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:
Mn O 2 + 2 Fe 2 + + 4 H + ↔ Mn 2 + + 2 Fe 3 + + 2 H 2 O {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}}}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
5 N O 2 − + 2 Mn O 4 − + 6 H + ↔ 2 Mn 2 + + 5 N O 3 − + 3 H 2 O {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}}}осложняется разложением азотистой кислоты HNO2, образующейся в кислой среде:
2 H N O 2 ↔ N O + N O 2 + H 2 O {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}}}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- (Cr2O72-) и тиосульфат- (S2O32-) ионов протекает нестехиометрично. Поэтому к раствору, содержащему Cr2O72-, добавляют раствор иодида калия KI, реагирующего с ним стехиометрично:
Cr 2 O 7 2 − + 6 I − + 14 H + ↔ 2 Cr 3 + + 3 I 2 + 7 H 2 O {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}}}Выделившийся в эквивалентном дихромату количестве иод оттитровывают раствором тиосульфата натрия Na2S2O3:
I 2 + 2 S 2 O 3 2 − ↔ 2 I − + S 4 O 6 2 − {displaystyle {mathsf {mbox{I}}}_{2}+2{{mbox{S}}_{2}{mbox{O}}_{3}^{2-}}leftrightarrow 2{mbox{I}}^{-}+{{mbox{S}}_{4}{mbox{O}}_{6}^{2-}}}2) Для определения свинца проводят несколько последовательных стехиометрических реакций замещения:
Pb 2 + + Cr O 4 2 − ↔ Pb Cr O 4 {displaystyle {mathsf {mbox{Pb}}}^{2+}+{{mbox{Cr}}{mbox{O}}_{4}^{2-}}leftrightarrow {{mbox{Pb}}{mbox{Cr}}{mbox{O}}_{4}}} 2 Pb Cr O 4 + 2 H + ↔ 2 Pb 2 + + Cr 2 O 7 2 − + H 2 O {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}}} Cr 2 O 7 2 − + 6 I − + 14 H + ↔ 2 Cr 3 + + 3 I 2 + 7 H 2 O {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}}} I 2 + 2 S 2 O 3 2 − ↔ 2 I − + S 4 O 6 2 − {displaystyle {mathsf {mbox{I}}}_{2}+2{{mbox{S}}_{2}{mbox{O}}_{3}^{2-}}leftrightarrow 2{mbox{I}}^{-}+{{mbox{S}}_{4}{mbox{O}}_{6}^{2-}}}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