Титрлэлтийн тооцоо: бюреткийн эзлэхүүнээс шинжлэгдэх бодисын хэмжээ хүртэл

Титрлэлтийн тооцоо бүрд хэрэгтэй гурван тоо

Титрлэлтэд концентраци нь мэдэгдэж буй уусмалыг (титрант) бюреткээс хэмжиж буй бодис (шинжлэгдэх бодис) руу тэдгээрийн хоорондох урвал дуусах хүртэл нэмнэ. Тооцоо бүр гурван мэдээлэл ашиглана: титрантын концентраци, гаргасан титрантын эзлэхүүн, мөн тэнцүүлсэн тэгшитгэлийн молийн харьцаа.

Зам үргэлж ижил. Титрантын эзлэхүүнийг литр болгон хөрвүүлж, концентрацаар нь үржүүлэн титрантын моль гарга, n = c × V. Молийн харьцааг ашиглан шинжлэгдэх бодисын моль болгон хөрвүүл. Дараа нь асуултын шаардсан зүйл рүү хөрвүүл: концентраци, масс эсвэл дээжийн хувь.

Эквивалент цэг нь нэмсэн титрант шинжлэгдэх бодистой стехиометрийн харьцаагаар яг таарах цэг. Төгсгөлийн цэг нь индикаторын өнгө өөрчлөгдөх зэрэг таны бодитоор ажигладаг зүйл. Сайн арга хоёрыг бараг давхцуулдаг бөгөөд тэдгээрийн хоорондох бага зөрүүг титрлэлтийн алдаа гэнэ.

Натрийн гидроксидыг калийн гидрофталатаар стандартчилах

Хатуу бодисыг жигнэж натрийн гидроксидын нарийн уусмал бэлтгэж чадахгүй. NaOH-ийн мөхлөгүүд агаараас ус ба нүүрсхүчлийн хий шингээдэг тул тэдний масс бүхэлдээ NaOH биш. Үүний оронд ойролцоогоор бэлтгэсэн уусмалыг стандартчилна: шууд жигнэж болохуйц цэвэр, тогтвортой бодис болох анхдагч стандарттай харьцуулан титрлэнэ.

Калийн гидрофталат KHC₈H₄O₄ (ихэвчлэн KHP гэж нэрлэдэг) түгээмэл сонголт. Энэ нь нэг хүчиллэг устөрөгчтэй, тогтвортой, гигроскоп биш хатуу бодис бөгөөд NIST түүний нэг зэрэглэлийг ацидиметрийн анхдагч стандарт (SRM 84L) гэж баталгаажуулдаг. Мөн том молийн масстай тул ердийн дээж хагас грамм орчим жинтэй байх бөгөөд жигнэлтийн харьцангуй алдаа бага.

1-р жишээ. 0.5106 g KHP-ийн дээж фенолфталейны төгсгөлийн цэгт хүрэхэд 24.68 mL NaOH уусмал шаардана. Урвал 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). IUPAC-ийн стандарт атомын жингээр (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999) M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol бөгөөд энэ нь n(NaOH)-тай тэнцүү. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, масс ба эзлэхүүн тус бүр дөрвөн ач холбогдолтой цифртэй тул дөрвөн цифрээр тайлагнана.

Хоёр протонт хүчил молийн харьцааг өөрчилнө

Хүхрийн хүчил гидроксидод молекул тутамдаа хоёр протон өгдөг: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Иймээс хүчлийн моль бүр суурийн хоёр моль зарцуулах бөгөөд молийн харьцааг титрлэлтийг 1:1 гэж үздэг зуршлаас биш, энэ тэгшитгэлээс авах ёстой.

2-р жишээ. 25.00 mL хүхрийн хүчлийн дээжийг 1-р жишээний 0.1013 mol/L NaOH-ээр титрлэхэд төгсгөлийн цэг 18.45 mL-д ирнэ. n(NaOH) = 0.1013 mol/L × 0.01845 L = 1.869 × 10⁻³ mol. n(H₂SO₄) = 1.869 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 9.345 × 10⁻⁴ mol. c(H₂SO₄) = 9.345 × 10⁻⁴ mol ÷ 0.02500 L = 0.03738 mol/L. Андуурч 1:1 харьцаа ашиглавал 0.07476 mol/L гарах бөгөөд энэ нь жинхэнэ утгаас яг хоёр дахин их.

Сул олон протонт хүчлүүд илүү анхаарал шаардана. Фосфорын хүчлийн протонууд тодорхой тусдаа алхмаар салдаг тул харьцаа нь таны индикатор аль эквивалент цэгийг илрүүлэхээс хамаарна. Молийн харьцааг сонгохоосоо өмнө тэр төгсгөлийн цэгийг тодорхойл.

Исэлдэн-ангижралын титрлэлт: перманганат ба төмөр(II)

Титрлэлт зөвхөн хүчил, суурьд хязгаарлагдахгүй. Хүчиллэг уусмалд перманганат төмөр(II)-ийг исэлдүүлнэ: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Манган +7-оос +2 болж таван электрон авах бол төмөр бүр нэгийг алддаг тул нэг перманганат ион таван төмөр(II) ионтой урвалд орно.

Перманганат өөрөө индикаторын үүрэг гүйцэтгэнэ. MnO₄⁻ ион тод нил ягаан, Mn²⁺ бараг өнгөгүй тул илүүдэл эхний дусал колбыг тогтвортой цайвар ягаан болгоно. Калийн перманганат анхдагч стандарт биш бөгөөд уусмал нь аажмаар задардаг тул хэрэглэхийн өмнө ихэвчлэн натрийн оксалаттай харьцуулан стандартчилдаг.

3-р жишээ. 1.2084 g төмрийн хүдрийн дээжийг уусгаж, түүний бүх төмрийг Fe²⁺ болтол ангижруулна. Титрлэлтэд 0.02150 mol/L KMnO₄-ийн 26.34 mL шаардагдана. n(MnO₄⁻) = 0.02150 mol/L × 0.02634 L = 5.663 × 10⁻⁴ mol. n(Fe²⁺) = 5 × 5.663 × 10⁻⁴ mol = 2.832 × 10⁻³ mol. Fe 55.845 g/mol-ийг ашиглавал төмрийн масс 0.1581 g, хүдэр нь массаараа 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 хувь төмөр.

Удаан урвалд ордог хатуу бодисын буцах титрлэлт

Зарим дээж шууд титрлэлтэд хангалттай хурдан уусдаггүй эсвэл урвалд ордоггүй. Хүчил саармагжуулагч шахмал дахь кальцийн карбонат үүний жишээ: хүчилтэй урвалд ордог ч хатуу бодис бөгөөд урвал нүүрсхүчлийн хий ялгаруулдаг нь хурц төгсгөлийн цэгийг харахад хэцүү болгоно. Буцах титрлэлтэд нэг урвалжийн хэмжсэн илүүдлийг нэмж, урвалыг дуусгаад, дараа нь үлдсэн хэсгийг титрлэнэ.

4-р жишээ. Буталсан хүчил саармагжуулагч шахмалын 0.5000 g хэсгийг 0.2000 mol/L HCl-ийн 50.00 mL-ээр боловсруулна, энэ нь түүний бүх CaCO₃-тай урвалд ороход хангалттайгаас илүү: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). CO₂-ийг зайлуулахын тулд уусмалыг буцалгасны дараа үлдсэн хүчил 0.1000 mol/L NaOH-ийн 21.38 mL шаардана. Нэмсэн HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. Үлдсэн HCl, зарцуулсан NaOH-тэй тэнцүү: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. Шахмалд зарцуулагдсан HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Карбонат хүчилтэй 1:2 харьцаагаар урвалд ордог тул n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol бол масс нь 0.3935 g (бөөрөнхийлөхөөс өмнө 0.39345 g) бөгөөд энэ нь 0.5000 g хэсгийн 78.69 хувь. Хасах алхмыг хамгийн их алгасдаг. Үүнгүйгээр та шахмалын зарцуулсан хүчлийг биш, колбонд үлдсэн хүчлийг тооцоолох болно.

Индикатор сонгох ба бюреткийн арга барил

Индикатор ойролцоогоор pKa ± 1 мужид өнгөө өөрчилдөг тул муж нь титрлэлтийн муруйн эгц хэсэгт таарах индикаторыг сонго. Ойролцоогоор 0.1 mol/L-ийн хүчтэй хүчил ба хүчтэй суурийн хувьд эквивалент цэг pH 7.00-д байх ба pH нэг хоёр дусалд хэдэн нэгжээр үсэрдэг тул хэд хэдэн түгээмэл индикатор, тэр дундаа фенолфталейн, хурц төгсгөлийн цэг өгнө. Сул хүчил ба хүчтэй суурийн хувьд эквивалент цэг суурь: OpenStax 0.100 mol/L NaOH-ээр титрлэсэн 0.100 mol/L цууны хүчилд pH 8.72 гэж тооцоолсон. pH 8.3 орчмоос дээш ягаан болдог фенолфталейн энэ тохиолдолд тохирно. Метил улбар шар (OpenStax-д Ka = 4.0 × 10⁻⁴, иймээс pKa ≈ 3.4) хэт эрт өнгөө өөрчилнө.

50 mL бюреткийг 0.01 mL хүртэл уншдаг бөгөөд гаргасан эзлэхүүн бүр хоёр заалтын зөрүү. Ойролцоогоор ±0.02 mL тодорхойгүй байдал 25 mL гаргалтын 0.08 хувь боловч 5 mL-ийнх 0.4 хувь. Иймээс аргуудыг титрантын эзлэхүүн бюреткийн мужийн дунд орохоор зохиодог.

• Үлдсэн ус шингэрүүлэхгүйн тулд бюреткийг дүүргэхийн өмнө хэдэн миллилитр титрантаар зайл.
• Эхний заалтын өмнө үзүүр дэх агаарын бөмбөлгийг зайлуул.
• Менискийн ёроолыг нүдний түвшинд уншиж, зөвхөн зөрүүг биш хоёр заалтыг хоёуланг нь тэмдэглэ.
• Эхлээд ойролцоо титрлэлт хийж, дараа нь хоёр нарийн титрлэлт ойр таарах хүртэл давт.

Титрлэлтийн арифметикийн алдаа ба тэдгээрийн шалгалт

Ихэнх буруу хариулт химиэс биш молийн харьцаа эсвэл нэгжээс үүснэ. Тооцоолохоосоо өмнө тэнцүүлсэн тэгшитгэлийг бичиж, титрант ба шинжлэгдэх бодисын коэффициентийг дугуйл.

• Титрлэлтэд C₁V₁ = C₂V₂ ашиглах. Тэр товчлол шингэрүүлэлтэд зориулагдсан бөгөөд 1:1 харьцааг таамагладаг тул H₂SO₄, Ba(OH)₂ ба MnO₄⁻/Fe²⁺-д буруу болно.
• Концентраци mol/L-ээр байхад эзлэхүүнийг миллилитрээр үлдээх. Литр болгон хөрвүүл, эсвэл миллимолийг тууштай ашигла.
• Буцах титрлэлтэд хасах алхмыг мартах.
• Стандартчилалд KHP-ийн оронд NaOH гэх мэт буруу бодисын томьёоны массыг ашиглах.
• Бюретк ба жингийн дэмжихээс олон ач холбогдолтой цифр тайлагнах. Нарийн эзлэхүүний ажилд ихэвчлэн дөрөв байна.
• Эквивалент цэг бүрт уусмал саармаг гэж үзэх. Энэ нь зөвхөн хүчтэй хүчил ба хүчтэй суурийн хувьд үнэн.