Титрування
- Page ID
- 24746
Навички для розвитку
- Виконання та інтерпретація обчислень титрування
Титрування - це лабораторна методика, яка використовується для точного вимірювання молярної концентрації невідомого розчину за допомогою відомого розчину. Основний процес передбачає додавання стандартного розчину одного реагенту до відомої кількості невідомого розчину іншого реагенту. Наприклад, ви можете додати стандартний базовий розчин до таємничого кислотного розчину. Як відбувається додавання, два реагенти в розчині, в цьому кислота і основа, реагують. Ви також додаєте індикатор, який представляє собою молекулу, яка змінює колір, коли вихідний реагент (кислота в таємничому розчині, скажімо) повністю витрачається реакцією зі стандартним реагентом розчину. Якщо точно знати, скільки стандарту було додано до зміни кольору, можна обчислити, скільки родимок невідомого було присутнє на початку, а значить і концентрацію невідомого.
Багато стандартних реагентів, які ви можете використовувати в лабораторії, особливо HCl та NaOH, які є дуже поширеними та важливими, важко підготувати при точній концентрації без титрування. Причина полягає в тому, що HCl купується як концентрований розчин, який може трохи відрізнятися в концентрації, оскільки і HCl, і вода можуть випаровуватися. NaOH можна придбати як твердий, але він гігроскопічний, а значить, поглинає воду з повітря. Він може поглинати стільки води, що насправді розчиняється. З цієї причини, навіть якщо ви купуєте його сухим, як тільки ви відкриєте пляшку, вона може почати поглинати воду, і важко буде знати, коли ви вимірюєте її, який% води це таке. Таким чином, якщо ви працюєте в біохімічній лабораторії, наприклад, ви можете контролювати рН ваших розчинів, додавши трохи розведеного HCl або NaOH, тому що хлорид і іони натрію дуже поширені і, ймовірно, вже включені в розчин, але ви можете знати, наскільки концентровані ваші розчини . Щоб визначити це, ви б використали стандартне рішення, виготовлене з якоїсь легшої до маси кислоти або основи, щоб титрувати розчин, який ви насправді хочете використовувати. Після титрування ви можете розбавити його точно до потрібної концентрації. Деякі інші реагенти вам можуть знадобитися стандартні розчини реагувати з повітрям; їх ви також можете титрувати, якщо вони довго чекали, щоб ви знали, яка поточна концентрація.
Титрування може здатися трохи старомодним. Власне, кількість доступних автоматизованих машин титрування (спробуйте пошук Google!) припускають, що титрування все ще дуже важливі в промисловості. Однією з причин може бути те, що титрування можуть бути корисними для вивчення недавно виявлених молекул, наприклад, для вимірювання молекулярної маси та інших властивостей, які ми вивчимо пізніше.
Традиційно ви берете відому масу або обсяг невідомого розчину і поміщаєте його в колбу з індикатором. Потім ви додаєте стандартний розчин в бюрет, який представляє собою спеціальну трубку для повільного додавання розчину і вимірювання обсягу, доданого в кінці. У наші дні може бути простіше використовувати пластикову пляшку для віджиму замість бюрета. Ви кладете стандартний розчин в пляшку для віджиму, дістаєте масу пляшки, робите титрування, а потім знову массуєте пляшку. Тепер ви точно знаєте, скільки стандарту було додано!
Приклад\(\PageIndex{1}\)
У нас є розчин HCl, концентрація якого відома неточно (~2,5 М). (Ми зробили це рішення в попередньому розділі про молярність.) Ми хочемо точніше визначити концентрацію. У нас є розчин NaOH, який, як відомо, дорівнює 5.1079 М. Ми поміщаємо 100,00 мл розчину HCl в колбу з краплею індикатора, який змінить колір, коли розчин більше не кислий. Потім додаємо NaOH повільно, поки колір індикатора не зміниться. На даний момент ми додали 46,67 мл NaOH. Обчисліть точну концентрацію HCl.
Рішення
Щоб відповісти, нам потрібно знати, що реакція
\[HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O\]
Таким чином, співвідношення становить 1 ГКл: 1 NaOH. Розраховуємо кількість доданих родимок NaOH:
\[(5.1079\; mol/L)(46.67\; mL)= 238.4\; mmol\]
Це також кількість молів HCl у вихідному 100,00 мл розчину, оскільки співвідношення реакції становить 1:1. Щоб розрахувати концентрацію розчину HCl, просто ділимо кількість молів HCl на обсяг.
\[(238.4\; mmol)/(100.00\; mL) = 2.384\; M\]
Ми могли б зробити це за один крок, використовуючи розмірний аналіз:
\[(46.67\; \cancel{mL\; NaOH}) \left(\dfrac{5.1079\; \cancel{mol\; NaOH}}{1000\; \cancel{mL}}\right) \left(\dfrac{1\; mol\; HCl}{1\; \cancel{mol\; NaOH}}\right) \left(\dfrac{1}{100.00\; mL}\right)=2.384\; M\]
Тепер ми розвели 250 мл вихідного розчину до 1,00 л, щоб зробити цей розчин. Яка саме концентрація 10 М HCl? Спочатку обчислюємо молі HCl у всьому розчині «2,5 М», що дорівнює кількості молів HCl в кількості вихідного розчину («10 М»), який був використаний для його виготовлення (250мл).
\[(1.00\; \cancel{L\; of\; diluted\; solution}) \left(\dfrac{2.384\; mol\; HCl}{1\; \cancel{L\; of\; diluted\; solution}}\right) \left(\dfrac{1}{0.250\; L\; of\; conc.\; solution}\right)=9.536\; M\]
Чому так низько? HCl є газом, і може випаровуватися з розчину. Запасне рішення, мабуть, було досить старим.