
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)
上式中或
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10-3。w(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?
解 根据式(3-8a) m(K2Cr2O7)=c(K2Cr2O7)V(K2Cr2O7)M(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。
解 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?
解 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?
解 ①有关反应:
由以上反应可知:
则
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。
解 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。
解 与测量有关的反应有:
由以上反应可知: