2.3.5. Кондуктометрическое титрование смеси хлороводородной и уксусной кислот (работа № 16)

Цель работы: определение количества HCl и CH₃COOH в растворе при совместном присутствии методом кондуктометрического титрования.

Сущность метода. Кондуктометрические методы анализа основаны на измерении электропроводности растворов. Кондуктометрическое титро-вание используется при определении концентраций индивидуальных веществ и разнообразных смесей. Точку экивалентности находят по изменению электропроводности раствора. Зависимость электропровод-ности раствора от объема добавленного титранта изображают графически. Полученный график называется кривой кондуктометрического титрования. Излом на кривой соответствует точке эквивалентности.

Оборудование: 1) кондуктометр OK-102/1; 2) магнитная мешалка; 3) стаканы на 300 см³ (ячейки для титрования) – 2 шт.; 4) штатив для бюреток; 5) бюретки на 25 см³ с воронками – 3 шт. (для растворов соляной и уксусной кислот, гидроксида натрия); 6) стакан на 300 см³ с делениями или мензурка; 7) кристаллизатор для промывания электрода; 8) промывалка.

Реактивы: 1) 0,5 н. раствор гидроксида натрия (20 г/дм³); 2) 0,1 н. раствор уксусной кислоты; 3) 0,1000 н. раствор хлороводородной кислоты (готовят из фиксанала, растворяя содержимое одной ампулы (0,1 моль) в мерной колбе на 1 дм³).

Ход работы. Приготовление раствора гидроксида натрия и опреде-ление его концентрации. Готовят ~0,5 н. раствор NaOH, растворяя 20 г гид-роксида натрия (взвесить на технических весах) в 1 дм³ дистиллированной воды. Полученный раствор заливают в бюретку. В ячейку отмеряют пипет-кой 10,00 см³ 0,1000 н. раствора HCl, доливают дистиллированную воду, чтобы отверстия на электроде были погружены в раствор. Включают магнитную мешалку и через 1 – 2 мин проводят измерение начальной электропроводности раствора (порядок проведения измерений см. ниже). Раствор в ячейке титруют из бюретки раствором NaOH порциями по 1 см³. После добавления каждой порции перед измерением электропроводности выжидают 1 – 2 мин. Результаты измерений заносят в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Титрование раствора соляной кислоты кондуктометрическим методом (V(HCl) = 10,00 см³; С_н(HCl) = 0,1000 моль/дм³)

Строят график зависимости электропроводности от объема раствора NaOH (рис. 2.14). По резкому перегибу на кривой находят точку эквива-лентности, определяют эквивалентный объем титранта V_экв(NaOH).

Рис. 2.14. Зависимость электропроводности раствора соляной кислоты от объема прилитого раствора гидроксида натрия

Первое титрование можно провести с повышенной скоростью, приливая по 2 см³ титранта. При последующих титрованиях вблизи точки эквивалентности порции титранта уменьшают до 1,0 – 0,5 см³. После точки излома определяют электропроводность еще в 4 – 5 точках. Титрование повторяют до получения трех сходящихся (т.е. различающихся не более чем на 0,1 см³) результатов. Из трех параллельных определений находят среднее значение эквивалентного объема раствора гидроксида натрия и рассчитывают концентрацию NaOH с точностью до четырех значащих цифр:

.

Определение концентрации уксусной кислоты. Титруют 10,00 см³ ~0,1 н. раствора уксусной кислоты. Задача выполняется точно так же, как при титровании раствора HCl. Титрование повторяют до получения трех сходящихся результатов. Результаты заносят в таблицу, аналогичную табл. 2.5. Графически определяют эквивалентный объем NaOH, рассчиты-вают среднее арифметическое и концентрацию уксусной кислоты с точностью до четырех значащих цифр:

Учебная задача. При ее выполнении студенты проверяют правиль-ность своей работы. Самостоятельно составить смесь кислот, для чего от-мерить пипеткой в ячейку некоторые объемы растворов HCl и CH₃COOH (например, 11,00 и 12,00 см³). Полученную смесь титруют раствором NaOH. На кривой титрования наблюдается 2 излома (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Кривая кондуктометрического титрования смеси хлороводородной и уксусной кислот

Точки эквивалентности 1 и 2 соответствуют изломам на кривой титрования. После аппроксимации линейных участков прямыми и опреде-ления точек их пересечения (см. приложение 3) находят эквивалентные объемы раствора гидроксида натрия, пошедшие соответственно на титрование HCl V₁(NaOH) и CH₃COOH V₂(NaOH). Поскольку до первой точки эквивалентности титруется только HCl, то

V₁(NaOH) = V_экв1

После первой точки эквивалентности титруется слабая уксусная кислота, поэтому

V₂(NaOH) = V_экв2 – V_экв1

Рассчитывают исходные объемы хлороводородной и уксусной кислот с точностью до четырех значащих цифр:

Если экспериментально найденные значения объемов кислот совпадают с исходными (допустима относительная ошибка 0,2 – 0,3%), то можно приступить к контрольной задаче.

Контрольная задача. Получить задачу у инженера лаборатории. Перенести ее количественно в ячейку. Провести титрование. Построить кривую титрования, как и в учебной задаче. Рассчитать объемы кислот в исследуемом растворе. Зная объемы и концентрации, рассчитать содержание кислот в исходной смеси в г/дм³. По результатам трех параллельных определений рассчитать среднеквадратичную ошибку и доверительный интервал для полученных величин (доверительная вероят-ность 95%).

Задание

1. Построить кривые титрования, найти точки эквивалентности, опре-делить эквивалентные объемы для каждого титрования (см. приложение 3).

2. Рассчитать концентрацию раствора гидроксида натрия.

3. Рассчитать концентрацию раствора уксусной кислоты.

4. Рассчитать объемы стандартных растворов хлороводородной и ук-сусной кислот в контрольной задаче.

5. Рассчитать массу HCl и СH₃СООН в контрольной задаче.

6. Рассчитать концентрации растворов HCl и СH₃СООН в контрольной задаче (в г/дм³).

7. При наличии нескольких параллельных измерений проводят ста-тистическую обработку результатов анализа: рассчитывают среднее арифметическое значение, среднеквадратичную ошибку, доверительный интервал, относительную ошибку определения (см. приложение 2).

Порядок проведения измерений на кондуктометре ОК-102/1:

1. Включить прибор в сеть.

2. Обеспечить уровень раствора выше отверстия на корпусе электрода.

3. Нажать красную кнопку на приборе, чтобы загорелась лампочка.

4. Установить ручку «Range» в положение, когда стрелка находится в середине шкалы. Если стрелка зашкаливает в ту или иную сторону, следует изменить положение данной ручки.

5. Нажать черную кнопку и ручкой «Calibration» установить стрелку на 15 по нижней шкале или на 5 по верхней в зависимости от положения ручки «Range». Повторить настройку 3 – 4 раза.

6. Начать титрование. После добавления порции титранта замерять электропроводность анализируемого раствора по соответствующей шкале.

Контрольные вопросы

1. Сущность метода. Принципиальная схема прибора.

2. Какой стандартный раствор используется в данном методе анали-за? Как он готовится? Расчет навески для приготовления 500 см³ 0,5 н. раствора NaOH. На каких весах надо брать навеску? Какая мерная посуда требуется для приготовления раствора? Как определяется его точная концентрация?

3. Приготовление стандартного раствора HCl.

4. Как приготовить и определить точную концентрацию раствора ук-сусной кислоты?

5. Какое значение в данном методе анализа играет подвижность ионов? Какие ионы обладают наибольшей подвижностью? В чем суть «эстафетного» механизма переноса заряда ионами Н⁺ и ОН^–?

6. Какие процессы происходят в системе при титровании раствором гидроксида натрия смеси соляной и уксусной кислот? Объясните кондуктометрические кривые. Почему при титровании уксусной кислоты электропроводность не падает, а растет?

7. Как определяется точка эквивалентности в кондуктометрическом титровании?

8. Почему возможно определение смеси кислот кондуктометричес-ким методом?

9. Эквивалентная и удельная электропроводность. Какая из них из-меряется в ходе анализа?

10. В каких единицах измеряется электропроводность?

11. Какие электроды используются в анализе? Их устройство.

12. Постоянный или переменный ток проходит через ячейку?

13. Достоинства и недостатки метода.

14. Как рассчитать массу HCl и CH₃COOH в контрольной задаче?

15. Способы выражения концентрации растворов.