Plan_Otkryty_urok_novy_stand_metody

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЛАСТНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
«ЛИПЕЦКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
ОТКРЫТОГО УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА»
НА ТЕМУ:
«Титриметрический метод анализа»
Преподаватель:
Выставкина Татьяна Васильевна
Специальность:
150401
Металлургия черных металлов
Группа:
Дата:
С-13-1
20. 10. 2014 г.
Липецк 2014
Методическая разработка открытого учебного занятия по дисциплине
«Химические и физико-химические методы анализа» на тему:
«Титриметрический метод анализа» по специальности 150401
Металлургия черных металлов
ОДОБРЕНО
цикловой комиссией
химических дисциплин
Протокол № _______ от «_______» __________2014 г.
Председатель:___________ И.В. Додонова
Составитель: ____________ Т.В. Выставкина,
преподаватель ОПД и ПМ
2
Технологическая карта открытого урока
Преподаватель:
Выставкина Татьяна Васильевна
Специальность:
150401 Металлургия черных металлов
Время проведения:
урочное
Регламент занятия:
90 минут
Участники занятия:
студенты группы С 13-1
Тема раздела
рабочей программы:
Химические методы анализа
Тема занятия:
Титриметрический метод анализа
Тип занятия:
учебное
занятие
по
первичному
изучению и
закреплению знаний и
способов действий
Форма организации
образовательного
процесса:
Лекционное занятие
практической работы
Междисциплинарные
связи:
«Физическая химия», «Основы
металлургического производства»
Технология обучения:
Практикоориентированная с
использованием проблемного метода
с
элементами
3
Цели учебного занятия:
 Обучающие:
o обобщить знания о химических методах анализа, ранее основанных;
o рассмотреть классификацию титриметрического метода анализа;
o
применять необходимые расчеты;
o объяснить требования к реакциям и применяемым растворам;
o освоить
и применять
лабораторную посуду;
необходимое
для
анализа
оборудование
и
o изучить виды растворов, применяемые в титриметрии;
o использовать знания о титриметрическом методе анализа при проведении
исследований;
o формировать представление о том, что титрование как один из методов
анализа - это наиболее простой относительно методики выполнения и
аппаратуры, а также высокоточный метод.
o изучить технику титрования и лабораторное обеспечение анализа.
 Развивающие:
o продолжить развитие учебно-интеллектуальных умений: выделять главное и
существенное, устанавливать причинно-следственные (развитие логического
мышления);
o продолжить
развитие
высказывать тезисы;
o продолжить
учебно-познавательных
умений:
составлять
и
формирование умений раскрывать причинно-следственные
связи;
o сформировать целостное представление о методах анализах;
o развивать умения сравнивать и анализировать, переводить информацию в
расчетную часть;
o развивать потребности в творческой самореализации, самообразовании;
организации рабочего времени на уроке;
o продолжить развитие учебно-организационных умений: организовать себя на
выполнение поставленной задачи, осуществлять самоконтроль и самоанализ
учебной деятельности;
 Воспитательные:
o продолжить формирование познавательного интереса к предмету;
o способствовать воспитанию культуры общения;
o воспитывать гордость за вклад русских ученых в развитие науки;
o продолжить формирование умений работать в группе, слушать товарищей,
оценивать себя и других.
4
 Методические:
o применение современных технологических средств при проведении учебного
занятия;
o сочетание изучения нового материала с опорой на изученный ранее;
o отработка методики проведения урока изучения нового материала;
o совершенствование проверочного контроля знаний.
Учебное занятие строится на следующих принципах:
 общедидактических:
 доступность и наглядность в обучении;
 сознательность и активность в обучении;
 оптимальное сочетание различных методов, форм и средств обучения;
 принципах
обучения,
образования:
демонстрирующих
специфику
профессионального
 соответствие содержания обучения требованиям современного металлургического
производства;
 профессиональная направленность обучения;
 связь теории и практики в обучении;
 самостоятельность студентов в процессе обучения.
В учебном занятии используются следующие методы обучения:




словесные;
наглядно-демонстрационные (интерактивные);
практические;
самостоятельная работа студентов малыми группами.
В учебном занятии применяются следующие методы контроля и проверки общих и
профессиональных компетенций студентов:
 контроль студентов по ходу изучения нового теоретического материала;
 тестовый контроль;
 наблюдение за активностью студентов в решении проблемы и обсуждении
полученных результатов;
 проверка правильности принятия и оформления решения малой группы.
Планируемые результаты: студенты получат представление о том, что, используя
титрование, нетрудно определить концентрацию какого-либо вещества в растворе с
точностью до одной десятой процента. Наверное, именно поэтому титриметрические
5
методы широко применяются в научных исследованиях и для контроля различных
технологических процессов.
Обеспечение учебного занятия:
 Аппаратное обеспечение: Персональный
оборудование, интерактивная доска.
компьютер,
мультимедийное
 Программное обеспечение: ОС Windows, ППП Microsoft office 2007, Windows
Media Player.
 Учебно-методическое обеспечение
 план проведения открытого учебного занятия,
 видеофильм;
 раздаточный материал.
6
План проведения учебного занятия по дисциплине «Химические и физико-химические методы анализа»
на тему: «Титриметрические методы анализа»
№
этапа
1
2
3
Название
этапа
Образовательные задачи
учебного занятия
Содержание
Методы
(по источнику
получения
информации)
Организаци  Подготовка студентов к работе на  Приветствие
 Подготовка
онный
занятии
 Проверка отсутствующих
презентационного
 Фокусирование внимания на  Проверка состояния рабочих мест материала
предстоящей работе
студентов
 Словесный – устное
изложение
Мотивация  Обеспечение
мотивации
и  Сообщение темы и постановка  Словесный – устное
деятельност
принятие
студентами
цели
цели учебного занятия
изложение
и студентов
занятия
 Обоснование
профессиональной
значимости занятия
Актуализац  Актуализация
теоретических  Повторение
материала,
ия ранее
знаний студентов по теме:
необходимого для изучения и
усвоенных
"Химические методы анализа"
закрепления
новых знаний и
знаний и  Установление
связей
между
решения учебно-производственной
способов
теорией и ее применением на
проблемы:
деятельност
практике
 характеристика
весового
и
 Выявление пробелов в знаниях и
метода анализа;
способов
деятельности,
 основные операции методов анализа.
определение
причин
их
возникновения
 Устранение
выявленных
пробелов
Средства
обучения
 Мультимедийный
проектор
 Интерактивная
доска
 Персональный
компьютер
 Мультимедийный
проектор
 Словесный – вопросно  Интерактивная
доска
- ответный метод

Персональный
 Наглядно –
компьютер
демонстрационный  Мультимедийный
слайды
проектор
 Решение задач
 Тестирование
7
№
этапа
Название
этапа
Образовательные задачи
учебного занятия
4
Первичное  Приобретение новых знаний
изучение  Закрепление нового материала
нового
материала
Содержание
 Основные
сведения
о
титриметрическом методе анализа
 Чтение реферата по заданной теме;
 Решение задач;
 Просмотр видеофильмов;
 Составление конспекта.
Методы
(по источнику
получения
информации)
 Словесный дискуссия
 Практический
 Нагляднодемонстрационный
 Словесные
 Практический
 Нагляднодемонстрационный
5
Закрепление  Приобретение студентами умений  Постановка учебной проблемы;
нового
применения теоретических
 Тестирование;
материала.
знаний
 Решение задач.
 Совершенствование
коммуникативных
умений
студентов
6
Подведение  Качественное оценивание работы  Мобилизация
студентов
на  Словесные
итогов и
группы и отдельных студентов
рефлексию своего поведения и  Практический
рефлексия  Инициирование
рефлексии
результатов усвоения изученного
проделанно
студентов по поводу мотивации
материала
й работы
деятельности, сотрудничества и  Подведение
итогов
учебного
перспектив
профессиональной
занятия
преподавателем,
деятельности
выставление оценок
Средства
обучения
 Интерактивная
доска
 Раздаточный
материал
 Персональный
компьютер
 Мультимедийный
проектор
 Персональные
компьютеры
 Интерактивная
доска
 Раздаточный
материал
 Персональные
компьютеры
 Интерактивная
доска
8
Содержание и структура учебного занятия:
Организационный момент. Добрый день! С каким настроением вы сегодня пришли на
занятие? Надеюсь, что мы с вами сегодня очень плодотворно поработаем, настроение
станет еще лучше, прежде всего от чувства удовлетворенности, что узнаем что-то новое,
еще неизвестное и повысим свой интеллектуальный уровень.
Актуализация знаний
Тема нашего занятия: "Титриметрический анализ". Сегодня вы познакомитесь с
классификацией титриметрических методов анализа по различным признакам, с
лабораторным обеспечением титриметрического анализа, с основными видами расчетов
применяемых в титриметрии и растворами применяемые в данном методе анализа.
Но перед тем как приступить к изучению нового материала давайте вспомним, к
какой группе методов относиться гравиметрический метод анализа? В чем сущность
весового метода? Основные операции данного метода?
С помощью мультимедийного сопровождения проводится диктант по теме:
"Гравиметрический анализ"
1. Анализ основанный на точном измерении массы определяемого вещества 2. Малорастворимый осадок соединения, содержащего определяемое вещество в
гравиметрии3. Вещество после высушивания или прокаливания 4. Отделение осадка от раствора называется 5. Проба, проводимая добавлением в фильтрат осадителя, называется А теперь проведем взаимоконтроль На экране вы видите правильные ответы.
1. – гравиметрический анализ;
2. – осаждаемая форма;
3. – гравиметрическая форма;
4. – фильтрованием;
5.– проба на полноту осаждения.
Отметьте каждый правильный ответ 1 баллом. И поставьте общий балл. Какие
ошибки обнаружились в ходе проверки? У кого меньше 3 ошибок?
Сейчас продолжим нашу работу - решим задачу по гравиметрическому методу
анализа
Определить содержание бария в образце химически чистого хлорида бария BaCl 2•2H2O.
Навеска чистого BaCl2•2H2O равна 0,4872 г. Масса осадка сульфата бария BaSO4 после
прокаливания 0.4644 г.
Решение. Сначала вычисляют, сколько бария (атомная масса 137,40) содержится в
полученном осадке сульфата бария:
в 233,40 г
BaSO4
содержится
137,40 г Ba
в 0,4644 г
BaSO4
хг
Ba
х = (0,4644•137,40)/233,40 = 0,2733 г.
Очевидно, что это же количество бария входило до реакции в состав навески
BaCl2•2H2O. Поэтому можно составить пропорцию:
0,4872 г
BaCl2•2H2O составляют
100 %
0,2733 г
Ba
х%
х = (0,2733 • 100)/0,4872 = 56,09%
9
Ответ: следовательно, хлорид бария BaCl2•2H2O содержит 56.09% бария.
Гравиметрический анализ является наиболее точным из химических методов
анализа. Область применения его весьма широка, так как каждый элемент (за
единичными исключениями) образует те или иные малорастворимые соединения, в виде
которых он может быть количественно определен гравиметрическим методом. Однако
этот метод имеет и весьма крупный недостаток, заключающийся в длительности
определений. Результаты анализа получаются в лучшем случае через несколько часов,
чаще же анализ заканчивается лишь на следующий день. Медленное выполнение
анализов очень часто не соответствует нуждам практики. Так, при химическом контроле
того или иного технологического процесса (например, доменной или мартеновской
плавки и т. д.) результаты анализа должны быть получены своевременно, пока еще
можно изменить течение процесса в целях предупреждения брака. Своевременно
полученный анализ дает возможность наилучшим образом направлять процесс и
получать высококачественную продукцию. Наоборот, самый тщательно выполненный
анализ становится совершенно бесполезным, если его результаты получены слишком
поздно. Титриметрический анализ в отношении скорости выполнения дает огромное
преимущество по сравнению с гравиметрическим анализом. Ускорение определений
достигается благодаря тому, что вместо взвешивания продукта реакции при
титриметрическом анализе измеряют объем затрачиваемого на ее проведение раствора
реагента, концентрация (или, как говорят, титр) которого всегда точно известна. Таким
образом, в титриметрическом (объемном) анализе количественное определение
химических веществ осуществляется чаще всего путем точного измерения объемов
растворов двух веществ, вступающих между собой в реакцию.
II. Изучение нового материала:
Этап 1. Историческая справка
Титриметрический (объёмный) анализ является одним из важнейших и старейших видов
количественного анализа (его возраст более 150 лет). Этот вид количественного анализа
является важным, широко и повсеместно используемым в химических лабораториях
разного уровня. Все методы титриметрического анализа широко используются в практике
аналитического контроля продуктов металлургических производств. Данный метод
анализа получил широкое распространение потому, что он позволяет использовать
разнообразные химические реакции и определять вещества, учитывая их свойства и
строение. Он выполняется быстро, с большой степенью точности, не нуждается в
сложном оснащении и может использоваться как в лабораториях, так и в аптеках.
О истории данного метода наш поведает студент группы.
Данный метод возник в XVIII веке, вначале как эмпирический способ проверки
качества различных материалов, например, уксуса, соды, отбеливающих растворов. На
рубеже XVIII и XIX веков были изобретены бюретки и пипетки (Ф.Декруазиль). Особое
значение имели труды Ж.Гей-Люссака, который ввел основные термины этого метода:
титрование, титрант и другие, происходящие от слова «титр». Титр – это масса
растворенного вещества (в граммах), содержащаяся в одном миллилитре раствора. Во
времена Гей-Люссака результаты анализа вычисляли именно с помощью титров. Однако
титр как способ выражения концентрации раствора оказался менее удобным, чем другие
характеристики (например, молярные концентрации), поэтому в современной аналитике
химии расчеты с применением титров ведут довольно редко. Напротив, различные
термины, произведенные от слова «титр», применяют очень широко. В середине XIX
века немецкий химик К.Мор обобщил все созданные к тому времени титриметрические
10
методики и показал, что в основе любой методики лежит один и тот же принцип. К
раствору пробы, содержащей определяемый компонент Х, всегда прибавляют раствор с
точно известной концентрацией реагента R (титрант). Этот процесс и называют
титрованием. Проводя титрование, аналитик следит за протеканием химической реакции
между Х и добавляемым R. По достижении точки эквивалентности, когда число молей
эквивалентов введенного R точно сравняется с числом молей эквивалентов
находившегося в пробе вещества Х, титрование прекращают и измеряют объем
затраченного титранта. Момент окончания титрования называют конечной точкой
титрования (к.т.т.), ее, как и точка эквивалентности, выражают в единицах объема,
обычно в миллилитрах.
Поскольку массу или концентрацию Х рассчитывают по объему титранта,
затраченному на титрование пробы (поVк.т.т.), в прошлом титриметрию называли
объемным анализом. Это название нередко используют и сегодня, но термин
титриметрический анализ более точен. Дело в том, что операция постепенного
прибавления реагента (титрование) характерна для любой методики этого типа, а расход
титранта можно оценивать не только путем измерения объема, но и другими способами.
Иногда добавляемый титрант взвешивают (измерение массы на аналитических весах дает
меньшую относительную погрешность, чем измерение объема). Иногда измеряют время,
за которое будет введен титрант (при постоянной скорости ввода).
С конца XIX века титриметрические методики стали применять и в
исследовательских, и в заводских, и в других лабораториях. С помощью нового метода
оказалось возможным определять миллиграммовые и даже микрограммовые количества
самых разных веществ. Широкому использованию титриметрии способствовали простота
метода, невысокая стоимость и универсальность оборудования. Особенно широко
титриметрию стали применять в 50-х годах XX века, после создания швейцарским
аналитиком Г. Шварценбахом нового варианта этого метода (комплексонометрии).
Одновременно началось широкое применение инструментальных методов контроля к.т.т.
К концу 20 века значение титриметрии несколько снизилось в связи с конкуренцией
более чувствительных инструментальных методов, но и сегодня титриметрия остается
очень важным методом анализа. Она позволяет быстро, легко и достаточно точно
определять содержание большинства химических элементов, отдельные органические и
неорганические вещества, суммарное содержание однотипных веществ, а также
обобщенные показатели состава (жесткость воды, жирность молока, кислотность
нефтепродуктов).
Этап 2. Общая характеристика метода
Запишем в тетради определение титриметрического метода анализа.
Титриметрический, или объемный, анализ - метод количественного анализа,
основанный на измерении объема (или массы) реагента Т, затраченного на реакцию с
определяемым веществом Х.
Как вы думаете какие достоинстава имеет данный метод перед весовым?
Основными достоинствами титриметрического анализа являются точность,
быстрота исполнения и возможность применения для определения самых разнообразных
веществ.
Принцип метода станет более понятен после изложения техники его
проведения. После просмотра видеофильма вам надо будет записать в тетради
следующие определения:
Титрование 11
ТитрантАликвота Конечная точка титрованияТочка эквивалентности Запись в тетради
Титрование - процесс определения вещества Х постепенным прибавлением
небольших количеств вещества Т, при котором каким-нибудь способом обеспечивают
обнаружение точки (момента), когда все вещество Х прореагировало.
Титрант - раствор, содержащий активный реагент Т, с помощью которого проводят
титрование.
Аликвотная доля (аликвота) - точно известная часть анализируемого раствора,
взятая для анализа.
Точка эквивалентности (ТЭ) - такая точка (момент) титрования, в которой
количество прибавленного титранта Т эквивалентно количеству титруемого вещества Х.
Конечная точка титрования (КТТ) - точка (момент) титрования, в которой
некоторое свойство раствора (например, его окраска) показывает заметное (резкое)
изменение.
На основании данных опыта рассчитать концентрацию кислоты по закону
эквивалентов. Отношение объемов растворов реагирующих веществ равно обратному
отношению их нормальных концентраций.
Какая посуда используется при проведении титриметрического анализа? Просмотр
видефильма.
В титриметрии используют специальную посуду для точного измерения растворов:
бюретки, мерные колбы и пипетки. При вспомогательных операциях применяют посуду
для приблизительного измерения объемов: цилиндры и мензурки.
Бюретки, в которые помещают раствор титранта, в зависимости от назначения
бывают разных размеров и конструкций. Обычная лабораторная бюретка (макробюретка)
представляет собой стеклянную цилиндрическую градуированную трубку с суженым
концом, на который надет резиновый переходник с оттянутой стеклянной трубочкой.
Резиновый переходник стягивают зажимом или в нее помещают стеклянный шарик. Если
нажимать резинку в области шарика, то между шариком и резиновой трубкой образуются
узкие каналы, через которые и вытекает стандартный раствор. Иногда суженый конец
бюретки снабжен стеклянным краном.
С помощью бюреток измеряют точный объем раствора, израсходованный на
титрование. Объем раствора определяют по разности уровней до и после титрования.
В лабораторной практике обычно используют бюретки вместимостью 25,00 и 50,00 мл.
Градуировка бюретки начинается сверху, где находится начало отсчета — нулевое
деление. Большие деления бюретки соответствуют миллилитрам, малые деления —
десятым долям миллилитра. При отсчетах оценивают сотые части миллилитра: при этом
расстояние между соседними делениями мысленно делят на пять частей. Для точных
отсчетов уровень глаз должен находиться на уровне мениска жидкости. Если в бюретке
содержится бесцветный раствор, то отсчет проводится по нижней границе мениска, если
окрашенный, — по верхней. Отсчет по бюретке проводят с точностью ±0,02 мл.
Пипетки. Это узкие длинные трубки с расширением посередине. На верхней узкой
части трубки пипетки наносится черточка, ограничивающая определенный объем. На
12
пипетке указаны вместимость и температура, при которой происходила калибровка.
Применяют также цилиндрические пипетки, которые градуированы так, как и бюретки.
Мерные колбы представляют собой колбы с длинными узкими шейками. На шейке
нанесена круговая метка, до которой необходимо заполнять колбу. На колбе указывают
ее вместимость и температуру калибровки. Мерные колбы различаются по вместимости:
25,00; 50,00; 100,00; 200,00; 250,00; 500,00; 1000,00; 2000,00 мл.
Этап 3. Расчеты в титриметирическом анализе
Результаты титриметрического анализа не рекомендуется рассчитывать
непосредственно по уравнению реакции, например, с помощью пропорций. Результаты
титриметрического анализа рассчитывают по одной из нескольких готовых
алгебраических формул, выведенных на основании закона эквивалентов.
Способ расчета не зависит от типа химической реакции, протекающей в ходе
титрования, и способа контроля точки эквивалентности. Наиболее просто выглядят
расчетные формулы, если концентрации определяемого компонента и титранта
выражают числом молей их эквивалентов в литре соответствующих растворов, т.е.
используют концентрации определяемого компонента (N) и титранта.
Способы выражения концентрации растворов:
1) Массовая доля растворённого вещества w(B) - это безразмерная величина, равная
отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m или отношение
массы рас-творенного вещества к произведению плотности раствора и объема:
2) Молярная концентрация Cм(B) показывает, сколько моль вещества содержится в
1 литре раствора .
3) Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества
в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре
раствора.
Э- эквивалент вещества.
Грамм - эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно
равное его эквиваленту.
Эоснования = Моснования / число замещаемых в реакции гидроксильных групп
Экислоты = Мкислоты / число замещаемых в реакции атомов водорода
Эсоли = Мсоли / произведение числа катионов на его заряд.
4) Титр – отношение массы растворенного вещества к объему раствора (г/мл); отношение
произведения нормальной концентрации и объема раствора на 1000.
Закрепим наши знания с помощью решения задач.
1. Навеска Na2CO3 1,3540 г растворена в мерной колбе на 250 мл, раствор доведен до
метки. Чему равен титр раствора.
13
2. Раствор объемом 500 мл содержит NaOH массой 5 г. Определить молярную
концентрацию этого раствора.
3. Чему равны нормальность и титр HNO3, если на титрование 20,00 мл его
израсходовано 15 мл 0,1200 н. раствора NaOH.
4. Вычислить нормальность раствора NaOH, титр которого равен 0,004020.
Таким образом, определение содержания вещества в титриметрическом анализе
осуществляется в результате проведения реакции точно известного количества одного
вещества с неизвестным количеством другого, с последующим расчётом количества
определяемого вещества по уравнению реакции.
Этап 4. Стандартные растворы
Основным раствором в титриметрическом анализе является стандартный
(титрованный) раствор - это раствор с точно известной концентрацией. Различают
несколько типов стандартных растворов.
Первичным стандартом называется раствор с точно известной концентрацией,
приготовленный по точной навеске вещества. Вещество для приготовления первичного
стандарта должно иметь определённый состав и быть определённой степени чистоты.
Содержание в нём примесей не должно превышать установленных норм.
Навеску взвешивают на аналитических весах и растворяют в определённом объёме
растворителя. Полученный стандартный раствор не должен изменять своих свойств при
хранении. Стандартные растворы хранят в плотно закрытой посуде. При необходимости
их предохраняют от попадания прямых солнечных лучей и воздействия высокой
температуры. Стандартные растворы многих веществ (HCl, H2SO4, Na2B4O7 и др.) могут
храниться годами без изменения концентрации. Ввиду того, что подготовка вещества для
приготовления стандартного раствора является длительным и трудоёмким процессом,
химической промышленностью выпускаются так называеые стандарт-титры (фиксаналы).
Преподаватель показывает фиксанал.
Фиксанал представляет собой стеклянную ампулу, в которой запаяна определённая
навеска вещества. Ампулу разбивают, и вещество количественно переносят в мерную
колбу, доводя затем объём жидкости до метки. Применение стандарт - титров
значительно облегчает процесс и сокращает время приготовления стандартного раствора.
Некоторые вещества трудно получить в химически чистом виде (например,
KMnO4). Из-за содержания примесей взять точную навеску вещества часто бывает
невозможно. Кроме этого, растворы многих веществ, при хранении, изменяют свои
свойства. Например, растворы щелочей способны поглощать углекислый газ из воздуха, в
результате чего их концентрация со временем меняется. В этих случаях используют
вторичные стандарты.
Вторичным стандартом называется раствор вещества с точно известной
концентрацией, которая устанавливается по первичному стандарту. Вторичные
стандарты (например, растворы KMnO4, NaOH и т. д.) хранятся при тех же условиях, что
и первичные стандарты, но их концентрацию периодически проверяют по стандартным
растворам так называемых установочных веществ.
Просмотри видеофильма о приготовлении стандартных растворов.
Этап 2. Классификация титриметрического метода анализа
Основной операцией титриметрического анализа является титрование
–
постепенное смешивание веществ до полного окончания реакции. Обычно в
титриметрическом анализе используются растворы веществ. В ходе титрования раствор
одного вещества постепенно приливается к раствору другого вещества до тех пор, пока
14
вещества полностью не прореагируют. Далеко не все химические реакции можно
использовать для проведения титрований. Классификация по типу химической реакции –
наиболее важная.
Требования к реакциям, лежащим в основе титриметрических методов анализа
1. Взаимодействие титранта с определяемым веществом должно соответствовать
стехиометрическому уравнению реакции. Титрант должен расходоваться только на
реакцию с определяемым веществом. В свою очередь, определяемое вещество
должно реагировать только с титрантом и не взаимодействовать, например, с
кислородом воздуха.
2. Реакция должна протекать количественно, т.е. константа равновесия реакции
титрования должна быть велика.
3. Реакция должна протекать с большой скоростью.
4. Должен быть способ определения конца титрования.
5. Раствор титранта должен быть стандартизован.
Совокупности указанных требований отвечают реакции протолиза (нейтрализации),
многие реакции комплексообразования и окисления-восстановления, а также некоторые
реакции осаждения. Соответственно в титриметрическом анализе выделяют:
-метод нейтрализации,
-комплексометрию,
-редоксметрические методы
-методы осаждения.
Внутри каждого метода выделяют отдельные его варианты (табл.1). Их названия
происходят от наименований реагентов, используемых в каждом из вариантов в качестве
титранта.
Классификация по способу титрования. Обычно выделяют три способа: прямое,
обратное и заместительное титрование.
Прямое титрование предполагает непосредственное прибавление титранта к
раствору пробы. Данное титрование - удобный и самый распространенный вариант
титриметрии. Он более точен, чем другие. Ведь случайные погрешности в основном
возникают при измерении объема растворов, а в данном способе титрования объем
измеряют только один раз. Однако прямое титрование возможно далеко не всегда.
Многие реакции между идут недостаточно быстро, и после добавления очередной порции
титранта в растворе не успевает установиться равновесие. Иногда прямое титрование
невозможно из-за побочных реакций или ввиду отсутствия подходящего индикатора. В
подобных случаях применяют более сложные схемы обратного или заместительного
титрования. Они включают не менее двух химических реакций. Обратное титрование
проводят по двухстадийной схеме:
Х + R1 = Y1
R1 + R2 = Y2
Вспомогательный реагент R1 вводят в точно известном количестве. Объем и
концентрацию раствора R1 выбирают так, чтобы R1 после завершения реакции с Х
остался в избытке. Затем непрореагировавшую часть R1 оттитровывают титрантом R2.
Примером может быть перманганатометрическое титрование органических веществ.
Титровать многие вещества перманганатом «напрямую» не удается из-за замедленности
их окисления и по другим причинам. Но можно сначала добавить к анализируемой пробе
известное (избыточное) количество KMnO4, подкислить и нагреть полученный раствор.
Это приведет к полному и быстрому завершению окисления органических веществ. Затем
15
оттитровывают оставшийся перманганат каким-либо активным восстановителем,
например, раствором SnCl2 или FeSO4.
Таблица 1.
Классификация титриметрических методик по типу используемой химической реакции
Реакция
Метод
Реагент (титрант)
Вариант метода
Определяемые
вещества
Протолиз
Метод
нейтрализации
НCl, HClO4, HNO3
Ацидиметрия
Ocнования
KOH, NaOH и др.
Алкалиметрия
Кислоты
ЭДТА
Комплексонометрия
Металлы и их
соединения
NaF
Фторидометрия,
цианидометрия
Некоторые металлы,
органические
вещества
KMnO4
Перманганатометрия
Восстановители
К2Сr2O7
хроматометрия
KJ и Na2S2O3
Иодометрия
Восстановители,
окислители, кислоты
Аскорбиновая
кислота
Аскорбинометрия
Окислители
AgNO3
Аргентометрия
Галогениды
Hg2(NO3)2
Меркуриметрия
KSCN
Роданометрия
Некоторые металлы
Ba(NO3)2
Бариеметрия
Сульфаты
Комплексо- Комплексометрия
образование
KCN
ОкислениеРедоксметрия
восстановление
Осаждение
Седиметрия
Титрование по заместителю заключается в титровании титрантом В не
определяемого вещества А, а эквивалентного ему количества заместителя А',
получающегося в результате предварительно проведенной реакции между определяемым
веществом А и каким-либо реагентом. Титрование заместителя применяют обычно в тех
случаях, когда невозможно провести прямое титрование.
Классификация по способу контроля точки эквивалентности. Известно несколько
таких способов. Cамый простой - безындикаторное титрование, самый распространенный
– титрование с цветными индикаторами, а самые точные и чувствительные –
инструментальные варианты титриметрии.
Безындикаторное титрование основано на применении реакций, которые
сопровождаются изменением видимых свойств титруемого раствора. Как правило, один
из реагентов (Х или R) имеет видимую окраску. Ход такой реакции контролируют без
специальных приборов и без добавления реактивов-индикаторов. Так, бесцветные
восстановители титруют в кислой среде фиолетовым раствором окислителя –
перманганата калия (KMnO4). Каждая порция добавляемого титранта будет сразу же
обесцвечиваться, превращаясь под действием восстановителя в ионы Mn2+. Так будет
16
продолжаться вплоть до точки эквивалентности. Однако первая же «лишняя» капля
титранта окрасит титруемый раствор в розово-фиолетовый цвет, окраска не исчезнет и
при перемешивании раствора. При появлении неисчезающей окраски титрование
прекращают и измеряют объем затраченного титранта. Конец титрования можно
зафиксировать не только по появлению окраски титруемого раствора, как в
рассмотренном примере, но и по обесцвечиванию ранее окрашенного раствора пробы, а
также по появлению какого-либо осадка, его исчезновению или изменению внешнего
вида. Безындикаторное титрование применяют довольно редко, так как лишь немногие
реакции сопровождаются изменением видимых свойств раствора.
Инструментальное титрование. За протеканием реакции между Х и R можно
следить не просто «на глаз» (визуально), но и с помощью приборов, измеряющих
некоторое физическое свойство раствора. Варианты инструментальной титриметрии
различают, смотря по тому, какое именно свойство раствора контролируется. Можно
использовать любое свойство, зависящее от качественного и количественного состава
титруемого раствора. А именно, можно измерять электропроводность раствора (этот
вариант называют кондуктометрическим титрованием), потенциал индикаторного
электрода, опущенного в титруемый раствор (потенциометрическое титрование),
поглощение света титруемым раствором (фотометрическое титрование) и т.п. Прекратить
титрование можно тогда, когда будет достигнуто некоторое заранее выбранное значение
измеряемого свойства. Например, титруют раствор кислоты щелочью до тех пор, пока не
будет достигнуто значение рН = 7. Однако чаще поступают по-другому - выбранное
свойство раствора многократно (или даже непрерывно) измеряют по мере ввода титранта,
причем не только до, но и после ожидаемой точки эквивалентности. По полученным
данным строят графическую зависимость измеренного свойства от объема добавленного
титранта (кривую титрования). Вблизи точки эквивалентности наблюдается резкое
изменение состава и свойств титруемого раствора, а на кривой титрования
регистрируется скачок или излом. Например, скачок потенциала электрода, опущенного в
раствор. Положение точки эквивалентности оценивают по положению перегиба на
кривой. Такой вариант анализа более трудоемок и длителен, чем обычное титрование, но
дает более точные результаты. За одно титрование удается определить по отдельности
концентрации целого ряда компонентов .
Индикаторное титрование. Точку эквивалентности можно заметить по изменению
индикатора – специального вещества, которое вводят в титруемый раствор (внутренняя
индикация). В области точки эквивалентности (т.э.) индикатор изменяет свой цвет,
образует осадок или вызывает другой наблюдаемый эффект.
В аналитических лабораториях применяют несколько сот цветных индикаторов
разного типа (кислотно-основные, металлохромные, адсорбционные и т.п.). Современные
индикаторы – это специально синтезированные индивидуальные органические
соединения. Как правило, индикаторами являются соединения ароматического ряда,
молекулы которых содержат несколько функциональных групп (заместителей). Известно
множество подобных соединений, но только некоторые из них можно применять в
качестве цветных индикаторов.
Предполагаемый индикатор должен отвечать целому ряду требований:
- индикатор должен хорошо растворяться, давая растворы, устойчивые при хранении;
- в растворе индикатор должен существовать в нескольких формах, различных по
структуре молекулы;
- цветной индикатор должен интенсивно поглощать свет в видимой области спектра;
17
- разные формы индикатора должны быть различны по своей окраске, то есть по спектру
поглощения в видимой области. В таком случае в ходе титрования будет наблюдаться
контрастный цветовой переход;
- переход индикатора из одной формы в другую при изменении состава раствора должен
проходить очень быстро, за доли секунды;
- переход должен вызываться единственным фактором, одним и тем же у всех
индикаторов данного типа. Так, изменение окраски кислотно-основного индикатора не
должно происходить за счет реакций другого типа, например при взаимодействии с
окислителями, или ионами металлов, или белками.
Таким образом, в титриметрическом анализе отдельные титриметрические методы
получили название по типу основной реакции, протекающей при титриметрическом
титровании или по названию титранта (аргентометрия – титрант: раствор AgNO3,
перманганатометрия – титрант: раствор KMnO4), по способу титрования, а также по
способу фиксирования точки эквивалентности.
III. Обобщение :
1. Титриметрический анализ – метод определения количества вещества путем точного
измерения объема растворов веществ, вступающих между собой в реакцию.
2. Для того, чтобы анализ получился точным, помимо полноты протекания реакции,
необходимо, чтобы реагент добавлялся к анализируемому веществу малыми порциями, а
также, необходимо точно определить момент окончания реакции.
3. Раствор титранта должен быть стандартизован. Под стандартизацией раствора титранта
имеют в виду установление его точной концентрации с относительной погрешностью,
обычно не превышающей ±0,1 %.
4. Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности,
в соответствие с которым вещества реагируют между собой в эквивалентных
количествах.
IV. Закрепление
Задачи
Выполнение задач по индивидуальным карточкам. Например,
Вариант 1.
1. Какой объем 0,05 М раствора Na2S2O3 потребуется для нейтрализации 15 мл 0,02 М
раствора K2Cr2O7?
Вариант № 2
1. Обязательно ли совпадение точки эквивалентности с конечной точкой титрования?
Вариант 3.
1. Что называется грамм-эквивалентом вещества и как он определяется в реакциях
нейтрализации?
Вариант № 4
1. Из навески хлорида калия 3,8260 г приготовлено 500 мл раствора. Каков его титр?
Задание : Установите соответствие между посудой, изображенной на рисунках и ее
применением:
18
Химическая посуда
Применение
А. Подача титранта
1
В. Отбор аликвотных частей раствора
2
С. Взвешивание точных навесок
3
4
D. Приготовление растворов первичных стандартов
Тестовые задания
(выполнение у дочки одним студентом)
1. Расчеты результатов определений в титриметрии основаны на законе …
A. кратных отношений
B. действующих масс
C. Авогадро
D. эквивалентов
2. Аликвотная часть – это количество...
A. миллилитров добавленного из бюретки раствора
B. капель добавленного из капельницы индикатора
C. миллилитров отобранного пипеткой раствора для анализа
D. миллилитров отобранного мензуркой раствора для анализа
19
3. Формулы, используемые для расчетов в титриметрическом анализе:
A. Cн(А) = Cн(А)* V(А)
B. V(В) = m/ρ
C. ρ=m/V(А)
D. Cн(А)*V(А)=Cн(B)*V(B)
4. Раствор с точно известной концентрацией, приготовленный по точной навеске
вещества - …
A. вторичный стандарт
B. стандарт – титр
C. определяемый раствор
D. первичный стандарт
5. Точка эквивалентности – это…
A. раствор вещества с точно известной концентрацией
B. постепенное смешивание веществ
C. момент, наступающий в ходе титрования, когда реагирующие вещества полностью
прореагировали
D. вещество, меняющее окраску в определенных условиях
Игра «Я знаю, что..».- каждый студент встает и продолжает данную фразу. Например: я
узнал, что титр - это; индикатор - это..;
V. Подведение итогов занятия, комментирование оценок, домашнее задание.
1. Оценка за работу с места.
2. Оценка за самостоятельную работу.
3. Оценка за работу у доски.
4. Домашнее задание – конспект, подготовка к лабораторной работе.
Литература
1. Болотов Ю.А. Основы аналитической химии. - М.: Высшая школа,2009 г.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия (I и II ч.).-М: Высшая школа.2009 г.
3. Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. и др. Сборник задач и упражнений по
аналитической химии. - М: Высшая школа, 2010 г.
4. Ищенко А.А. Аналитическая химия: Учебник для студентов СПУ. – М: Издательский
дом «Академия», 2009 – 320с.
5. Шапиро С.А. Аналитическая химия. - М.: Высшая школа, 2007 г.
20