Chemija · Pamoka

Titrimetrinė analizė ir ekvivalentiniai kiekiai

Susiekite titranto kiekį su apibrėžta reaguojančia analite pagal išlygintą suminę reakciją. Atskirkite stechiometrinį ekvivalentiškumą, stebimą titravimo pabaigos tašką ir nuo reakcijos priklausančius ekvivalentinius kiekius.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Apskaičiuoti analitės kiekį pagal nurodytą titranto stechiometriją.
Standartizavimo modelyje naudoti priskirtą rūgšties ekvivalentų savybę.
Apskaičiuoti atgalinės reakcijos apskaitą pagal aiškias visiškumo prielaidas.
Paaiškinti, kodėl ekvivalentiniam kiekiui reikia įvardytos reakcijos.

Išlyginta reakcija suteikia kiekybinį ryšį

Titrimetrinė analizė susieja apibūdintą titranto kiekį su reaguojančio komponento kiekiu apibrėžtame mėginyje. Ryšys kyla iš nurodytos išlygintos reakcijos, o ne vien iš tūrio. Numatyto modelio reakcija turi būti pakankamai visiška ir selektyvi, o jos eiga turi būti tinkamai stebima.

Ekvivalentiškumas yra tos nurodytos reakcijos stechiometrinė stadija; titravimo pabaigos taškas – stebimas įvykis ar kriterijus, naudojamas jai įvertinti. Indikatoriaus pokytis, potencialo požymis ar laidumo požymis nebūtinai atsiranda tiksliai ties stechiometriniu tūriu. Ekvivalentiškumas taip pat nereikalauja, kad pusiausvyroje kiekvieno laisvojo reagento koncentracija būtų tiesiogine prasme lygi nuliui.

Paprastoje apskaitoje naudojama n_t=c_tV_t ir dalijama iš reakcijos titranto bei analitės koeficientų santykio. Prisideda koncentracija, pataisytas tūris, reakcijos tapatybė ir alikvotos ar rezultato pateikimo pagrindas. Tikslus tūrio rodmuo negali ištaisyti neteisingo stechiometrinio koeficiento.

Įvardykite, kiek protonų dalyvauja pasirinktoje suminėje reakcijoje

Simbolinei dviprotoninei rūgščiai H₂A pasirinkite visišką dviejų protonų neutralizaciją H₂A+2OH⁻→A²⁻+2H₂O. Išgalvotame modelyje priskiriama titranto koncentracija 0.100 mol L⁻¹ ir ekvivalentinis tūris 20.0 mL 25.0 mL mėginio alikvotai. Titranto kiekis yra 2.00 mmol; rūgšties kiekis 1.00 mmol, o jos koncentracija alikvotoje 0.0400 mol L⁻¹.

Pasirinkta visiška dviejų protonų apskaita nepatvirtina dviejų atskirai matomų titravimo pabaigos taškų ar tikrųjų rūgšties pusiausvyros konstantų. Jei nurodytoje analizinėje reakcijoje dalyvautų tik vienas protonas, koeficientas skirtųsi. Apibrėžkite reakcijos eigą, o ne priskirkite kiekvienai rūgščiai visuotinį titravimo daugiklį.

Standartizavimas priklauso nuo apibūdintos reaguojančios savybės

Pirminio etalono pamatinė medžiaga gali padėti nustatyti titranto koncentraciją, kai jos atitinkama savybė, stabilumas ir reakcija yra tinkami. Kalio vandenilio ftalatas naudojamas acidimetrijoje, tačiau sertifikate priskirta acidimetrinė savybė automatiškai nereiškia visų galimų grynumo ar pH savybių. Skaitykite tikrąjį sertifikuotą dydį, neapibrėžtį, sąlygas ir numatytą naudojimą.

Jo pasirinkta suminė protono pernašos reakcija yra C₈H₅O₄⁻+OH⁻→C₈H₄O₄²⁻+H₂O; kalio druskoje K⁺ yra pašalinis jonas. Vienas nurodytas pakeičiamas protonas duoda kiekių santykį 1:1. Reaguojančios pamatinės medžiagos savybės nereikėtų painioti su vien neapibrėžtos visos pasvertos medžiagos apskaita.

Originaliam pamatinės medžiagos apskaitos uždaviniui priskirkite masę 0.51055 g, suapvalintą molinę masę 204.22 g mol⁻¹ ir hipotetinę rūgšties ekvivalentų dalį 0.9980. Šios vertės yra mokomosios įvestys, o ne tikras sertifikato priskyrimas. Nepataisytas pamatinės medžiagos kiekis yra 2.500 mmol, o priskirtas reaguojantis kiekis 2.495 mmol. Todėl duotas ekvivalentinis bazės tūris 25.0 mL atitinka 0.09980 mol L⁻¹, o ne 0.1000, kuri būtų gauta ignoruojant daugiklį.

Likučio matavimas gali nustatyti sunaudotą kiekį

Atgalinės analizės apskaitoje priskiriamas žinomas pradinis reagento kiekis ir kita nurodyta reakcija išmatuojamas jo nesureagavęs likutis. Skirtumas duoda reagento sunaudojimą tik tada, kai kiti reagentą sunaudojantys procesai, nuostoliai ir šalutinės reakcijos atmesti arba įtraukti į apskaitą.

Išgalvota visiška karbonato reakcija yra CaCO₃+2H⁺→Ca²⁺+CO₂+H₂O. Kai pradinis rūgšties kiekis 5.00 mmol, o likęs 2.00 mmol, sunaudotas kiekis yra 3.00 mmol. Pasirinkto karbonato kiekis yra 1.50 mmol. Esant priskirtai suapvalintai molinei masei 100.09 g mol⁻¹, jo masė yra 0.150135 g.

Tai duoti pradiniai ir likutiniai kiekiai, o ne eksperimento instrukcijos. Skaičiavimas neatpažintų gryno CaCO₃ nežinomame mišinyje, turinčiame kitų rūgštį vartojančių komponentų. Nurodykite pasirinktą dalelę ir visiškumo bei selektyvumo ribą.

Ekvivalentinis kiekis priklauso reakcijai

Ekvivalentinė dalelė reiškia nurodytą reaguojančios dalelės dalį, susijusią su vieno nurodyto protono ar elektrono pernaša arba kitu apibrėžtu reakcijos vienetu. Daugiklis išplaukia iš pasirinktos reakcijos. Tai nėra savaiminis koncentracijos vienetas, kurį galima priskirti neįvardijus, kuo keičiamasi.

Esant vienodoms išgalvotoms reagentų koncentracijoms 0.0200 mol L⁻¹ ir tūriams 10.0 mL, reagento kiekis yra 0.200 mmol. Pasirinkta visiška dviejų protonų H₂A reakcija atitinka 0.400 mmol protonų pernašos vienetų. Pasirinkta MnO₄⁻ redukcija į Mn²⁺ rūgštinėje terpėje perduoda penkis elektronus vienam permanganatui ir atitinka 1.00 mmol elektronų pernašos vienetų.

Kiekvieno viso reagento kiekis tebėra 0.200 mmol. Nuo reakcijos priklausantys pernešti kiekiai skiriasi. Kiti produktai ar terpės gali pakeisti elektronų pernašos daugiklį, o nevisiška pasirinkta protonų pernaša pakeičia rūgšties daugiklį. Pateikite nurodytą reakciją, o ne nepaaiškintą „normalumo“ skaičių.

Tas pats reagento kiekis ir skirtingi nurodyti pernašos daugikliai

Pasirinkta reakcija	Viso reagento kiekis / mmol	Nurodytos pernašos vienai dalelei	Perneštas kiekis / mmol
Visiška dviejų H₂A protonų neutralizacija	0.200	2 protonai	0.400 protonų pernašos vienetų
MnO₄⁻ į Mn²⁺ rūgštinėje terpėje	0.200	5 elektronai	1.00 elektronų pernašos vienetų

Originalus palyginimas, kiekvienam atskiram pasirinktam reagentui naudojant 0.0200 mol L⁻¹ ir 10.0 mL. Tai duoti kiekiai. Dviejų protonų ir penkių elektronų daugikliai priklauso įvardytoms visiškoms reakcijoms, o ne yra visuotinės visų rūgščių ar visų permanganato reakcijų savybės.

Stebėjimas turi pagrįsti stechiometrinę interpretaciją

Ryškus, atkuriamas titravimo pabaigos taškas gali būti vertingas, bet jo ryšį su ekvivalentiškumu reikia pagrįsti. Indikatorių pusiausvyros, prietaiso atsakas, konkuruojančios reakcijos, baigtinis tirpumas ir reakcijos laikas gali paslinkti pasirinktą titravimo pabaigos tašką. Standartizavimas ir tinkamos patikros sprendžia skirtingas rezultato dalis.

Taigi klasikinė analizė sujungia išlygintą kiekių apskaitą su pamatinės medžiagos apibūdinimu, titravimo pabaigos taško interpretacija ir neapibrėžtimi. Tolesnėse pamokose nagrinėjama, kaip pusiausvyra ir paruošimas gali apriboti kitaip teisingą aritmetinį skaičiavimą.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Naudokite visą pasirinktą dviejų protonų koeficientą

Naudokite duotą 0.100 mol L⁻¹ bazę ir 20.0 mL ekvivalentinį tūrį 25.0 mL mėginiui.

Bazės kiekis yra 2.00 mmol.
H₂A kiekis perpus mažesnis: 1.00 mmol.
Koncentracija alikvotoje yra 1.00 mmol/25.0 mL=0.0400 mol L⁻¹.

Kiekių ryšys nurodytai visiškai suminei reakcijai, neįrodantis atskirų titravimo pabaigos taškų.

Taikykite duotą rūgšties ekvivalentų daugiklį

Naudokite hipotetinę masę 0.51055 g, molinę masę 204.22 g mol⁻¹ ir daugiklį 0.9980.

Nepataisytas pamatinės medžiagos kiekis yra 2.500 mmol.
Priskirtas reaguojantis kiekis yra 2.495 mmol.
Esant duotam ekvivalentiniam bazės tūriui 25.0 mL, koncentracija yra 0.09980 mol L⁻¹.

Priskirta reaguojanti savybė pakeičia nustatytą koncentraciją.

Prieš taikydami stechiometriją atimkite likutį

Visiškai suminei karbonato reakcijai naudokite pradinę rūgštį 5.00 mmol ir likutį 2.00 mmol.

Sunaudotos rūgšties yra 3.00 mmol.
CaCO₃ kiekis yra 3.00/2=1.50 mmol.
Priskirta masė yra 0.00150×100.09=0.150135 g.

Pasirinkto karbonato apskaita darant prielaidą, kad kito rūgšties sunaudojimo nėra.

Reagentų dalelių kiekius ir perneštus kiekius laikykite atskirai

Naudokite po 0.200 mmol abiejų pasirinktų reagentų.

Visiška H₂A reakcija duoda 0.400 mmol protonų pernašos vienetų.
Rūgštinėje terpėje MnO₄⁻→Mn²⁺ duoda 1.00 mmol elektronų pernašos vienetų.
Abiejų reagentų kiekiai, skaičiuojant pilnas daleles, lieka 0.200 mmol.

Skirtingi nuo reakcijos priklausantys daugikliai, o ne skirtingos visų reagentų koncentracijos.

Pabandykite patys

Išlaikykite tą pačią visišką dviejų protonų suminę reakciją ir bazės koncentraciją, bet naudokite 30.0 mL ekvivalentinį tūrį tam pačiam 25.0 mL mėginiui. Raskite H₂A koncentraciją.
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
0.0600 mol L⁻¹.
Bazės kiekis yra 3.00 mmol, rūgšties kiekis 1.50 mmol; dalykite iš 0.0250 L.
Naujoje visiškoje karbonato apskaitoje pradinis rūgšties kiekis yra 6.00 mmol, o likęs 2.00 mmol. Raskite karbonato kiekį.
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
2.00 mmol.
Sunaudotos rūgšties yra 4.00 mmol, o nurodytai suminei reakcijai reikia dviejų protonų vienam karbonatui.
Ar stechiometrinis ekvivalentiškumas reikalauja, kad visų ištirpusių laisvųjų reagentų koncentracijos būtų lygios nuliui?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Stechiometrinė apskaita ir baigtinės pusiausvyros koncentracijos yra skirtingi dydžiai.
Ar acidimetrinės pamatinės medžiagos sertifikatas automatiškai priskiria tą medžiagą pH etalonui?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Sertifikuota savybė ir numatytas naudojimas yra konkretūs; rūgšties ekvivalentų kiekis ir pH yra skirtingos savybės.

Ką verta įsidėmėti

Prieš naudodami tūrius išlyginkite pasirinktą reakciją.
Ekvivalentiškumą atskirkite nuo stebimo titravimo pabaigos taško.
Naudokite apibūdintą reaguojančią pamatinės medžiagos savybę.
Atgalinei apskaitai reikia atmesti arba įskaityti šalutinį sunaudojimą.
Ekvivalentiniams kiekiams reikia nurodytos reakcijos.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.