定量分析化学
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3.5 滴定分析法中的计算

在滴定分析法中,常涉及标准溶液的配制和标定、滴定剂和被滴定物质之间的计量关系、待测组分含量的计算等一系列的计算问题,下面分别加以讨论。

3.5.1 滴定分析计算的依据和基本公式

3.5.1.1 滴定剂与被滴定物质之间的计量关系

设滴定剂A与被滴物质B有下列关系:

当滴定恰好到达化学计量点时,滴定剂A的物质的量n(A)与被滴物质B的物质的量有下列关系:

故有

  (3-7)

上式中称为化学计量数比3

若被滴定物质的浓度为c(B)、体积为V(B);到达化学计量点时用去滴定剂的浓度为c(A)、体积为V(A),则:

  (3-8)

若已知物质B的摩尔质量M(B),则被滴定物质的质量m(B)为:

若采用非直接滴定的方式,则涉及两个或两个以上反应,此时应从总的反应中找出实际参加反应的物质的量之间的关系。

例如,在酸性溶液中以K2Cr2O7为基准物标定Na2S2O3溶液的浓度时,包括下列两个反应:

   ①

   ②

反应①中,1mol K2Cr2O7产生3mol I2,而反应②中,1mol I2和2mol Na2S2O3反应,结合①与②,K2Cr2O7与Na2S2O3之间的数量关系是1∶6,即n(Na2S2O3)=6n(K2Cr2O7)。

3.5.1.2 待测组分含量的计算

设试样的质量为m(s),测得其中待测组分B的质量为m(B),则待测组分在试样中的质量分数w(B)为:

  (3-10)

由式(3-9b)代上式

  (3-11)

在进行滴定分析计算时应注意,滴定体积V(A)一般以mL为单位,而浓度c(A)的单位为mol·L-1,因此必须将V(A)的单位由mL换算为L,即乘以10-3w(B)可表示为小数或百分数,若用百分数表示质量分数,则将上式乘以100%即可。

3.5.2 滴定分析计算示例

3.5.2.1 标准溶液的配制、标定和浓度的计算

例3-1 准确称取基准物质K2Cr2O7 1.471g,溶解后定量转移到250.0mL容量瓶中。问此K2Cr2O7溶液的浓度为多少?

 根据式(3-8a) m(K2Cr2O7)=c(K2Cr2O7V(K2Cr2O7M(K2Cr2O7

已知M(K2Cr2O7)=294.2g·mol-1,则:

例3-2 称取硼砂(Na2B4O7·10H2O)0.4710g,标定HCl溶液,用去HCl溶液25.20mL。求HCl溶液的浓度。

 滴定反应式为

故 n(HCl)=2n(Na2B4O7·10H2O)

根据式(3-9b),有:

3.5.2.2 称量范围的估算

例3-3 如果要标定浓度约为0.1mol·L-1HCl溶液,消耗的HCl溶液体积在25~35mL之间,硼砂(Na2B4O7·10H2O)的称量范围是多少克?

 根据上例

由题意可得

故Na2B4O7·10H2O的质量称量范围是0.5~0.7g。

例3-4 称取铁矿石试样0.3348g,将其溶解,加入SnCl2使全部Fe3+还原成Fe2+,用0.02000mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液滴定至终点时,用去K2Cr2O7标准溶液22.60mL,计算①0.02000mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液对Fe和Fe2O3的滴定度?②试样中Fe和Fe2O3的质量分数各为多少?

 ①有关反应:

由以上反应可知:

同理

②Fe和Fe2O3含量的计算

同理

如果已知w(Fe),也可通过换算因数(也称化学因数)F来求得w(Fe2O3)。按下式计算换算因数:

  (3-12)

式中,k为系数,其值为以使分子和分母中某一主要元素的原子数目相等。

例3-5 称取含铝试样0.2000g,溶解后加入0.02082mol·L-1 EDTA标准溶液30.00mL,控制条件使Al3+与EDTA配合完全。然后以0.02012mol·L-1标准溶液返滴定,消耗Zn2+溶液7.20mL,计算试样中Al2O3的质量分数。已知M(Al2O3)=102.0g·mol-1

 EDTA(H2Y2-)滴定Al3+的反应式为

故有

例3-6 吸取25.00mL钙离子溶液,加入适当过量的Na2C2O4溶液,使Ca2+完全形成CaC2O4沉淀。将沉淀过滤洗净后,用6mol·L-1 H2SO4溶解,以0.1800mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点,耗去25.50mL。求原始溶液中Ca2+的质量浓度。

 与测量有关的反应有:

由以上反应可知: