Потенциометрическое титрование с использованием рн-электрода
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
|
10,48
|
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
|
0,30
|
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.
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.