Лабораторные работы по качественному и количественному анализу icon

Лабораторные работы по качественному и количественному анализу


4 чел. помогло.
Смотрите также:
Календарный план лекций по курсу “ химия” Для студентов направления...
Курс «Управление качеством» Лекция №12 Приемочный контроль Общие сведения о приемочном контроле...
Лаб раб 1: Типовые звенья систем автоматического управления (сау)...
Правила рейтинга по курсу «Метрология» для студентов специальности «Стандартизация и...
Рф ргу нефти и газа им. И. М. Губкина Кафедра физики Е. С. Артоболевская, Л. Г. Любутина В. П...
Буров Виталий Теневая деятельность субъектов малого предпринимательства...
Неклассной работы в школе, совершенствование педагогического мастерства учителя...
Предложения по формирования требований к условиям осуществления инновационных образовательных...
Недостатки современного аппаратного контроля, препятствующие качественному леч ению...
Задачи: Разработать презентации на каждый теоретический вопрос Разработать лабораторные...
Посещение лекций Лабораторные работы Контрольные работы по модулям Тесты...
Лабораторная работа №1...



страницы: 1   2   3   4   5   6
вернуться в начало
^

Лабораторная работа № 1


ПРИГОТОВЛЕНИЕ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА HCl


Лабораторная работа состоит из двух частей:

1. Приготовление 250 мл 0,1 моль/л раствора соляной кислоты из концентрированного раствора кислоты.

2. Стандартизация раствора HCl или установление точной концентрации приготовленного раствора соляной кислоты методом титрования ее раствором щелочи, концентрация которой известна.


^ 1. Приготовление 250 мл 0,1 моль/л раствора соляной кислот

С помощью ареометра определите плотность выданного Вам концентрированного раствора соляной кислоты (допустим, что  = 1,179 г/мл).

По таблице плотности растворов (приложение табл. 3) найдите массовую долю кислоты в этом растворе ( = 36%). Рассчитайте какой объем 36% раствора HCl Вам нужно взять для приготовления 250 мл 0,1 моль/л раствора.

Молярная масса эквивалента HCl равна 36,46 г/моль, поэтому в 250 мл 0,1 моль/л раствора должно содержаться 0,912 г безводной HCl:

m(HCl) = MЭ  СЭ  V = 36,46  0,1  0,25 = 0,912 г

Масса 36% раствора HCl, содержащая это количество кислоты, равна:



Объем исходного раствора кислоты можно найти по формуле:



Отмерьте маленьким мерным цилиндром рассчитанный объем ( 2,0 мл )36% раствора соляной кислоты и перелейте в большой цилиндр. Доведите объем раствора до 250 мл дистиллированной водой, слейте его в склянку на 250 мл и перемешайте.


^ 2. Стандартизация раствора HCl

Приготовьте для титрования штатив с бюреткой, коническую колбу, пипетку, маленькую воронку, стакан для слива растворов, индикатор - метилоранж.

1. Чистую бюретку промойте и затем заполните раствором соляной кислоты. Удалите воздух из нижнего конца бюретки. Выньте воронку и доведите уровень жидкости в бюретке до нулевого деления по нижнему краю мениска.

2. В колбу для титрования из общей бюретки отмерьте 10 мл титрованного раствора NaOH.

3. Добавьте цилиндром в колбу со щелочью 20-30 мл дистиллированной воды и 2-3 капли раствора метилоранжа. Раствор окрасится в желтый цвет.

4. Титруйте раствор NaOH раствором соляной кислоты, постепенно приливая раствор из бюретки при постоянном перемешивании. В конце титрования раствор из бюретки добавляйте по каплям. В точке эквивалентности раствор окрасится в оранжевый цвет. При добавлении лишней капли кислоты цвет раствора станет розовым.

5. Запишите в тетрадь объем соляной кислоты, пошедший на титрование щелочи. Титрование повторяйте до тех пор, пока не получите результаты, отличающиеся между собой не более чем на 0,1 мл. Результаты запишите в таблицу.

6. Зная объем щелочи (V(NaOH)), молярную концентрацию эквивалента щелочи (CЭ(NaOH)) и средний объем соляной кислоты (V(HCl)), пошедший на титрование, вычислите молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты (СЭ(HCl)) и ее титр (Т(HCl)). Полученный раствор соляной кислоты будет служить титрантом (рабочим раствором) в дальнейших определениях.


_____________________________________________________

^ ОБРАЗЕЦ оформления лабораторной работы в

титриметрическом анализе


Лабораторная работа № ... Дата

Название лабораторной работы”

Первичный стандарт - СЭ(NaOH) = …………моль/л

Определяемое вещество (титрант) - СЭ(HCl) = ?, T(HCl) = ?

Индикатор - метилоранж

Условия титрования - (рН среды, нагревание и т.д.)

Уравнение реакции (в молекулярной и ионно-молекулярной формах):

Результаты эксперимента заносятся в таблицу:

№ опыта

V(NaOH), мл

V(HCl), мл

1.

10,00




2.

10,00




3.

10,00




V ср. (HCl) =

Вычисления:






Лабораторная работа № 2

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИКАРБОНАТНОЙ (ВРЕМЕННОЙ)

ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ


Определение жесткости воды имеет большое практическое значение и очень широко применяется в технике и промышленности.

Жесткость воды возникает в результате растворения в ней солей кальция и магния. В зависимости от состава солей различают временную (бикарбонатную) и постоянную жесткость. Жесткость воды выражается числом миллимолей растворимых солей кальция и магния в 1 литре воды (ммоль/л).


^ Бикарбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния: Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. Она почти полностью устраняется при кипячении воды, так как растворимые бикарбонаты при этом разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов кальция и магния и гидроксокарбонатов магния:

Сa(HCO3)2  CaCO3 + CO2  + H2O

Mg(HCO3)2  MgCO3 + CO2 + H2O

2 Mg(HCO3)2  (MgOH)2CO3 + 3 CO2  + H2O


Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней преимущественно сульфатов и хлоридов кальция и магния и при кипячении не устраняется.

Сумма величин временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды: Жобщ.2О) = Жвр. + Жпост.

Существуют различные способы определения жесткости воды: определение временной жесткости с помощью метода нейтрализации; комплексонометрический метод определения общей жесткости.

Бикарбонатная жесткость воды определяется титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого, так как рН в точке эквивалентности находится в области перехода окраски этого индикатора.

Сa(HCO3)2 + 2 HCl  CaCl2 + 2 H2CO3

Mg(HCO3)2 + 2 HCl  MgCl2 + 2 H2CO3

До начала титрования рН раствора бикарбонатов кальция и магния больше 7 за счет гидролиза солей с участием аниона слабой кислоты. В точке эквивалентности раствор имеет слабокислую реакцию, обусловленную диссоциацией слабой угольной кислоты:

Н2СО3  НСО3- + Н+


Порядок выполнения работы

1. Отберите в коническую колбу пипеткой 100 мл исследуемой водопроводной воды или 10 мл приготовленной жесткой воды и добавьте 2-3 капли метилоранжа.

2. Оттитруйте воду рабочим раствором HCl до оранжевой окраски индикатора. Титрование повторите до получения сходящихся результатов. Результаты титрования запишите в таблицу (см. образец в лаб. раб 1).

3.Вычислите молярную концентрацию эквивалента солей Ca2+ и Mg2+ в воде:



4. Вычислите временную жесткость воды:

Жвр.(Н2О) = СЭ(солей)  1000 ,(ммоль/л)

5. Вычислите относительную ошибку определения Жвр.


Лабораторная работа № 3

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЩЕЛОЧИ И СОДЫ В РАСТВОРЕ ПРИ СОВМЕСТНОМ ИХ ПРИСУТСТВИИ


Как известно, щелочи поглощают из воздуха СО2, превращаясь в соответствующие карбонаты:

2 NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O

Поэтому раствор щелочи всегда содержит примеси карбонатов. В некоторых случаях необходимо знать содержание щелочи и карбоната в растворе. В данной лабораторной работе в качестве примера рассмотрим определение содержания NaOH и Na2CO3 при совместном их присутствии.

Взаимодействие смеси NaOH и Na2CO3 с сильной кислотой можно рассматривать как три процесса:

NaOH + HCl  NaCl + H2O (I)

Na2CO3 + HCl  NaHCO3 + NaCl (II)

NaHCO3 + HCl  NaCl + CO2 + H2O (III)

Определение щелочи и соды при их совместном присутствии проводят с двумя индикаторами: фенолфталеином и метилоранжем. При титровании с фенолфталеином (V1) пройдут процессы I и II, точка эквивалентности будет находится в щелочной среде (из-за процесса гидролиза бикарбоната), т.е. с фенолфталеином оттитровывается вся щелочь и половина соды. Точка эквивалентности процесса III будет находится в кислой среде, поэтому он может быть проведен при титровании с метилоранжем. Эти определения ведут последовательно, не дополняя бюретку кислотой. Точка эквивалентности по метиловому оранжевому показывает конец титрования всей смеси (V2).

Количество кислоты, которое вступило в реакцию с ионом НСО3- равно (V2 - V1), следовательно:

V (HCl/CO32-) = 2(V2 - V1)

Количество кислоты, эквивалентное щелочи, равно:

V (HCl/NaOH) = V2 - 2(V2 - V1)


^ Порядок выполнения работы

1. Получите контрольную смесь NaOH и Na2CO3 в мерной колбе на 100 мл и добавьте дистиллированной воды до метки. Перемешайте раствор.

2. Ополосните и заполните бюретку приготовленной Вами соляной кислотой (не забудьте заполнить конец бюретки).

3. Ополосните пипетку контрольным раствором и отмерьте точный объем исследуемого раствора. Перенесите раствор в колбу для титрования. Добавьте 20-30 мл дистиллированной воды и 5-6 капель фенолфталеина.

4. Оттитруйте смесь соляной кислотой до исчезновения розовой окраски фенолфталеина. Запишите объем кислоты (V1).

5. В колбу для титрования добавьте 2-3 капли метилоранжа. Раствор окрасится в желтый цвет. Продолжите титрование (кислоту в бюретку не доливать) до оранжевой окраски раствора. Запишите объем кислоты (V2).

6. Титрование повторите несколько раз до получения сходящихся результатов.

7. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов, титр и массу для соды и щелочи в отдельности по приведенным ранее формулам.

8. Рассчитайте относительную ошибку определения по каждому веществу.


^ МЕТОД КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ


Комплексонометрия - титриметрический метод анализа, основанный на реакциях комплексообразования определяемых ионов металлов с некоторыми органическими веществами, в частности, с комплексонами.

Комплексоны - это аминополикарбоновые кислоты и их производные (соли).

Реакции комплексообразования ионов металлов с комплексонами протекают быстро и стехиометрически количественно.

В титриметрическом анализе широко используется один из представителей класса комплексонов - динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na2H2ЭДТА). Этот комплексон часто называют также трилоном Б или комплексоном III:




Трилон Б со многими катионами металлов образует прочные растворимые в воде внутрикомплексные соединения (хелаты). При образовании хелата катионы металла замещают два атома водорода в карбоксильных группах трилона Б и образуют координационные связи с участием атомов азота аминогрупп.

Образование комплексного соединения можно представить схемой:

Me2+ + H2ЭДТА2-  [MeЭДТА]2- + 2 H+

Точку эквивалентности в процессе комплексонометрического титрования устанавливают с помощью металлохромных индикаторов, которые образуют с титруемыми ионами металлов растворимые окрашенные комплексные соединения, устойчивость которых меньше, чем устойчивость комплексных соединений тех же катионов с трилоном Б.

Известно много металлохромных индикаторов. Некоторые из них универсальны, в частности, эриохром черный Т.

При рН= 7-11 анион этого индикатора (HInd2-) имеет синюю окраску. С катионами металлов (Ca2+, Mg2+, Zn2+ и др.) в слабощелочном растворе (рН= 8-10) он образует комплексные соединения винно-красного цвета по схеме:

Me2+ + HInd2- ↔ MeInd- + H+

синий винно-красный

При титровании исследуемого раствора трилоном Б эти комплексные соединения разрушаются, так как ионы металла связываются трилоном Б в более прочный комплекс, а освобождающиеся анионы индикатора переходят в раствор, сообщая ему синюю окраску:


MeInd- + H2ЭДТА2- ↔ [MeЭДТА]2- + HInd2- + H+

винно-красный бесцветный бесцветный синий

Кн([CaInd]-) = 3,9.10-6 Кн([CaЭДТА]2-) = 2,7.10-11

Кн([MgInd]-) = 1,0.10-7 Кн([MgЭДТА]2-) = 2,0.10-9

Для более полного протекания реакций комплексообразования (связывания образующихся ионов Н+) к исследуемому раствору при титровании добавляют аммиачный буферный раствор (NH4OH + NH4Cl), рН  9.

Лабораторная работа № 4

^ СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА ТРИЛОНА Б


Так как ион металла при комплексообразовании замещает в трилоне Б два иона водорода, то молярная масса эквивалента трилона Б равна половине его молярной массы:

МЭ(Na2H2ЭДТА) = М (Na2H2ЭДТА) / 2 = 186,12 г/моль

^ Порядок выполнения работы

Стандартизацию раствора трилона Б можно проводить по титрованному раствору сульфата магния или хлорида кальция.

1. Ополосните и заполните бюретку раствором трилона Б.

2. В колбу для титрования пипеткой перенесите точный объем рабочего раствора сульфата магния. Добавьте 25-30 мл дистиллированной воды.

3. Добавьте в колбу мерным цилиндром 5-10 мл аммиачного буферного раствора и на кончике шпателя внесите в раствор сухой индикатор - эриохром черный Т.

4. Медленно титруйте раствор сульфата магния раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски раствора в синюю (без фиолетового оттенка).

5. Результаты титрования запишите в таблицу (образец см. на стр. 46). Повторите титрование до получения сходящихся результатов.

6. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр трилона Б.


Лабораторная работа № 5

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ


Общая жесткость воды (общее содержание ионов кальция и магния) определяется по методу комплексонометрии.

Порядок выполнения работы

1. В колбу для титрования возьмите пипеткой жесткую воду (для образцов водопроводной воды обычно используют пипетки объемом 100 мл или 50 мл, а для контрольных растворов жесткой воды - пипетки меньшего объема).

2. Добавьте цилиндром 5-10 мл аммиачного буферного раствора, и, если нужно,  25 мл дистиллированной воды.

3. На кончике шпателя внесите в раствор сухой индикатор - эриохром черный Т.

4. Медленно титруйте жесткую воду рабочим раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски раствора в синюю.

5. Повторите титрование до получения сходящихся результатов.

6. По результатам эксперимента вычислите общую жесткость воды.


^ МЕТОДЫ РЕДОКСИМЕТРИИ


Методы редоксиметрии основаны на применении реакций окисления-восстановления. Рабочими растворами в редоксиметрии являются растворы окислителей или восстановителей. Следовательно, этими методами можно проводить количественные определения восстановителей и окислителей.

Необходимым условием протекания окислительно-восстановительной реакции является наличие разности потенциалов (редокс-потенциалов) у реагирующих пар (пара - окисленная и восстановленная форма окислителя или восстановителя). Зная величины стандартных редокс-потенциалов (Ео) реагирующих пар, можно судить о направлении окислительно-восстановительных реакций. Окисленная форма пары с большим стандартным редокс-потенциалом является окислителем по отношению к восстановленной форме пары с меньшим потенциалом.

Редокс-потенциал какой-либо пары зависит от концентраций окисленной и восстановленной форм, реакции среды, температуры и т.д. Его можно рассчитать по уравнению Нернста:

E = Eo +

где [Oк.] - концентрация окисленной формы;

[Восст.] - концентрация восстановленной формы;

n - количество электронов, участвующих в полуреакции.

Реакция используется в количественном анализе, если разность потенциалов реагирующих пар (ЭДС системы) имеет значение 0,4-0,5 В.

Методы редоксиметрии, в зависимости от используемых титрантов, могут подразделяться на:

1. Перманганатометрия. Титрант - раствор перманганата калия KMnO4. Индикатор - избыточная капля титранта.

2. Иодометрия. Титрант - раствор свободного иода I2 или тиосульфата натрия Na2S2O3. Индикатор - крахмал.

3. Дихроматометрия. Титрант - раствор дихромата калия K2Cr2O7.

Методы применяются как для прямых, так и для косвенных определений.


^ Вычисление молярных масс эквивалентов окислителей

и восстановителей

При вычисления молярных масс эквивалентов окислителей и восстановителей исходят из числа электронов, которые присоединяет или отдает в данной реакции один моль вещества. Для нахождения молярной массы эквивалента окислителя (восстановителя) нужно его молярную массу разделить на число принятых (отданных) электронов в данной полуреакции.

Например, в реакции окисления сульфата железа (II) перманганатом калия в кислой среде:

2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O

1 MnO4- + 8 H+ + 5 e  Mn2+ + 4 H2O

5  Fe2+ - e  Fe3+

ион MnO4- как окислитель принимает пять электронов, а ион Fe2+ как восстановитель отдает один электрон. Поэтому для расчета молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя их молярные массы следует разделить на пять и на один, соответственно.

MЭ(KMnO4) =

МЭ(FeSO4) = MЭ(Fe2+) = M(Fe2+) = 55,85 г/моль

В реакции окисления сульфита натрия перманганатом калия в нейтральной среде:

2 KMnO4 + 3 Na2SO3 + H2O = 2 MnO2 + 3 Na2SO4 + 2 KOH

2 MnO4- + 2 H2O + 3 e  MnO2 + 4 OH-

3 SO32- + 2 OH- + 2 e  SO42- + H2O

ион MnO4- принимает только три электрона, а ион восстановителя SO32- отдает два электрона, следовательно:

MЭ(KMnO4) = MЭ(Na2SO3) =

Из приведенных примеров видно, что молярные массы эквивалентов окислителей и восстановителей зависят от условий проведения реакций и определяются исходя из соответствующих полуреакций.


ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ


Метод основан на окислительно-восстановительных реакциях, в которых окислителем является перманганат-ион MnO4-.

Перманганат калия проявляет окислительные свойства в кислой, нейтральной и щелочной средах. Однако его окислительная активность в кислой среде (Ео = 1,51 В) гораздо выше, чем в нейтральной (Ео = 0,59 В) и щелочной (Ео = 0,56 В) средах. Поэтому титрование перманганатом калия проводят в кислых средах.При восстановлении перманганат-ионов в кислой среде образуются почти бесцветные ионы Mn2+, что позволяет легко фиксировать точку эквивалентности.

Полуреакция восстановления иона MnO4- в кислой среде может быть представлена следующей полуреакцией:

MnO4- + 8 H+ + 5e  Mn2+ + 4 H2O

Перманганатометрия используется не только для количественного определения восстановителей, но и окислителей.

Восстановители обычно определяются методом прямого титрования раствором перманганата калия, окислители - методом обратного титрования. В этом случае раствором перманганата калия оттитровывают избыток восстановителя, приливаемого к окислителю.

Индикатором в этом методе служит сам рабочий раствор - перманганат калия. Одна избыточная капля КMnO4 окрашивает бесцветный титруемый раствор в бледно-розовый цвет.


Лабораторная работа № 6

^ СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО РАСТВОРА

ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ KMnO4


Перманганат калия обычно содержит ряд примесей, поэтому нельзя считать, что раствор, приготовленный из навески, имеет точную концентрацию, т.е. является стандартным. Кроме того, концентрация перманганата в растворе понижается из-за его взаимодействия с органическими веществами и другими восстановителями, присутствующими в воде.

Раствор перманганата калия должен храниться в склянке из темного стекла, так как под действием света происходит разложение его по реакции:

4 KMnO4 +2 H2O  4 MnO2  + 4 KOH + 3O2

Через 5-7 дней после приготовления раствор перманганата калия отфильтровывают через стеклянный фильтр и проводят его стандартизацию.

Молярную концентрацию эквивалента раствора перманганата калия обычно устанавливают по стандартному раствору перекристаллизованного кристаллогидрата щавелевой кислоты Н2С2О4. 2О.


^ Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте

Реакция между перманганатом калия и щавелевой кислотой в сернокислой среде протекает по следующему уравнению:

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 10CO2 + K2SO4 + 8H2O

2 MnO4- + 8 H+ + 5 e  Mn2+ + 4 H2O

5 H2C2O4 - 2 e  2 CO2 + 2 H+


Порядок выполнения работы

1. Промойте и наполните бюретку раствором перманганата калия. Установите уровень жидкости на нулевом делении по верхнему краю мениска (для окрашенных жидкостей). Не забудьте заполнить кончик бюретки.

2. В колбу для титрования цилиндром налейте 15 мл 1 М раствора серной кислоты H2SO4 и 25 мл дистиллированной воды. Колбу поставьте на асбестовую сетку над газовой горелкой и нагрейте раствор до 70-80оС. Чистую пипетку ополосните раствором щавелевой кислоты. Отмерьте пипеткой точный объем раствора щавелевой кислоты H2C2O4 и перенесите его в колбу для титрования c нагретым раствором серной кислоты.

3. Оттитруйте горячий раствор щавелевой кислоты перманганатом калия. Катализатором реакции служат ионы Mn2+, которые являются одним из продуктов реакции. В начале титрования реакция идет медленно, первые капли перманганата обесцвечиваются с трудом. Поэтому прибавление первого миллилитра перманганата нужно проводить очень медленно. После того как образовались ионы Mn2+, скорость реакции увеличивается, и титрование можно вести быстрее, прибавляя перманганат калия маленькими порциями и сильно перемешивая раствор в колбе. Новая порция прибавляется только после обесцвечивания предыдущей. Конец титрования определяется по появлению неисчезающей в течение 1-2 минут бледно-розовой окраски от одной лишней капли перманганата калия. Взятый объем щавелевой кислоты и объем перманганата калия, пошедший на титрование, запишите в таблицу.

4. Титрование повторите до получения двух-трех сходящихся результатов. Вычислите среднее значение объема перманганата калия.

5. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора перманганата калия. Полученные результаты будут использованы Вами в следующей работе.


Лабораторная работа № 7

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В РАСТВОРЕ

СОЛИ МОРА, FeSO4.(NH4)2SO4·.6H2O


Сульфат железа (II), входящий в состав соли Мора, вступает в реакцию с перманганатом калия в сернокислой среде по уравнению:

2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O

1 MnO4- + 8 H+ + 5 e  Mn2+ + 4 H2O

5  Fe2+ - e  Fe3+


Порядок выполнения работы

1. Получите у лаборанта мерную колбу с контрольным раствором соли Мора. Номер колбы и ее объем запишите в тетрадь. Доведите объем раствора дистиллированной водой до метки, закройте колбу пробкой и хорошо перемешайте.

2. Заполните бюретку раствором перманганата калия, молярная концентрация эквивалента которого была установлена Вами в предыдущей работе.

3. В колбу для титрования возьмите пипеткой пробу раствора соли Мора (объем пипетки запишите в таблицу), добавьте цилиндром 15 мл 1 М раствора серной кислоты и 25 мл дистиллированной воды.

4. Оттитруйте раствор соли Мора перманганатом калия до появления бледно-розовой окраски. Титрование проводится при комнатной температуре. Объем перманганата калия, пошедший на титрование, запишите в таблицу.

5. Титрование повторите несколько раз до получения сходящихся результатов. Вычислите средний объем перманганата калия.

6. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента, титр раствора соли Мора по железу и содержание железа в контрольном растворе (объеме колбы).

7. Вычислите относительную ошибку анализа, узнав у преподавателя истинное содержание железа в контрольном растворе.

ИОДОМЕТРИЯ


Иодометрия - метод объемного анализа, основанный на окислительно-восстановительных реакциях, которые связаны с восстановлением I2 до иодид-ионов I- или окислением иодид-ионов I- до свободного I2:

I2 + 2 e  2 I- - иод расходуется

2 I- - 2 e  I2 - иод образуется

Свободный иод является относительно слабым окислителем. Его стандартный потенциал (Ео (I2/2I-) = + 0,54 В) находится приблизительно в середине полной таблицы окислительно-восстановительных потенциалов.

Восстановители, имеющие стандартный электродный потенциал меньше, чем 0,54 В (например, Na2S2O3, и др.) могут быть окислены иодом;

Окислители, стандартный электродный потенциал которых больше, чем +0,54 В (например, KMnO4, K2Cr2O7, Cu2+ и др.) будут окислять иодид-ионы.

Таким образом, метод иодометрии может применяться для определения как окислителей, так и восстановителей. При проведении титрования необходимо учитывать, что I2 проявляет окислительные свойства только в средах, близких к нейтральной. В кислых растворах иодид-ионы легко окисляются до свободного иода даже кислородом воздуха (особенно под воздействием света), а в щелочной среде иод диспропорционирует с образованием I- и IO- - ионов.

Рабочими растворами в методе иодометрии являются не только раствор иода (окислитель), но и раствор тиосульфата натрия (восстановитель). Обычно используют 0,1 или 0,05 моль/л рабочий раствор I2. Однако, иод малорастворим в воде (насыщенный раствор содержит  0,03% по массе иода), поэтому для приготовления рабочего раствора иода пользуются его хорошей растворимостью в концентрированных растворах KI (не ниже 10% по массе), сопровождающейся образованием комплексного соединения K[I3]:

I2 + KI  K[I3]

Комплексный ион [I3]-, имея малую константу устойчивости, легко диссоциирует на I- -ион и I2 и в растворах ведет себя так же, как и I2.

Рабочий раствор иода в лабораториях часто готовят из фиксаналов (фиксанал - стандартный раствор высокой концентрации в запаянных ампулах заводского изготовления) путем разбавления содержимого ампулы в мерных колбах соответствующего объема (объем и число молей эквивалентов вещества в данном объеме указываются на ампуле).

В связи с тем, что реакции с участием свободного иода идут медленно, для определения сильных окислителей обычно не используют метод прямого титрования. Для количественного определения сильных окислителей методом иодометрии проводят титрование заместителя. В этом случае к раствору окислителя (определяемого вещества) добавляют избыток раствора иодида калия KI. Окислитель вытесняет из него эквивалентное количество свободного иода I2. Выделившийся иод оттитровывают восстановителем - стандартным раствором тиосульфата натрия, и определяют содержание окислителя в анализируемом растворе.

Индикатором в иодометрии служит свежеприготовленный 1 %-ный раствор крахмала. При взаимодействии его с иодом протекают два процесса: адсорбция иода на поверхности молекул крахмала и образование комплексного соединения синего цвета - иодкрахмала. Для уменьшения адсорбции при титровании окислителя крахмал добавляют в титруемый раствор в конце титрования, когда основное количество иода уже прореагировало.


^ Лабораторная работа № 8

СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА ТИОСУЛЬФАТА НАТРИЯ, Na2S2O3


Кристаллическому тиосульфату натрия соответствует формула Na2S2O3.5H2O. Однако состав даже чистого препарата тиосульфата натрия этой формуле практически не соответствует, поэтому сначала готовят приблизительно 0,1 моль/л раствор, а затем проводят его стандартизацию по рабочему раствору иода или дихромата калия K2Cr2O7.


^ Вариант 1. Стандартизация по иоду I2

Реакция между тиосульфатом натрия и иодом протекает в нейтральной среде по следующему уравнению:

2 Na2S2O3 + I2  Na2S4O6 + 2 NaI

2 S2O32- - 2 e  S4O62-

I2 + 2 e  2 I-

Порядок выполнения работы

1. Промойте и заполните бюретку раствором тиосульфата натрия.

2. Ополосните пипетку стандартным раствором иода. Отмерьте пипеткой раствор иода и перенесите его в колбу для титрования. Или поместите раствор иода в колбу для титрования из общей бюретки.

3. Добавьте в колбу для титрования цилиндром 20-30 мл дистиллированной воды.

4. Оттитруйте раствор иода тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе.

5. Добавьте в колбу 2-3 мл крахмала с помощью цилиндра. Раствор окрасится в синий цвет. Продолжите титрование медленно по каплям, до резкого исчезновения цвета раствора.

6. Запишите в таблицу объем тиосульфата натрия, который пошел на титрование. Проведите несколько определений до получения сходящихся результатов.

7. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора тиосульфата натрия.


^ Вариант 2. Стандартизация по дихромату калия K2Cr2O7

Стандартизация раствора тиосульфата натрия по раствору дихромата калия основана на восстановлении дихромат-иона избытком иодида калия в сернокислой среде по реакции:

K2Cr2O7 + 6 KI + 7 H2SO4  Cr2(SO4)3 + 3 I2 + 4 K2SO4 + 7 H2O

Cr2O72- + 14 H+ + 6 e  2 Cr3+ + 7 H2O

3 2 I- - 2 e  I2

Выделившийся свободный иод в количестве, эквивалентном количеству дихромата калия, титруют тиосульфатом натрия:

2 Na2S2O3 + I2  Na2S4O6 + 2 NaI

2 S2O32- - 2 e  S4O62-

I2 + 2 e  2 I-


Порядок выполнения работы

1. В коническую колбу для титрования налейте цилиндром 15 мл 20 % раствора KI и 20 мл 1 М раствора серной кислоты.

2. Промойте пипетку раствором дихромата калия. Отмерьте пипеткой точный объем раствора дихромата, перенесите его в колбу для титрования и перемешайте растворы. Или поместите раствор дихромата калия в колбу для титрования из общей бюретки.

3. Закройте колбу пробкой или фильтровальной бумагой и поставьте на 5 минут в темное место для завершения реакции.

4. Ополосните и заполните бюретку раствором тиосульфата натрия.

5. Добавьте в колбу для титрования цилиндром 20-30 мл дистиллированной воды.

6. Оттитруйте выделившийся иод тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе.

7. Добавьте в колбу цилиндром 2-3 мл крахмала. Раствор окрасится в темно-синий цвет. Продолжите титрование медленно, по каплям, до исчезновения синего цвета раствора ( не доливайте растовор в бюретку!).

8. Запишите в таблицу объем тиосульфата натрия, который пошел на титрование. Сделайте несколько определений до получения сходящихся результатов.

9. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора тиосульфата натрия.

Лабораторная работа № 9

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОДА ПО ТИОСУЛЬФАТУ НАТРИЯ


Порядок выполнения работы

1. Промойте и заполните бюретку раствором тиосульфата натрия.

2. Ополосните пипетку стандартным раствором иода. Отмерьте пипеткой раствор иода и перенесите его в колбу для титрования. Или поместите раствор иода в колбу для титрования из общей бюретки.

3. Добавьте в колбу для титрования цилиндром 20-30 мл дистиллированной воды.

4. Оттитруйте раствор иода тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе.

5. Добавьте в колбу 2-3 мл крахмала с помощью цилиндра. Раствор окрасится в синий цвет. Продолжите титрование медленно по каплям, до резкого исчезновения цвета раствора.

6. Запишите в таблицу объем тиосульфата натрия, который пошел на титрование. Сделайте несколько определений до получения сходящихся результатов.

7. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора иода.


Лабораторная работа № 10

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МЕДИ В РАСТВОРЕ

СУЛЬФАТА МЕДИ (II)


Титрование ведут по методу замещения с использованием избыточного количества вспомогательного 20 % раствора KI. При взаимодействии ионов меди (II) с иодид-ионами выделяется свободный иод в количестве, эквивалентном количеству ионов меди (II) в растворе. Выделившийся иод оттитровывают рабочим раствором Na2S2O3:


2 CuSO4 + 4 KI  2 CuI  + 2 K2SO4 + I2

2 Cu2+ + I- + e  CuI 

2 I- - 2 e  I2

2 Na2S2O3 + I2  Na2S4O6 + 2 NaI

Первая реакция протекает количественно из-за образования малорастворимого соединения иодида меди (I). Для предотвращения гидролиза сульфата меди (II) реакцию проводят в слабокислой среде.


^ Порядок выполнения работы

1. Получите контрольный раствор сульфата меди (II), добавьте к нему 5 мл 1 М раствора H2SO4 и доведите объем в мерной колбе дистиллированной водой до метки. Перемешайте раствор.

2. Пипеткой возьмите 10,0 мл раствора сульфата меди (II) и перенесите его в коническую колбу для титрования.

3. Добавьте в колбу цилиндром 15 мл 20 % раствора иодида калия. При этом выпадает осадок CuI, а раствор окрашивается в коричневый цвет из-за выделения свободного иода.

4. Накройте колбу фильтровальной бумагой и для завершения реакции поставьте в темное место на 3-5 минут.

5. Выделившийся иод оттитруйте раствором тиосульфата натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе. Добавьте в колбу 2-3 мл крахмала с помощью цилиндра. Раствор окрасится в синий цвет. Продолжите титрование медленно по каплям, до резкого исчезновения цвета раствора.

6. Повторите титрование 2-3 раза до получения сходящихся результатов. Результаты запишите в таблицу.

7. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора CuSO4, титр раствора CuSO4 по меди и массу меди в контрольном растворе.

8. Рассчитайте относительную ошибку эксперимента (истинное значение массы меди в растворе узнайте у преподавателя).


ФОТОКОЛОРИМЕТРИЯ


Фотоколориметрия - это оптический метод анализа, который рассматривает взаимодействие вещества с электромагнитным излучением в видимой области: длина волны () 380-750 нм; частота () 2,5.104- 1,5.104 см-1; энергия излучения (Е) 1-10 эВ. В результате поглощения веществом определенного количества энергии в молекулах этого вещества имеют место электронные переходы.

Целью фотоколориметрического анализа является определение концентрации вещества в растворах окрашенных соединений. Если вещества не имеют цвета, то проводят реакцию, в результате которой образуются растворимые окрашенные соединения. Цвет раствора связан с длиной волны поглощенной части светового потока. В видимой области цвет раствора обусловлен длиной волны излучения, не поглощенного этим раствором, и является дополнительным к цвету поглощенной части света (см. табл.2).


^ Таблица 2.

Зависимость цвета вещества от поглощаемой части спектра.

Цвет раствора вещества (дополнительный)

Цвет поглощенной части светового потока

 поглощенной части спектра, нм

желто-зеленый

фиолетовый

400-450

желтый

синий

450-480

оранжевый

зелено-синий

480-490

красный

сине-зеленый

490-500

пурпурный

зеленый

500-560

фиолетовый

желто-зеленый

560-575

синий

желтый

575-590

сине-зеленый

красный

590-625

зеленый

пурпурный

625-750



Поглощенное световое излучение количественно описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

.b.C

где А - поглощение вещества, или его оптическая плотность; Т - пропускание образца, т.е. отношение интенсивности света прошедшего через образец, к интенсивности падающего света, I/Iо; C - концентрация вещества (обычно моль/л); b - толщина кюветы (см);  - молярная поглощательная способность вещества, или молярный коэффициент поглощения [л/(моль . см)].

Расчет молярного коэффициента поглощения проводят по формулам:

= А/(C . b) или % = A/(C% . b).


Область применения фотоколориметрии

Фотометрические методы очень широко используются для определения примесей в сплавах или минералах и породах, для изучения кинетики реакций, для непрерывного контроля технологического процесса, для определения малых количеств веществ.

Фотометрический метод анализа характеризуется высокой избирательностью и является одним из быстрых методов анализа. Этим методом можно определить концентрации веществ до 1.10-7 моль/л.


^ Метод калибровочного графика

Для определения концентрации вещества (элемента) в исследуемом растворе используют чаще всего калибровочный (градуировочный) график в координатах А - C (оптическая плотность - концентрация).

Готовят серию стандартных растворов с известной концентрацией вещества. Измеряют оптическую плотность этих растворов, сравнивая интенсивности потока излучения, проходящего через стандартный раствор, с интенсивностью потока излучения, проходящего через раствор сравнения, поглощение которого принимают равным нулю. Строят калибровочный график.

Калибровочная прямая представляет собой прямую линию, которая идет из начала координат.

Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.


Лабораторная работа № 11

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ (II)


В аммиачных растворах ионы меди образуют комплексные ионы, окрашенные в синий цвет.

Cu2+ + 4 NH3 = [Cu(NH3)4]2+


Порядок выполнения работы

1. Возьмите 7 мерных колб на 100 мл для приготовления стандартных растворов соли меди (II). Напишите на них стеклографом номера 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

2. Налейте из бюретки в колбы, начиная с колбы № 1, точное число мл раствора соли меди (II), который содержит 1 мг меди в 1 мл раствора (см. табл. 3) или другие объемы по усмотрению преподавателя.

^ Таблица 3

Реагенты для фотометрического определения меди (II)

№ колбы

Объем соли меди (II), мл

Концентрация меди (II), мг/мл

Объем раствора аммиака, мл

Оптичес-кая плотность

0

0




5




1

1




5




2

2




5




3

3




5




4

4




5




5

5




5




6

6




5




х

х




5





3. В каждую колбу добавьте цилиндром по 5 мл 25 % (концентрированного) раствора аммиака, добавьте дистиллированной воды до метки, закройте пробкой, хорошо перемешайте.

4. Измерьте оптическую плотность каждого стандартного раствора и запишите в таблицу 3. Измерение проводится относительно раствора в колбе № 0 (нулевой раствор) в кюветах с b = 34 мм с использованием желтого светофильтра.

5. По результатам постройте калибровочный график на миллиметровой бумаге в координатах А - C.

6. Получите у преподавателя контрольную задачу с неизвестной концентрацией соли меди (II) (колба № х), добавьте 5 мл 25 % раствора аммиака, доведите дистиллированной водой до метки. Закройте пробкой, хорошо перемешайте.

7. Измерьте оптическую плотность контрольного раствора Аx и по калибровочному графику определите концентрацию меди (II) Сх. Узнайте у преподавателя точной значение концентрации раствора и вычислите погрешность измерения.


^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (III)


Ионы железа (III) образуют с роданид-ионами комплексные соединения кроваво-красного цвета

Fe3+ + (3 - 6) SCN- = [Fe(SCN)3-6] 0 - (-3)

Окраска растворов неустойчива, поэтому их готовят непосредственно перед измерением оптической плотности.


Порядок выполнения работы

1. Возьмите 6 мерных колб на 100 мл для приготовления стандартных растворов соли железа (III). Напишите на них стеклографом номера 1, 2, 3, 4, 5, 6.

2. Налейте из бюретки в колбы, начиная с колбы № 1, точное число мл раствора соли железа (III), который содержит 0,02 мг железа в 1 мл раствора (см. табл. 4) или данные преподавателя.

3. В каждую колбу цилиндром добавьте по 2 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и по 10 мл 10%-ного раствора роданида аммония NH4SCN. Добавьте дистиллированной воды до метки, закройте пробкой, хорошо перемешайте.


^ Таблица 4

Реагенты для фотометрического определения железа (III)

№ колбы

Объем соли железа (III), мл

Концентрация железа (III), мг/мл

Объем раствора HNO3, мл

Объем р-ра NH4SCN, мл

Оптич. плотность

1

0,5




2

10




2

1,0




2

10




3

2,0




2

10




4

3,0




2

10




5

4,0




2

10




6

5,0




2

10




х

х




2

10






4. Измерьте оптическую плотность каждого стандартного раствора в кюветах с b= 34 мм с использованием синего светофильтра. За “нулевой раствор” возьмите дистиллированную воду. Результаты измерений запишите в таблицу 4.

5. По полученным значениям оптической плотности постройте калибровочный график на миллиметровой бумаге в координатах А - C.

6. Получите у преподавателя контрольную задачу с неизвестной концентрацией соли железа (III) (колба № х), добавьте 2 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты, 10 мл раствора роданида аммония, доведите дистиллированной водой до метки. Закройте пробкой, хорошо перемешайте.

7. Измерьте оптическую плотность контрольного раствора Аx и по калибровочному графику определите концентрацию железа (III) Сх. Узнайте у преподавателя точной значение концентрации раствора и вычислите погрешность измерения.


ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ


Метод потенциометрии основан на зависимости потенциала электрода, погруженного в раствор, от концентрации определенных ионов в данном растворе (уравнение Нернста). Потенциал применяемого в работе стеклянного электрода зависит от концентрации ионов водорода в растворе, что используется при измерении рН. Стеклянный электрод в паре с электродом сравнения, потенциал которого не зависит от рН, опускают в определяемый раствор и измеряют разность их потенциалов. Вольтметр, применяемый для измерений, имеет шкалу, градуированную как в милливольтах, так и в единицах рН, что позволяет снимать показания рН раствора непосредственно со шкалы прибора.

При кислотно-основном титровании добавление каждой порции титранта вызывает изменение рН раствора. На этом основано потенциометрическое титрование. К точному объему определяемого раствора последовательно добавляют небольшие порции стандартного раствора и после каждого добавления измеряется рН. Точку эквивалентности определяют графически (см. рис.1 и 2).



Рис. 1. Интегральная кривая: точка эквивалентности соответствует середине отрезка касательной скачка титрования



Рис. 2 . Дифференциальная кривая: точка эквивалентности соответствует максимуму кривой.


^ Лабораторная работа № 12

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ РАСТВОРА NaOH


Ознакомьтесь с установкой для потенциометрического титрования. Электрохимическая ячейка для определений представляет собой стакан с определяемым раствором, в который погружен парный электрод, присоединеный к вольтметру (рН-метру). Раствор HCl добавляют в стакан из бюретки. Раствор в стакане перемешивают с помощью опущенного в стакан магнитного стержня, который приводится в движение магнитной мешалкой. РН-метр измеряет водородный показатель.


Порядок выполнения работы

1. Заполните бюретку раствором HCl до нулевой метки.

2. Промойте электрод: опустите его несколько раз в стакан с дистиллированной водой. Включите рН-метр в сеть.

3. В стакан на 50 мл отмерьте из общей бюретки 10,0 мл титрованного раствора NaOH, положите в него магнитный стержень и опустите электроды (электроды должны быть выше дна стакана на 1,5-2 см). Долейте в стакан дистиллированной воды так, чтобы концы электродов находились в растворе.

4. Включите магнитную мешалку и перемешайте раствор в течение 1 мин.

5. Выключите мешалку и измерьте рН раствора с точностью до 0,01.

6. Добавляйте в стакан из бюретки по 1,0 мл раствора HCl, перемешивайте раствор в течение 1 мин, выключайте мешалку и измеряйте рН с точностью до 0,01. Значения V(HCl) и рН занесите в таблицу 5.


^ Таблица 5

Значения рН при потенциометрическом титровании

№ измерения

VHCl , мл

рН

VHCl , мл

рН

рН/VHCl




























































































7. Повторяйте операции 6 до того момента, когда значение рН окажется значительно больше, чем предыдущие. После этого продолжайте измерения, уменьшив V до 0,5 мл: близка точка эквивалентности!

8. После прохождения точки эквивалентности повторите операции 6 еще 5 раз.

9. По полученным данным на миллиметровой бумаге постройте графики интегральной и дифференциальной кривых (рис. 1-2) и определите Vэ (HCl).

10. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.


^ Задачи для самостоятельного решения


Тема 1. Диссоциация слабых электролитов


Сильные и слабые электролиты. Степень электролитической диссоциации. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. РН растворов слабых электролитов. Влияние общего иона на диссоциацию слабого электролита. Вычисление константы равновесия реакции по константам реагентов и продуктов. Определение возможности протекания химических реакций.






Скачать 1.65 Mb.
оставить комментарий
страница3/6
Дата30.09.2011
Размер1.65 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6
плохо
  6
средне
  2
хорошо
  2
отлично
  10
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх