Tabla de Contenidos
Следното е типичен проблем при анализ на киселинно-алкално титруване на реална проба. Подробното решение на проблема е представено със задълбочено обяснение на най-важните включени стъпки и това може лесно да се екстраполира към разрешаването на всеки друг проблем с киселинно-алкално титруване, както и други видове титруване като преципитометрия или титруване редокс.
Има няколко различни начина за решаване на този тип проблем, но ние ще наблегнем на използването на нормалност и броя на заглавията и еквивалентите на заглавията в крайната точка на титруването. Това позволява всеки подобен проблем да бъде решен чрез следване на точно същата процедура, но промяна на броя на еквивалентите на мол от титранта и титранта в зависимост от вида на реакцията, включена в титруването.
Въпросният проблем се състои от две киселинно-алкални титрувания: едното за извършване на стандартизацията на титруващия агент с помощта на първичен стандарт, а второто за извършване на анализ на реална проба, така че това е много добър подход към вида проблеми, които трябва да бъдат решени в реална лаборатория за анализ. За простота няма да бъдат взети под внимание нито експерименталните грешки, нито статистическият анализ на резултатите.
Проблем: Анализ на препарат за почистване на тоалетна чиния чрез киселинно-основно титруване
Изявление:
Желателно е да се анализира проба от търговско средство за отстраняване на котлен камък, което често се използва за почистване на тоалетни. Активният принцип на този продукт е солна киселина (HCl) при 6,75% m/V и се анализира чрез киселинно-алкално титруване с калиев хидроксид.
Разтворът на калиев хидроксид се стандартизира чрез титруване на проба, съдържаща 0,4956 g калиев кисел фталат, KHC 8 H 4 O 4 или KHP (MM=204,221 g/mol). По време на титруването са изразходвани 25,15 ml KOH, за да се достигне крайната точка.
За да се анализира пробата, първо се вземат 10,00 mL от почистващия препарат и се разреждат до 250 mL с дестилирана вода. След това се взема аликвотна част от 25,00 ml от този разтвор и се титрува с предварително стандартизиран разтвор на калиев хидроксид, като се използва фенолфталеин като индикатор. Крайната точка се достига след добавяне на 17,50 ml титрант. Каква е действителната концентрация на HCl в почистващия препарат за тоалетна чиния?
Решение:
Както се вижда, основната цел на задачата е да се определи действителната концентрация на HCl в почистващия препарат за тоалетна чиния, която трябва да бъде около 6,75% m/V. Тъй като пробата е твърде концентрирана, за да бъде анализирана директно, тя се разрежда преди титруване. Това означава, че титруването на пробата няма да ни даде директно концентрацията, която търсим, но първо трябва да намерим концентрацията на разреждането и след това с тази концентрация ще изчислим действителната първоначална концентрация на почистващия препарат.
За да можете да изчислите концентрацията на разредения разтвор чрез титруване, е задължително да знаете концентрацията на титранта, в този случай калиев хидроксид. Тази концентрация обаче не се предоставя директно от упражнението, а вместо това ни предоставя информация от друго титруване, което е извършено със същия титруващ агент, но върху известна проба от калиев хидроген фталат или KHP.
След този анализ става ясно, че за да разрешим проблема, първо трябва да изчислим концентрацията на калиев хидроксид, като използваме данните от първото титруване (стандартизацията), след което това трябва да се използва за определяне на концентрацията на разредената проба и накрая се определя концентрацията на първоначалния концентриран разтвор, т.е. на пробата.
Данни:
- Първо титруване (стандартизация на КОН)
| Титрант: KOH (W KOH = 1 eq/mol) | Титруван = KHP (W KHP = 1 eq/mol) |
| VKOH = 25.15 mL | m KHP = 0,4956 g |
| NKOH = ? | MM KHP = 204.221 g/mol |
Броят на еквивалентите на мол (W) на KOH е 1, тъй като това е основа, която има само хидроксиден йон, докато калиевият кисел фталат е амфотерна сол, която в този случай действа като киселина (защото реагира с основа) монопротичен (тъй като има само един протон), така че също има 1 еквивалент на мол.
Реакцията на титруване е:
- 2-ра степен (анализ на проба)
| Титрант: KOH (W KOH = 1 eq/mol) | Титруван = HCl (W HCl = 1 eq/mol) |
| VKOH = 17,50 mL | V аликвотна част = 25.00 mL |
| NKOH = ? | N аликвотна част =? |
Подобно на фталата, солната киселина също е монопротонова киселина, така че броят на еквивалентите на мол от тази киселина също е 1.
В този случай реакцията на титруване е:
- Разреждане
| V концентрат = 10.00 mL | Разреден V = 250.0 mL |
| N концентриран =? | N разреден =? |
изчисления
Целта на използването на нормалност вместо друга единица концентрация при решаване на проблеми с титруване е, че в крайната точка на титруването, която се приема, че е равна на точката на еквивалентност, е вярно, че еквивалентите на титранта са равни на степенни еквиваленти. Това е:
където броят на еквивалентите може да бъде получен или от масата на веществото и неговото молекулно тегло, или от неговата нормална концентрация, както следва:
където m е масата, W е броят еквиваленти на мол, MM е моларната маса, N е нормалната концентрация и V sol е обемът на разтвора.
Тези три уравнения обикновено са достатъчни за решаване на всеки проблем с титруването.
Стандартизация на КОН разтвор
Горните три уравнения могат да се комбинират в едно, за да се намери нормалната концентрация на разтвора на калиев хидроксид, тоест на титранта. В крайната точка на стандартизацията е така
Титруване на аликвотната част на разредената проба
Сега, когато имаме концентрацията на титранта, можем да я използваме, за да определим концентрацията на HCl в аликвотната част. Отново комбинирайки връзката на еквивалентите в крайната точка с формулата за нормалност, можем да напишем:
Разреждане
Вече намерихме концентрацията на аликвотната част, която беше титрувана, която съответства на концентрацията на разредения разтвор на оригиналната проба. Сега трябва само да използваме уравнението за разреждане, за да определим концентрацията на първоначалния изходен разтвор.
Това е споразумението, което търсихме. Остава само да го конвертирате в проценти m/V, за да го сравните със стойността, отчетена на етикета. За това считаме, че разтворът съдържа 1689 еквивалента HCl в 1 L = 1000 mL разтвор. Това, заедно с моларната маса на HCl и броя на еквивалентите на мол ще позволи да се изчисли процентът m/V:
Действителната концентрация на HCl в тествания скалер е 6,158% m/V и това е само малко по-различно от нашето. Ако сравним тази стойност със стойностите, които най-вероятно ще бъдат пълни
Препратки
Ahumada Forigua, DA, Morales Erazo, LV, Abella Gamba, JP, & Gonzalez Cardenas, IA (2019). Техники на киселинно-основно титруване: метрологични съображения. Colombian Journal of Chemistry , 48 (1), 26–34. Извлечено от https://www.redalyc.org/jatsRepo/3090/309058491010/309058491010.pdf
Мъдрост (nd). Упражнения за киселинно-основно титруване и редокс титруване. Извлечено от https://sapiencia-web.blogspot.com/p/itulacion.html
Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021). Основи на аналитичната химия (9-то издание). Бостън, Масачузетс: Cengage Learning.
ТП Химическа лаборатория. (2015, 15 ноември). Киселинно-основни титрувания . Извлечено от https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/acidos-y-bases/titulaciones-acido-base.html
Jiménez, AG и Hernández, AR (sf). Стандартни вещества за стандартизация на киселини и основи Извлечено от http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/DOCUMENTOPATRONESPRIMARIOSACIDOBASE_34249.pdf
