зменшення по АВ внаслідок того, що рухливість іону OH- майже в 2 рази менше рухливості іону H+.

 

Точку еквівалентності знаходять графічним методом. Знаючи об’єм і концентрацію лугу, що пішов на титрування певного об’єму розчину кислоти, розраховують концентрацію кислоти та її масу:

Маса речовини

m=Vp(кг.г);

m=Mv(кг.г);

Масова частка

m

w= ―

Mr

 

 

де С, С – молярні концентрації кислоти та лугу, відповідно, моль/л; V –об’єм кислоти, що титрувався, мл; V — об’єм розчину лугу, що пішов на повну нейтралізацію, мл; — маса хлороводневої кислоти, г М- молярна маса хлороводневої кислоти, г/моль.

Крива титрування слабкої кислоти сильним лугом NaOH

Розглянемо титрування слабкої оцтової кислоти сильним лугом (рис.3)

W

 

C

 

 

B

 
 

B A

 

 

т.е. VNaOH, мл

Рис.3. Крива кондуктометричного титрування слабкої кислоти сильним лугом NaOH

Електрична провідність розчину до точки еквівалентності незначно зростає (рис.3, пряма АВ) внаслідок заміщення малодисоційованих молекул кислоти добре дисоційованими молекулами солі, однак оскільки рухливість утворених іонів Na+ і CH3COO-мала, то і зростання електричної провідності незначне. Після точки еквівалентності має місце різке зростання електричної провідності, що пов’язане з появою в розчині іонів OH з високою рухливістю (рис.3, пряма ВС).

Крива титрування суміші слабкої і сильної кислот сильним лугом:

При титруванні суміші слабкої і сильної кислот сильним лугом (рис. 4 ) крива титрування має два зломи, що відповідають двом точкам еквівалентності: перша показує об’єм лугу, який пішов на титрування сильної кислоти (рис.4, точка В), а друга дає загальний об’єм лугу, витраченого на титрування обох кислот (рис.4, точка С).

 

Різке зниження електричної провідності при титруванні сильної кислоти (рис.4, пряма АВ) пов’язане із зменшенням концентрацій іонів H+, які мають найвищу рухливість. Незначне зростання електропровідності при титруванні слабкої кислоти (рис.4, пряма ВС) пов’язане із появою в розчині менш рухливих іонів і .

 

W A

D

 
 

т.е.(1) т.е.(2) VNaOH, мл

 

 

Рис.4. Крива титрування суміші сильної і слабкої кислот сильним лугом

Досить різке зростання електропровідності на останній ділянці кривої титрування (рис.4, пряма СD) пов’язане із появою рухливих іонів

Визначення солевмісту води

Виконати вправи

1. Розрахуйте сталу комірки, яка заповнена 0,02Н розчином і має питому електропровідність 2,768 *10-3 Ом-1* см-1. Опір комірки з розчином 324,2 Ом.

2. Розрахуйте масову долю оцтової кислоти в розчині, якщо його питома електропровідність дорівнює 0,75 Ом-1* см-1, а залежність між концентрацією оцтової кислоти у воді і питомою електропровідністю може бути представлена таким чином:

Ссн3соон, моль/дм 0,167 0,833 1,666 2,500 3,333

ǽ, Ом-1 * см-1 3,50 1,46 0,90 0,64 0,47.

 

Робота в лабораторії

Прилади, посуд і реактиви

1. Прилад для вимірювання опору.

2. Кондуктометрична комірка.

3. Мірні колби місткістю 100 мл.

4. Піпетки місткістю 5, 10, 20, 25, 50 мл.

5. Стандартний 0,02М розчин .

6. Робочий розчин із солевмістом 10 г/л.

У водах, до складу яких входять переважно неорганічні сполуки (більшість поверхневих вод), питома електропровідність є приблизним показником концентрації неорганічних електролітів.

Порядок вимірювання питомої електропровідності

Безпосередньо в прямій кондуктометрії вимірюється не питома електропровідність, а електричний опір досліджуваного розчину (. Це проводиться компенсаційним методом — методом урівняння невідомої величини опору досліджуваного розчину опором, який виставляють на магазині опорів. Опір розчину виміряють за допомогою змінного струму високої частоти. При використанні постійного струму протікає електроліз розчину і поляризація електродів, що різко змінює опір розчину. Застосовують платинові електроди з досить великою активною поверхнею, для чого на платинову поверхню електродів додатково наносять шар пухкої аморфної платини.Для вимірювання опору розчину застосовують місток Уітстона. Місток Уітстона складається з чотирьох гілок AB, BC, AD і DC. Джерело змінного струму з’єднане з точками А і С, а прилад для виявлення струму (нуль-інструмент) (И) — з точками B і D. Кожна гілка містка має відповідний опір (опір комірки з досліджуваним розчином) і крізь них проходить електричний струм – крізь гілки АВ і ВС -, а крізь AD і DC- Нуль-інструмент (И) не покаже наявності електричного струму лише в тому випадку, коли різниця потенціалів у точках В і дорівнюватиме нулю. Це можливо, коли спади напруги і на ділянках АВ і будуть однаковими. Тоді будуть однаковими і спади напруги і на ділянках ВС і СD.

Практично при вимірюванні, як правило, опори і беруть однаковими і тільки змінюють опір таким чином, щоб струму на ділянці BD не було.

 

Послідовність виконання роботи

1. Визначення сталої кондуктометричної комірки

Електричний опір (Rx) виміряють за допомогою кондуктометричної комірки – скляної посудини з впаяними платиновими електродами. Відстань між електродами (E) суворо фіксується і за будь-яких умов має залишатися сталою. Точно визначити величину цієї відстані, як і площу електродів (S), практично неможливо. Але співвідношення (Kkom = E\S ), що отримало назву сталої кондуктометричної комірки, можна визначити експериментально. Відомо, що питома електропровідність

ǽ =( 1\R) * ( E/S) = Kkom * 1/R,

тоді стала комірки

Kком = ǽ * R (м-1).

Стала комірки – індивідуальна характеристика кожної комірки. Для її визначення виміряють опір стандартного 0,02М розчину, питома електропровідність якого за умов різних температур наведена в табл.1.

Таблиця 1. Питома електропровідність 0,02М розчину при різних температурах

 

R 0, C 15 18 19 20 21 22 23 24 25

ǽ, Ом-1*

м-1 0,2243 0,2397 0,2449 0,2501 0,2553 0,2606 0,2859 0,2711 0,2765

Очевидно, що

Kком. = ǽ KCl * R KCl (3)

При вимірюванні електропровідності необхідно точно витримувати температуру С. Тому заміри проводять у водяному термостаті. Підвищення або зниження температури на призводить до помилки 2%. Якщо визначення електропровідності проводять не при, а при іншій температурі, то потрібно застосовувати температурні поправки () ( табл.2).

Таблиця 2. Температурні поправки (γ)

С0, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

12 1,225 1,222 1,219 1,216 1,212 1,209 1,205 1,202 1,199 1,195

13 1,192 1,189 1,186 1,183 1,179 1,176 1,173 1,169 1,166 1,163

14 1,160 1,157 1,154 1,151 1,148 1,145 1,142 1,139 1,136 1,133

15 1,130 1,127 1,124 1,121 1,118 1,115 1,112 1,109 1,106 1,104

16 1,101 1,098 1,095 1,093 1,090 1,088 1,085 1,082 1,080 1,077

17 1,074 1,071 1,068 1,066 1,063 1,061 1,058 1,055 1,053 1,050

18 1,048 1,045 1,043 1,040 1,038 1,036 1,033 1,031 1,028 1,026

19 1,024 1,021 1,019 1,016 1,014 1,012 1,009 1,007 1,004 1,002

20 1,000 0,998 0,996 0,993 0,991 0,989 0,987 0,985 0,982 0,980

21 0,978 0,976 0,974 0,972 0,969 0,967 0,965 0,963 0,960 0,958

22 0,956 0,954 0,952 0,950 0,948 0,946 0,944 0,942 0,940 0,938

23 0,936 0,934 0,932 0,930 0,928 0,926 0,924 0,922 0,920 0,918

24 0,916 0,914 0,912 0,910 0,908 0,906 0,904 0,902 0,900 0,898

25 0,897 0,895 0,893 0,892 0,890 0,888 0,886 0,885 0,883 0,881

31 0,793 0,791 0,790 0,788 0,786 0,784 0,782 0,781 0,779 0,778

 

З урахуванням температурної поправки реальна стала комірки повинна розраховуватися як

Kком. = ǽ KCl * R KCl * γ. (4)

Практично сталу комірки визначають таким чином: суху і чисту комірку заповнюють 0,02М розчином до певної позначки. Фіксують температуру розчину і методом компенсації тричі вимірюють опір розчину. Різниця між паралельними вимірами не повинна бути більшою за 2-3 Ом. Для розрахунків беруть середнє значення опору. Користуючись даними табл. 1 і 2 і за допомогою рівняння (4) розраховують сталу комірки.

2. Приготування серії стандартних розчинів з відомим солевмістом і визначення їх питомої електропровідності

Для приготування серії стандартних розчинів використовують вихідний робочий розчин з солевмістом 10 г/л. Стандартні розчини готують у мірних колбах на 100 мл шляхом розведення вихідного розчину в співвідношеннях 1:1; 1:4; 1:7; 1: 9; 1: 19. Таким чином одержують 6 стандартних розчинів (з урахуванням вихідного робочого розчину) з концентраціями 10; 5; 2; 1,25; 1,0; 0,5 г/л відповідно.

Для кожного з 6 розчинів виміряють опір (перед кожним виміром електроди ретельно промивають дистильованою водою (кількаразовим занурюванням) і тільки після того, як вода стече з них, занурюють у вимірювальну комірку!) і обчислюють питому електропровідність за формулою

ǽ = К0 : Rx (5)

Результати вимірів і обчислень занотовують до табл. 3. За даними таблиці будують калібрувальний графік у координатах ǽ -С (г/л).

3. Визначення солевмісту досліджуваної води

Вимірюють опір води, яку досліджують, обчислюють питому електропровідність і за калібрувальним графіком знаходять солевміст. Результати занотовують до табл. 3.

Таблиця № 3. Результати вимірів і обчислень

Розчини

Солевміст (С), г/л, Ом ǽ,

0,02М

1:0

1:1

1:4

1:7

1:9

1:19

 

Висновок:

 

Контрольні запитання

 

1. Для чого при вимірюванні електропровідності потрібне термоустатування розчинів?

 

2. Для чого проводять платинування електродів?

 

  1. Для чого визначають сталу комірки?

 

 

еще рефераты
Еще работы по истории