Классификация методов объёмного анализа по типу реакции, лежащей в основе титрования

1. Метод нейтрализации (кислотно-основное титрование)

В основе метода лежат кислотно-основные реакции.

Метод используют для количественного определения кислот и оснований.

Определение веществ с использованием в качестве титрантов растворов сильных кислот (HCl, H₂SO₄) называется ацидиметрией. Определение веществ с применением растворов в качестве титрантов щелочей (NaOH, KOH) – алкалиметрией.

В методе нейтрализации в процессе титрования изменяется среда раствора, т.е. рН. Для установления точки эквивалентности (Т.Э.) используются кислотно-основные индикаторы: метилоранж, фенолфталеин и другие, окраска которых зависит от значения рН раствора.

Индикаторы представляют собой органические кислоты и основания сложного строения, характеризующиеся разной окраской молекулярной и ионизированной формы вещества. Равновесие ионизации индикатора Hind H⁺ + Ind^-смещается по мере изменения концентрации Н⁺ в ходе титрования. Для каждого индикатора определено значение интервала рН перехода окраски.

Таблица 3.2. Переход окраски индикатора в разный средах

^ 2. Окислительно-восстановительное титрование

В основе метода лежат окислительно-восстановительные реакции.

К окислительно-восстановительным методам относят перманганатометрию, иодометрию, броматометрию и др. В качестве титрантов в этих методах применяют растворы окислителей (KMnO₄, К₂Cr₂O₇, КBrO₃, I₂ и др.) и восстановителей (Na₂S₂O₃, NaAsO₂, SnCl₂ и др.). Эти методы находят широкое применение, например для анализа воды.

В зависимости от степени загрязнения вода содержит разную концентрацию вредных веществ – восстановителей, например, органические вещества – нефтепродукты, ионы железа (II), пероксид водорода др. Эти восстановители окисляются сильными окислителями, например перманганатом, бихроматом и т.п.

а) Перманганатометрическое определение

Рабочий раствор (титрант) КМnO₄ – сильный окислитель. В зависимости от условий реакции молекула может приобрести от 1 до 5 электронов. Так:

в щелочной среде: MnO₄^- + ē ® MnO₄^2-

f(КМnO₄) = 1

в нейтральной среде: MnO₄^- + 2H₂О + 3ē ® MnO₂ + 4OН^-

f(КМnO₄) = 1/3

в кислой среде: MnO₄^- + 8H⁺ + 5 ē ® Mn²⁺ + 4H₂O

f(КМnO₄) = 1/5

f – фактор эквивалентности равен 1/ē, где ē – число участвующих электронов в процессе окисления или восстановления.

Последняя реакция имеет наибольшее значение в количественном анализе. Кроме того, ионы MnO₄^- окрашены в красно-фиолетовый цвет и восстанавливаются в почти бесцветные Mn²⁺, это позволяет точно зафиксировать точку эквивалентности (безиндикаторное титрование). Таким образом, KMnO₄ является не только раствором титранта, но и индикатором в кислой среде.

Титрование в нейтральной, слабощелочной или слабокислой среде затруднено, т.к. образуется MnO₂ – осадок коричнево-бурого цвета. Это не позволяет точно установить точку эквивалентности.

Следует иметь в виду, что титрование проводят в сернокислой среде (раствор Н₂SO₄), т.к. в присутствии соляной кислоты реакция между анализируемым веществом (Fe²⁺) и MnO₄^- подавляется реакцией между MnO₄^- и Cl^-:

16 HСl + 2KMnO₄ ® 5Cl₂ + 2MnCl₂ + 2KCl + 8H₂O

Это вызывает повышенный расход раствора KMnO₄ и результат анализа становится неправильным.

Раствор НNO₃ также нельзя применять, т.к. азотная кислота, является сильным окислителем и будет реагировать с анализируемым веществом, таким образом, расход на титрование KMnO₄ будет меньше, что также приведет к неправильным результатам.

3FeSO₄ + 10HNO₃ ® 3Fe(NO₃)₃ + NO + 3H₂SO₄ + 2H₂O

б) Иодометрическое определение

Иодометрическое определение основано на титриметрической реакции иода с тиосульфатом натрия

I₂ + 2Na₂S₂O₃ ® 2NaI + Na₂S₄O₆

2S₂O₃^2- - 2ē ® S₄O₆^2-

I₂ + 2ē ® 2I^-

fэкв (Na₂S₂O₃) = 1, Mэкв(Na₂S₂O₃) = 158 г/моль

fэкв (I₂) = 1/2, Mэкв(I₂) =127 г/моль

Для определения точки эквивалентности используют в качестве индикатора крахмал, образующий с иодом комплексное соединение синего цвета. При исчезновении иода в процессе реакции наблюдается четкий переход от синего раствора к бесцветному. Особенность применения крахмала состоит в том, что его добавляют в конце титрования, когда раствор становится бледно-желтым.

Наибольшее значение иодометрия имеет для определения многих окислителей и восстановителей, например альдегидов, кетонов, углеводов, карбоновых кислот. Также применяют для определения озона. Озон используют для обеззараживания воды и для устранения некоторых ее нежелательных ингредиентов или свойств.