Сборник основных формул по химии для ВУЗов - [19]

CH₃COO¯ + HOH → CH₃COOH + OH¯

Точка эквивалентности в этом случае будет находиться в щелочной среде, поэтому следует применять индикатор, меняющий окраску при рН < 7, например фенолфталеин.

Титрование слабого основания сильной кислотой

NH₄OH + HCl → NH₄Cl + Н₂O

NH₄OH + Н⁺ → NH₄⁺ + Н₂O

Образующаяся соль в растворе подвергается гидролизу:

NH₄⁺ + HOH → NH₄OH + Н⁺

Точка эквивалентности будет находиться в кислой среде, поэтому можно применять индикатор, меняющий свою окраску при рН < 7, например метилоранж.

4.3. Метод комплексонометрии

Комплексонометрия – титриметриче-ский метод анализа, основанный на реакциях комплексообразования определяемых ионов металлов с некоторыми органическими веществами, в частности с комплексонами.

Комплексоны – аминополикарбоновые кислоты и их производные (соли).

В титриметрическом анализе широко используется один из представителей класса комплексонов – динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Ма₂Н₂ЭДТА). Этот комплексон часто называют также трилоном Б или комплексном III:

или [Na >2 H >2 ЭДTA]

Трилон Б со многими катионами металлов образует прочные, растворимые в воде внутрикомплексные соединения (хелаты). При образовании хелата катионы металла замещают два атома водорода в карбоксильных группах трилона Б и образуют координационные связи с участием атомов азота аминогрупп.

Уравнение реакции: Ме²⁺ + Н₂ЭДТА^2- → [МеЭДТА]^2- + 2Н⁺

Основные титранты (рабочие растворы): трилон Б, MgSO₄, CaCl₂

Установочные вещества (или первичные стандарты): MgSO₄, CaCl₂

Индикаторы: металлохромные индикаторы, эриохром черный Т

При рН = 7-11 анион этого индикатора (HInd^2-) имеет синюю окраску. С катионами металлов (Са²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ и др.) в слабощелочном растворе в присутствии аммиачного буфера (рН = 8-10) он образует комплексные соединения винно-красного цвета по схеме:

При титровании исследуемого раствора трилоном Б:

Константы нестойкости комплексов равны соответственно:

K_н([CaInd]¯) = 3,9 • 10^-6

K_н([СаЭДТА]^2-) = 2,7 • 10^-11

K_н([MgInd]¯) = 1,0 •1 0^-7

K_н([MgЭДTA]^2-) = 2,0 • 10^-9

4.4. Жесткость воды. Определение жесткости воды

Гидрокарбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния: Са(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Она почти полностью устраняется при кипячении воды, так как растворимые гидрокарбонаты при этом разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов кальция и магния и гидроксо-карбонатов магния:

Са(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

2Mg(HCO₃)₂ = (MgOH)₂CO₃↓ + 3CO₂↑ + H₂O

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней преимущественно сульфатов и хлоридов кальция и магния и при кипячении не устраняется.

Сумма величин временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды:

Ж_общ. = Ж_вр. + Ж_пост.

Существуют различные способы определения жесткости воды: определение временной жесткости с помощью метода нейтрализации; комплексонометрический метод определения общей жесткости.

Гидрокарбонатная жесткость воды определяется титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого, так как рН в точке эквивалентности находится в области перехода окраски этого индикатора.

Са(HCO₃)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2Н₂CO₃

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂CO₃

До начала титрования рН раствора гидрокарбонатов кальция и магния больше 7 за счет гидролиза солей с участием аниона слабой кислоты. В точке эквивалентности раствор имеет слабокислую реакцию, обусловленную диссоциацией слабой угольной кислоты:

Н₂CO₃ ↔ HCO₃¯ + Н⁺

Ж_вр (Н₂O) = с_э(солей) • 1000 (ммоль/л).

Общая жесткость воды (общее содержание ионов кальция и магния) определяется с использованием метода комплексонометрии.

Ж_пост (Н₂O) = с_э(солей) • 1000 (ммоль/л).

4.5. Методы редоксиметрии

Методы редоксиметрии, в зависимости от используемых титрантов, подразделяются на:

1) перманганатометрию. Титрант – раствор перманганата калия КMnO₄. Индикатор – избыточная капля титранта;

2) иодометрию. Титрант – раствор свободного иода I₂ или тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. Индикатор – крахмал.

Вычисление молярных масс эквивалентов окислителей и восстановителей

При вычисления молярных масс эквивалентов окислителей и восстановителей исходят из числа электронов, которые присоединяет или отдает в данной реакции молекула вещества. Для нахождения молярной массы эквивалента окислителя (восстановителя) нужно его молярную массу разделить на число принятых (отданных) электронов в данной полуреакции.

Например, в реакции окисления сульфата железа(II) перманганатом калия в кислой среде:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O

1 | MnO₄¯ + 8Н⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O

5 | Fe²⁺ – ē → Fe³⁺

ион MnO₄¯ как окислитель принимает пять электронов, а ион Fe²⁺ как восстановитель отдает один электрон. Поэтому для расчета молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя их молярные массы следует разделить на пять и на один соответственно.

M₃(Fe²⁺) = M(Fe²⁺) = 55,85 г/моль.

В реакции окисления сульфита натрия перманганатом калия в нейтральной среде:

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + Н₂O → 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

2 | MnO₄¯ + 2Н₂O + Зē → MnO₂ + 4OH¯

3 | SO₃^2- + 2OH¯ + 2ē → SO