Титриметрический анализ

Титрование: в бюретке титрант, в колбе — проба определяемого вещества

Титриметрический анализ (титрование) — метод количественного/массового анализа, который часто используется в аналитической химии, основанный на измерении объёма раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Титрование — процесс определения титра исследуемого вещества. Титрование производят с помощью бюретки, заполненной титрантом до нулевой отметки. Титровать начиная от других отметок не рекомендуется, так как шкала бюретки может быть неравномерной. Заполнение бюреток рабочим раствором производят через воронку или с помощью специальных приспособлений, если бюретка полуавтоматическая. Конечную точку титрования (не следует путать с точкой эквивалентности) определяют с помощью индикаторов или физико-химическими методами (по электропроводности, светопропусканию, потенциалу индикаторного электрода и т. д.). По количеству затраченного на титрование рабочего раствора рассчитывают результаты анализа.

Виды титриметрического анализа

Титриметрический анализ может быть основан на различных типах химических реакций - с переносом протона, электрона, электронной пары, процессы осаждения:

• кислотно-основное титрование — реакции нейтрализации (ацидиметрия (H₃O⁺), алкалиметрия (OH^-));
• окислительно-восстановительное титрование (перманганатометрия (KMnO₄), иодометрия (I₂), хроматометрия (K₂Cr₂O₇), броматометрия (KBrO₃), иодатометрия (KIO₃), цериметрия (Ce(SO₄)₃), ванадатометрия (NH₄VO₃), титанометрия (TiCl₃), хромометрия (CrCl₂), аскорбинометрия (C₆H₈O₆)) — окислительно-восстановительные реакции;
• осадительное титрование (аргентометрия (AgNO₃), гексоцианоферратометрия, меркурометрия (Hg₂(NO₃)₂)) — реакции, протекающие с образованием малорастворимого соединения, при этом изменяются концентрации осаждаемых ионов в растворе;
• комплексонометрическое титрование — реакции, основанные на образовании прочных комплексных соединений, например, с комплексоном (обычно ЭДТА), при этом изменяются концентрации ионов металлов в титруемом растворе.

Типы титрования

Различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

• При прямом титровании к раствору определяемого вещества (аликвоте или навеске, титруемому веществу) добавляют небольшими порциями раствор титранта (рабочий раствор).
• При обратном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют его остаток, не вступивший в реакцию. Прием обратного титрования используется, если скорость реакции мала, не удается подобрать индикатор или наблюдаются побочные эффекты (например, потери определяемого вещества вследствие летучести).

Примеры обратного титрования:

1) Прямое титрование оксида марганца (IV) MnO₂ сульфатом железа (II) FeSO₄ невозможно из-за малой скорости реакции:

[math]\displaystyle{ \mathsf{{\mbox {Mn}}{\mbox {O}}_{2}} + 2{\mbox {Fe}}^{2+} + 4{\mbox {H}}^{+} \leftrightarrow {\mbox {Mn}}^{2+} + 2{\mbox {Fe}}^{3+} + 2{\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

Поэтому навеску MnO₂ обрабатывают стандартным раствором FeSO₄, взятым в заведомом избытке, и нагревают до полного завершения реакции. Непрореагировавший Fe²⁺ оттитровывают стандартным раствором дихромата калия K₂Cr₂O₇.

2) Стехиометрическая реакция

[math]\displaystyle{ \mathsf 5{{\mbox {N}}{\mbox {O}}_{2}^{-}} + 2{{\mbox {Mn}}{\mbox {O}}_{4}^{-}} + 6{\mbox {H}}^{+} \leftrightarrow 2{\mbox {Mn}}^{2+} + 5{{\mbox {N}}{\mbox {O}}_{3}^{-}} + 3{\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

осложняется разложением азотистой кислоты HNO₂, образующейся в кислой среде:

[math]\displaystyle{ \mathsf 2{{\mbox {H}}{\mbox {N}}{\mbox {O}}_{2}} \leftrightarrow {\mbox {N}}{\mbox {O}} + {\mbox {N}}{\mbox {O}}_{2} + {\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

Из-за летучести оксидов азота теряется определяемое вещество. Поэтому к нитриту добавляют избыток стандартного раствора перманганата калия KMnO₄, подкисляют и после окончания реакции оттитровывают оставшийся перманганат-ион.

• При заместительном титровании проводят стехиометрическую реакцию определяемого вещества с вспомогательным реагентом, а получающийся в эквивалентном количестве продукт оттитровывают подходящим титрантом. Титрование заместителя используют, если реакция нестехиометрична или протекает медленно.

Примеры заместительного титрования:

1) Взаимодействие дихромат- (Cr₂O₇^2-) и тиосульфат- (S₂O₃^2-) ионов протекает нестехиометрично. Поэтому к раствору, содержащему Cr₂O₇^2-, добавляют раствор иодида калия KI, реагирующего с ним стехиометрично:

[math]\displaystyle{ \mathsf {{\mbox {Cr}}_{2}{\mbox {O}}_{7}^{2-}} + 6{\mbox {I}}^{-} + 14{\mbox {H}}^{+} \leftrightarrow 2{\mbox {Cr}}^{3+} + 3{\mbox {I}}_{2} + 7{\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

Выделившийся в эквивалентном дихромату количестве иод оттитровывают раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃:

[math]\displaystyle{ \mathsf {\mbox {I}}_{2} + 2{{\mbox {S}}_{2}{\mbox {O}}_{3}^{2-}} \leftrightarrow 2{\mbox {I}}^{-} + {{\mbox {S}}_{4}{\mbox {O}}_{6}^{2-}} }[/math]

2) Для определения свинца проводят несколько последовательных стехиометрических реакций замещения:

[math]\displaystyle{ \mathsf {\mbox {Pb}}^{2+} + {{\mbox {Cr}}{\mbox {O}}_{4}^{2-}} \leftrightarrow {{\mbox {Pb}}{\mbox {Cr}}{\mbox {O}}_{4}} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf {2{\mbox {Pb}}{\mbox {Cr}}{\mbox {O}}_{4}} + 2{\mbox {H}}^{+} \leftrightarrow 2{\mbox {Pb}}^{2+} + {{\mbox {Cr}}_{2}{\mbox {O}}_{7}^{2-}} + {\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf {{\mbox {Cr}}_{2}{\mbox {O}}_{7}^{2-}} + 6{\mbox {I}}^{-} + 14{\mbox {H}}^{+} \leftrightarrow 2{\mbox {Cr}}^{3+} + 3{\mbox {I}}_{2} + 7{\mbox {H}}_{2}{\mbox {O}} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf {\mbox {I}}_{2} + 2{{\mbox {S}}_{2}{\mbox {O}}_{3}^{2-}} \leftrightarrow 2{\mbox {I}}^{-} + {{\mbox {S}}_{4}{\mbox {O}}_{6}^{2-}} }[/math]

Количество тиосульфат-иона эквивалентно количеству ионов свинца.

Способы работы в титровании

• Способ пипетирования: титрование разных порций раствора (аликвот), отбираемых пипеткой из мерной колбы определенного объема, в которой растворена навеска анализируемого вещества. Из результатов параллельных титрований находят среднее арифметическое значение и используют для вычисления массы определяемого вещества.
• Способ отдельных навесок: некоторое число навесок вещества, взятых на аналитических весах, растворяют в небольших объемах растворителя и проводят титрование в каждом растворе.

Способ пипетирования более быстрый и менее трудоемкий, но и менее точный, чем способ отдельных навесок.

Галерея

• 

  Процесс титрования

• 

  Школьники учатся титровать

• 

  Оборудование для автоматического титрования

Литература

• Основы аналитической химии / под ред. Ю. А. Золотова. — 3-е , перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2004. — Т. 2. — 503 с. — (Классический университетский учебник).

Ссылки

• Титриметрический анализ
• «Аналитическая химия»