Текст работы

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ рн-ЭЛЕКТРОДА

Определение содержания носителей щелочности в растворе карбоната натрия [9]
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: методом прямого кислотно-основного титрования с потенциометрической индикацией конечных точек титрования определить содержание карбонат- и гидрокарбонат-ионов (в ммоль/л).
ХИМИЗМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. В 0,0200 н. растворе карбоната натрия, являющемся объектом исследования, происходит протолиз соли по аниону:

.

Вот почему в этом растворе должно быть два носителя щелочности - карбонат- и гидрокарбонат-анионы. На интегральной кривой титрования 0,1000 н. раствором HCl первый скачок рН раствора обусловлен протеканием реакции

,

а второй скачок - протеканием реакций

и .

Из вышеизложенного следует, что объем титранта второй волны кривой титрования должен быть больше, чем первой волны.
ЗАДАЧИ:
) провести потенциометрическое титрование, по результатам которого построить интегральную кривую титрования и качественно интерпретировать ее;
) несколько раз провести рН-метрическое титрование, по их результатам построить дифференциальные кривые титрования по первой производной и количественно интерпретировать их;
) в обсуждении результатов объяснить соотношение карбонатной и гидрокарбонатной щелочности водного раствора карбоната натрия.
АППАРАТУРА: высокоомный потенциометр-иономер; стеклянный рН-электрод и хлоридсеребряный электрод сравнения; магнитная мешалка.
ПОСУДА: химический стакан вместимостью 50 мл; микробюретка вместимостью 2 или 5 мл; мерная колба вместимостью 100,0 мл; пипетки Мора вместимостью 10,0 и 20,0 мл.
РАСТВОРЫ: 0,1000 М раствор HCl; 0,0500 Н раствор карбоната натрия.
Опыт 1. Потенциометрическое титрование
Вынимают электрод сравнения из насыщенного раствора хлорида калия, споласкивают дистиллированной водой, промокают фильтровальной бумагой и открывают отверстие верхней его части. Из децимолярного раствора хлороводородной кислоты вынимают стеклянный электрод, споласкивают дистиллированной водой и осторожно, едва прикасаясь, удаляют фильтром следы влаги. В стакан ячейки вносят 20,0 мл 0,0500 М раствора карбоната натрия и погружают в него электроды (в случае недостаточного количества жидкости добавляют немного дистиллированной воды). Устанавливают режим измерения ЭДС гальванического элемента. Заполняют микробюретку соляной кислотой и титруют порциями 0,50 и 0,25 мл, измеряя разность равновесных потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения. По результатам измерения ЭДС строят интегральную кривую титрования.
Опыт 2. рН-метрическое титрование
Устанавливают режим измерения рН и несколько раз титруют, не забывая измерять начальное значение водородного показателя раствора карбоната натрия. Объемы титранта, соответствующие обоим скачкам рН, находят построением дифференциальной кривой титрования по данным таблицы:

V(HCl), мл	0,00	0,50	1,00	1,25	…
pH	pHo	pH1	pH2	pH3	…
DV, мл	-	0,50	0,50	0,25	…
DрН	-	pHo - pH1	pH1- pH2	pH2 - pH3	…
DрН / DV	-	DрН1 / 0,50	DрН2 / 0,50	DрН3 / 0,25	…

Расчеты
В основу вычислений следует положить формулу, которая в титриметрии является математическим выражением закона эквивалентов. При вычислении содержания карбонат-ионов эта формула имеет вид:

,

а при вычислении содержания гидрокарбонат-анионов -

.

Таблица 1. Результаты измерения рН аликвоты 0,0500 н. раствора карбоната натрия объемом 20,0 мл 0,1000 н. раствором HCl, а так же величины, необходимые для построения дифференциальной и интегральной кривых.

V(HCl), мл	0,00	0,50	1,00	1,25	1,90	2,40	2,90	3,40	3,90
pH	10,9	10,69	10,55	10,48	10,28	10,11	9,95	9,72	9,40
ΔV, мл	-	0,50	0,50	0,25	0,65	0,50	0,50	0,50	0,50
ΔpH	-	0,21	0,14	0,07	0,20	0,17	0,16	0,23	0,32
ΔpH/ΔV	-	0,42	0,28	0,28	0,31	0,34	0,32	0,46	0,64
V(HCl), мл	4,40	4,90	5,15	5,65	6,15	6,65	7,15	7,65	8,25
pH	8,82	7,51	7,20	6,89	6,59	6,38	6,19	6,04	5,82
ΔV, мл	0,50	0,50	0,25	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,60
ΔpH	0,58	1,31	0,31	0,31	0,30	0,21	0,19	0,15	0,22
ΔpH/ΔV	1,16	2,62	1,24	0,62	0,60	0,42	0,38	0,30	0,37

V(HCl), мл	8,75	9,25	9,75	10,25	10,75	11,35	11,85
pH	5,55	5,13	3,76	2,75	2,47	2,23	2,12
ΔV, мл	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,60	0,50
ΔpH	0,27	0,42	1,37	1,01	0,28	0,24	0,11
ΔpH/ΔV	0,54	0,84	2,74	2,02	0,56	0,40	0,22

По табличным данным строю интегральную и дифференциальную кривые титрования


Рис. 1. Интегральная кривая ацидиметрического потенциометрического титрования


Рис. 2. Дифференциальная кривая титрования по первой производной

V(ТЭ)1 = 4,40 мл < V(ТЭ)2 = 4,85 мл.

Следовательно, носителями щелочности являются
Расчеты
Вычислим содержание карбонат-ионов:



Вычислим содержание гидрокарбонат-анионов:



Обсуждение результатов
Интегральная кривая потенциометрического титрования имеет два скачка титрования, а дифференциальная кривая имеет два пика; причем V(ТЭ)1 < V(ТЭ)2. Из этого неравенства следует, что в растворе карбоната натрия два носителя щелочности, а именно: карбонат- и гидрокарбонат анионы. Этот факт закономерен, если учесть, что карбонат-ион подвергается протолизу с образованием гидрокарбонат-иона.
Суммарное содержание этих ионов составляет 46,0 ммоль/л, что занижено по сравнению с действительным значением, равным 50,0 ммоль/л.
щелочность титрование потенциометрический эквивалент

ВЫВОДЫ

1.В 0,0500 н. растворе карбоната натрия содержится два носителя щелочности



3. Опытное значение содержания носителей щелочности занижено по сравнению с действительным значением - 46,0 ммоль/л меньше 50,0 ммоль/л.