Количественный анализ new








Количественный
анализ


Методические указания к лабораторным работам















САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2017

Введение
Количественный анализ – совокупность экспериментальных методов, которые позволяют определять в образце анализируемого материала количественное содержание отдельных составных частей или примесей.
Целью количественного анализа является определение количественных соотношений химических соединений, ионов и элементов, входящих в состав исследуемых веществ.
Методы количественного анализа подразделяют на химические и физические. Химические методы анализа основаны на проведении аналитических реакций, количественно протекающих в растворах, расплавах, твёрдых телах или газах. Они образуют две группы методов: весовой и объёмный анализ.
Выполнение гравиметрического (весового) анализа заключается в точном измерении массы анализируемого компонента в исследуемом веществе.
При титриметрическом (объёмном) анализе количественный состав исследуемой пробы определяют путём точного измерения объёма раствора реагента известной концентрации (титранта), взаимодействующего в эквивалентных количествах с определяемым веществом.
Физические методы связаны с изучением спектров и других физических свойств веществ, зависящих от их состава. В данном пособии будут рассмотрены химические методы анализа.
Химические методы количественного анализа часто называют классическими. Это наиболее разработанные методы анализа. Они точны, просты в выполнении, не требуют специальной аппаратуры. Однако их применение связано с трудностями выделения компонентов из сложных смесей и сравнительно невысоким пределом чувствительности, что особенно важно при ограниченном количестве пробы для анализа.
Краткие теоретические сведения
Весовой (гравиметрический) анализ
Гравиметрический метод количественного анализа (весовой анализ) основан на точном измерении массы анализируемого вещества или компонента смеси, выделенных в химически чистом виде, или в виде химических соединений точно известного состава.
Гравиметрический анализ условно делят на три группы методов: осаждения, отгонки и выделения.
Метод отгонки
Анализируемое вещество из пробы количественно отгоняют в виде летучего соединения. Различают прямую и косвенную отгонку. При прямой отгонке массу отогнанного продукта измеряют непосредственно. Например, для определения СО2 в навеске известняка пробу нагревают и выделяющийся по реакции 13 EMBED Equation.3 1415 углекислый газ улавливают раствором щелочи или сухой щелочью (взятом в избытке) в соответствии с уравнением реакции 13 EMBED Equation.3 1415. При этом определяют изменение массы щелочи – столько СО2 выделилось по реакции и прореагировало со щелочью.
При косвенной отгонке массу анализируемого вещества находят по разности масс пробы до и после отгонки, например, при определении влажности, количества кристаллизационной воды, общего количества летучих примесей и др.
Метод выделения
Исследуемое вещество или компонент смеси количественно выделяют в свободном состоянии и взвешивают. Метод выделения применяют, например, для установления качества лекарственных препаратов, зольности угля или нефти, количества сухого остатка при анализе природных и сточных вод.
Метод осаждения
Определяемый компонент количественно осаждают химическими способами в виде малорастворимого химического соединения постоянного состава, массу которого определяют взвешиванием. Весовой анализ включает следующие операции.
1. Растворение навески исследуемого вещества в соответствующем растворителе. К растворителю предъявляют следующие требования:
= хорошая растворимость исследуемого вещества;
= полное улетучивание при прокаливании или сушке.
Например, для растворения большинства металлов или образцов минерального сырья используют соляную или азотную кислоты, которые при прокаливании полностью улетучиваются.
2. Корректировка состава раствора: перевод определяемого элемента в заданную степень окисления, установление требуемого значения рН, отделение или маскирование мешающих анализу элементов.
3. Выделение определяемого элемента из аликвотной части раствора в виде малорастворимого соединения, которое называют «осаждаемая форма». Осаждаемая форма должна удовлетворять следующим требованиям:
= низкая растворимость (величина произведения растворимости L
· 10-8);
= возможность перевода в весовую форму путем прокаливания или высушивания;
= удовлетворительное отделение от раствора;
= отсутствие соосаждения примесей, то есть не должно быть изоморфизма с соединениями других элементов, содержащихся в пробе.
Осаждаемая форма образуется при химическом взаимодействии определяемого вещества и осадителя. Осадитель должен соответствовать следующим требованиям:
= избирательность по отношению к определяемому элементу;
= улетучивание при прокаливании или сушке.
При получении осаждаемой формы важно получение крупнодисперсного, хорошо фильтруемого осадка.
Кристаллические осадки получают в условиях низкого пересыщения раствора. При этом образуется небольшое число зародышей, которые постепенно вырастают в крупные кристаллы. Благодаря медленному росту частиц осадка снижается и захват примесей из раствора. Низкое пересыщение обеспечивают прибавлением по каплям разбавленного раствора осадителя при перемешивании и температуре, обеспечивающей повышенную растворимость осадка.
Если осаждаемая форма образуется по экзотермической реакции, то осаждение ведут из горячего раствора. Если образование осадка является эндотермическим процессом, то осаждение ведут при охлаждении раствора льдом.
Полученному осадку дают созреть при перемешивании с раствором в течение нескольких часов (или оставив осадок с раствором на ночь). При созревании мелкие частицы осадка за счёт большой удельной поверхности растворяются, а крупные растут.
Аморфные осадки должны быть хорошо скоагулированы. Коагуляцией называют слипание частиц осадка в крупные хлопья. Условие коагуляции: осаждение из горячего разбавленного раствора при постепенном добавлении концентрированного раствора осадителя.
4. Отделение осадка от раствора путём фильтрования или центрифугирования. Обычно используют бумажные обеззоленные фильтры. Аморфные осадки быстрее фильтруются из горячего раствора.
5. Промывание осадка на фильтре с целью удаления примесей. Промывание ведут дистиллированной водой с добавлением небольшого количества осадителя для снижения растворимости осадка. Для лучшей коагуляции аморфного осадка в промывную воду добавляют нитрат аммония или другой, улетучивающийся при прокаливании электролит. Осадок при фильтровании можно промыть методом декантации: к осадку в стакане добавляют промывной раствор, отстаивают и сливают раствор; цикл повторяют несколько раз.
6. Озоление фильтра и прокаливание осадка. Осадок с фильтром переносят в тигель, предварительно прокалённый до постоянного веса. Фарфоровые тигли гигроскопичны, поэтому их охлаждают после прокаливания и хранят в эксикаторе, на дно которого помещают осушитель (чаще всего – обезвоженный хлорид кальция). В результате прокаливания осаждаемая форма переходит в весовую форму.
Осаждаемая форма по своему составу может как совпадать с весовой формой, так и отличаться от неё.
Пример 1. Совпадение весовой и осаждаемой форм при анализе содержания бария в виде сульфата.
Реакция осаждения:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Ва2+ – определяемый компонент; 13 EMBED Equation.3 1415 – осадитель, например, раствор сульфата натрия; 13 EMBED Equation.3 1415 – осаждаемая форма, совпадающая по составу с весовой формой.
Пример 2. Несовпадение весовой и осаждаемой форм при анализе концентрации железа в растворе.
Реакция осаждения:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Fe3+ – определяемый компонент; NH4OH – осадитель; Fe(OH)3 – осаждаемая форма; Fe2O3 – весовая форма.
Требования, предъявляемые к весовой форме:
= строго определённый состав;
= воспроизводимость условий получения;
= достаточно высокое содержание определяемого элемента;
= устойчивость на воздухе по отношению к кислороду и влаге во время взвешивания.
Расчёты в гравиметрическом анализе
Расчёт массы навески исследуемого вещества
При расчётах массы навески исходят из того, что масса полученной весовой формы при взвешивании на аналитических весах не должна превышать относительную ошибку метода 13 EMBED Equation.3 1415. Исходя из опыта, установлены следующие пригодные для работы массы навесок:
= для кристаллических осадков – масса весовой формы не менее 0,5 г:
13 EMBED Equation.3 1415;
= для аморфных осадков масса весовой формы – не менее 0,1 г:
13 EMBED Equation.3 1415,
где mн – масса навески анализируемого вещества, г; 13 EMBED Equation.3 1415 – приблизительное содержание исследуемого вещества; F – гравиметрический (аналитический) фактор:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Мв-ва – молярная масса определяемого элемента; Мв.ф. – молярная масса весовой формы; z – число молей анализируемого элемента в 1 моль весовой формы. Например, для оксида железа (III) Fe2O3 коэффициент z для железа равен 2.
Расчет объёма раствора осадителя
При расчете объёма раствора осадителя пользуются формулой:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Voc - объём осадителя, мл; 1,5 – эмпирический коэффициент избытка осадителя относительно теоретически рассчитанного по уравнению реакции осаждения;
· – концентрация раствора осадителя, %; d – плотность раствора осадителя, г/см3; F – гравиметрический (аналитический) фактор; mн - масса навески анализируемого вещества, г.
Расчеты результатов весового анализа при использовании метода осаждения
Вычисление массовой доли элемента ведут по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415 – массовая доля анализируемого вещества, %; mв.ф. – масса весовой формы, г; F – гравиметрический (аналитический) фактор; mн – масса навески анализируемого вещества, г.
При расчёте концентрации анализируемого элемента в растворе, выраженной в г/л, используют формулу:
13 EMBED Equation.3 1415,
где mв.ф. – масса весовой формы, г; F – гравиметрический (аналитический) фактор; Vа – объем аликвоты, мл.
Объёмный (титриметрический) анализ
Данная группа методов анализа основана на измерении объёма раствора с известной концентрацией, который необходимо добавить к пробе известного объёма (аликвоте) для протекания аналитической реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением. Добавляемый реагент называют титрантом, а его раствор с заданной концентрацией – титрованным раствором.
В процессе титрования к раствору исследуемого вещества небольшими порциями прибавляют раствор титранта. По мере его добавления концентрация исследуемого раствора уменьшается, а продуктов реакции – увеличивается.
Момент титрования, когда титрант добавлен в количестве, эквивалентном исследуемому веществу, называется точкой эквивалентности.
В химических методах анализа точку эквивалентности определяют визуально по аналитическим эффектам: изменению цвета раствора, образованию осадка и др. Для этой цели используют специальные вещества – индикаторы, которые способны менять свой цвет в точке эквивалентности.
В физико-химических методах анализа точку эквивалентности устанавливают по резким изменениям электропроводности, рН раствора и др.
Соответствующий точке эквивалентности объём титранта называют эквивалентным.
Относительная ошибка объёмного анализа составляет 0,2 %.
Требования к химическим реакциям объемного анализа:
= реакция должна протекать быстро и быть практически необратимой;
= взаимодействие между определяемым веществом и титрантом должно протекать стехиометрически, т.е. в точном соответствии с уравнением реакции;
= возможность четкой фиксации точки эквивалентности;
= в растворе должны отсутствовать вещества, мешающие ходу основной реакции и определению конечной точки титрования.
Преимущества объемных методов анализа: скорость, простота, точность и возможность автоматизации.
Понятия, применяемые для обработки результатов титрования
Молярная масса – масса одного моля вещества. Размерность – г/моль.
Эквивалент – такое количество вещества, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.
Эквивалентная масса ЭМ – масса одного эквивалента вещества; масса вещества и количество эквивалентов связаны уравнением:
13 EMBED Equation.3 1415.
Зная молярную массу вещества, можно вычислить его эквивалентную массу по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415,
где М – молярная масса элемента, оксида, кислоты, основания или соли, г/моль; z – степень окисления элемента в продукте реакции, произведение числа атомов элемента и степени окисления элемента в оксидах, основность кислоты, кислотность основания, произведение числа атомов металла и степени окисления металла в соли, число электронов в реакции окисления-восстановления.
Молярная концентрация или молярность, СМ – число моль растворённого вещества в одном дм3 (л) раствора:
13 EMBED Equation.3 1415.
Нормальная концентрация или нормальность, СN – количество эквивалентов, nэ2 растворённого вещества, содержащееся в одном литре раствора:
13 EMBED Equation.3 1415.
Титр – выраженная в граммах масса растворённого вещества, содержащаяся в 1 мл раствора. Титр вычисляют как отношение массы растворённого вещества к объёму раствора:
13 EMBED Equation.3 1415, г/мл.
Титр титранта по определяемому веществу – выраженная в граммах масса определяемого вещества, которая эквивалентна 1 мл титранта заданной концентрации:
13 EMBED Equation.3 1415,
где СТ – концентрация титранта, моль/л, ЭМ – эквивалентная масса определяемого вещества.
Массовая доля или процентное содержание ( – соотношение масс растворённого m2 вещества и раствора mр-р, выраженное в долях или процентах:
13 EMBED Equation.3 1415.
Расчеты в титриметрическом анализе
Вычисления в титриметическом анализе основаны на законе эквивалентов для растворов:
13 EMBED Equation.3 1415,
где СN – нормальная концентрация раствора пробы, Va – объём аликвоты, CT – нормальная концентрация раствора титранта, VT – измеренный эквивалентный объём.
Вычисление объема аликвоты
Расчет объема аликвоты ведут исходя из предполагаемого объема титранта, который должен расходоваться на титрование. Чтобы выполнить требования точности титрования и избежать избыточного расхода титранта его объем обычно берут в пределах от 5 до 15 мл. Объем аликвоты можно вычислить по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 10 – предполагаемый объем расхода титранта, мл.
Вычисление навески исследуемого вещества
Массу навески исследуемого вещества mн рассчитывают исходя из содержания анализируемого вещества в сухой пробе
·, объема мерной колбы VK, в которой предполагается растворять навеску, концентрации СТ и объема титранта VT, объема аликвоты Va:
13 EMBED Equation.3 1415,
где М – молярная масса анализируемого вещества, г/моль.
Вычисление концентрации анализируемого раствора
Вычисление концентрации анализируемого раствора выполняется на основании закона эквивалентов для растворов.
Нормальную концентрацию вычисляют по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Молярную концентрацию рассчитывают по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415.
Массовую концентрацию вычисляют по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Вычисление массовой доли анализируемого вещества в сухой пробе
Для расчёта массовой доли анализируемого вещества в навеске сухой пробы можно воспользоваться уравнением:
13 EMBED Equation.3 1415,
где М – молярная масса анализируемого вещества, г/моль.
Кислотно-основное титрование
Аналитическая реакция – нейтрализация кислоты щёлочью или, наоборот, щёлочи кислотой. Эквивалентную точку определяют обычно с помощью цветных индикаторов.
Действие индикаторов
Индикаторами являются слабые органические кислоты или основания, у которых ионная и молекулярная формы имеют различную окраску. Например, фенолфталеин содержит фенольную функциональную группу, метилоранж – ароматическая сульфокислота с функциональной группой (SO3H. Процесс их диссоциации в общем виде можно представить уравнением:
13 EMBED Equation.3 1415.
Константа диссоциации индикатора определяется уравнением:
13 EMBED Equation.3 1415.
Концентрации ионной и молекулярной форм в середине области перехода окраски индикатора равны между собой и рН перехода окраски индикатора равен логарифму константы диссоциации:
13 EMBED Equation.3 1415.
При 13 EMBED Equation.3 1415 цвет раствора будет обусловлен окраской ионной формы индикатора и, наоборот, при 13 EMBED Equation.3 1415 раствор будет окрашен молекулярной формой индикатора. Поэтому переход окраски происходит в области 13 EMBED Equation.3 1415.
Фенолфталеин является очень слабой кислотой, поэтому он изменяет окраску от бесцветной к малиновой в слабощелочной области, при рН = 8,3 – 10. Метиловый оранжевый – кислота средней силы, изменяет окраску от красной к жёлтой в слабокислой области при рН = 3,7 – 5,1. Лакмус изменяет окраску от красной к синей в нейтральной области при рН около 7.
Кривые титрования
Кривые титрования – графические зависимости концентрации участника реакции, протекающей при титровании от объёма добавленного титранта. Для реакций кислотно-основного взаимодействия показателем концентрации участника реакции является рН раствора.
Различают теоретические и экспериментальные кривые титрования. Теоретический расчёт кривых титрования проводится по уравнению реакции и исходным концентрациям реагирующих веществ. Теоретические кривые титрования нужны для обоснованного выбора индикатора в данном титровании. Экспериментальные кривые титрования получают при измерении какого-либо свойства системы в ходе титрования (ЭДС, электропроводность и т.п.) в зависимости от объёма титранта. Экспериментальные кривые титрования нужны для определения точки эквивалентности.
Кривые кислотно-основного титрования позволяют проследить за качественными и количественными изменениями титруемого раствора и выбрать наиболее подходящий индикатор для определения точки эквивалентности (конца титрования).
При построении теоретических кривых титрования рассчитывают рН четырёх основных этапов:
1) до начала титрования;
2) титрование до точки эквивалентности;
3) точка эквивалентности;
4) после точки эквивалентности.
Кривая титрования сильной кислоты щёлочью
Аналитическая реакция – реакция нейтрализации
13 EMBED Equation.3 1415.
1 этап. В растворе присутствует только сильная кислота, рН раствора определяется её концентрацией:
13 EMBED Equation.3 1415,
где СK – нормальная концентрация кислоты.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью:
13 EMBED Equation.3 1415.
рН вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415,
где VK – объём пробы кислоты, взятый для титрования (аликвота), СЩ – нормальная концентрация раствора щёлочи, VЩ – объём раствора щёлочи, добавленного в процессе титрования.
3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щелочи VЭ.
4 этап. Добавление избытка титранта после точки эквивалентности. рН определяется только количеством добавленной щёлочи и вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. соляной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
0,1 н. раствор HCl
13 EMBED Equation.3 1415
1,00

1
Титрование соляной кислоты.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1,09

5


1,48

7


1,75

9


2,28

9,5


2,59

9,9


3,30

10
NaCl
Точка эквивалентности, VЭ = 10 мл, V
· = 20 мл
7,00

10,1
Избыток щёлочи
13 EMBED Equation.3 1415
10,70

11


11,68

12


11,96

15


12,30

20


12,52



Кривая титрования сильной кислоты щелочью
Точка эквивалентности соответствует объёму титранта 10 мл. Обращает внимание резкий скачок величины рН в этой области. Объём одной капли раствора обычно составляет 0,01-0,02 мл. В области эквивалентной точки при добавлении капли щёлочи рН возрастает на 3-6 единиц. Поэтому эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.
Кривая титрования сильного основания кислотой
Аналитическая реакция – реакция нейтрализации
13 EMBED Equation.3 1415.
1 этап. В растворе присутствует только щёлочь и рН раствора определяется её концентрацией:
13 EMBED Equation.3 1415.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация щелочи кислотой:
13 EMBED Equation.3 1415.
рН вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
3 этап. Точка эквивалентности. В системе находится только негидролизующаяся соль. рН = 7. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём кислоты VЭ.
4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной кислоты и вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. гидроксида натрия 0,1 н. раствором соляной кислоты.
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
0,1 н. раствор NaOH
13 EMBED Equation.3 1415
13,00

1
Титрование гидроксида натрия.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
12,91

5


12,52

7


12,25

9


11,72

9,5


11,41

9,9


10,70

10
NaCl
Точка эквивалентности, VЭ = 10 мл, V
· = 20 мл
7,00

10,1
Избыток кислоты
13 EMBED Equation.3 1415
3,30

11


2,32

12


2,04

15


1,70

20


1,48


Кривая титрования сильного основания кислотой
Кривая титрования щёлочи кислотой является зеркальным отражением кривой титрования сильной кислоты щёлочью. Эквивалентную точку можно определить с помощью любого цветного индикатора, изменяющего окраску в области значений рН от 4 до 10.
Кривая титрования слабой одноосновной кислоты щёлочью
1 этап. В растворе присутствует только слабая кислота и рН раствора определяется её концентрацией и константой диссоциации:
13 EMBED Equation.3 1415.
где СK – концентрация раствора кислоты, моль/л.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате образуется буферная смесь, состоящая из слабой кислоты, избыток которой присутствует в системе до точки эквивалентности и соли этой кислоты. рН вычисляется по уравнению для кислого буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – концентрация соли слабой кислоты, 13 EMBED Equation.3 1415 – остаточная концентрация слабой кислоты, VK – объём пробы кислоты, взятый для титрования, СЩ – концентрация раствора щёлочи, VЩ – объём раствора щёлочи, добавленный в процессе титрования.
3 этап. Точка эквивалентности. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щёлочи VЭ. В системе находится только соль, гидролизующаяся по аниону. рН в точке эквивалентности будет больше 7 и вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Концентрация соли в точке эквивалентности:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 общий объём раствора в точке эквивалентности,
13 EMBED Equation.3 1415.
4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной щёлочи:
13 EMBED Equation.3 1415.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. уксусной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
0,1 н. раствор СН3СООН
13 EMBED Equation.3 1415
2,88

1
Титрование уксусной кислоты.
Образование буферного раствора СН3СООН + СН3COONa:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3,80

5


4,76

7


5,12

9


5,71

9,5


6,03

9,9


6,75

10
Точка эквивалентности,
VЭ = 10 мл, V
· = 20 мл.
Гидролиз соли СН3COONa:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
8,88

10,1
Избыток щелочи
13 EMBED Equation.3 1415
10,70

11


11,68

12


11,96

15


12,30

20


12,52


Кривая титрования слабой одноосновной кислоты щелочью
При рассмотрении кривой титрования обращает внимание то, что точка эквивалентности лежит в щелочной области. Скачок значений рН вблизи эквивалентной точки меньше, чем в случае сильного электролита и не превышает двух единиц рН при добавлении одной капли титранта. Для титрования следует выбирать индикатор, изменяющий окраску в щелочной среде, в примере – при рН = 8-9. Таковым является фенолфталеин.
Кривая титрования слабого однокислотного основания сильной кислотой
1 этап. В растворе присутствует только слабое основание и рН раствора определяется его концентрацией и константой диссоциации:
13 EMBED Equation.3 1415.
где Со – концентрация раствора слабого основания, моль/л.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация слабого основания кислотой:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате образуется буферная смесь, состоящая из слабого основания, избыток которого присутствует в системе до точки эквивалентности и соли этого основания. рН вычисляется по уравнению для основного буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – концентрация соли слабого основания, 13 EMBED Equation.3 1415 – остаточная концентрация слабого основания, VО – объём пробы основания, взятый для титрования, Ск – концентрация раствора кислоты, VK – объём раствора кислоты, добавленный в процессе титрования.
3 этап. Точка эквивалентности. На нейтрализацию основания затрачен эквивалентный объём кислоты VЭ. В системе находится только соль, гидролизующаяся по катиону. рН в точке эквивалентности будет меньше 7 и вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Концентрация соли в точке эквивалентности:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 общий объём раствора в точке эквивалентности,
13 EMBED Equation.3 1415.
4 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной кислоты:
13 EMBED Equation.3 1415.
Пример. Рассчитать кривую титрования 10 мл 0,1 н. гидроксида аммония 0,1 н. раствором соляной кислоты.
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
0,1 н. раствор NH4OH
13 EMBED Equation.3 1415
11,12

1
Титрование уксусной кислоты
Образование буферного раствора NH4OH-NH4Cl 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
10,20

5


9,25

7


8,88

9


8,30

9,5


7,97

9,9


7,25

10
Точка эквивалентности,
VЭ = 10 мл,
V
· = 20 мл
Гидролиз соли NH4Cl:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
5,12

10,1
Избыток кислоты
13 EMBED Equation.3 1415
3,30

11


2,32

12


2,04

15


1,70

20


1,48


Кривая титрования слабого основания сильной кислотой
Кривая титрования слабого основания кислотой, например, раствора аммиака или его органического производного – амина, будет зеркальным отображением кривой титрования слабой одноосновной кислоты. Точка эквивалентности при этом окажется в кислой области. Для её определения необходим индикатор, изменяющий окраску в выбранном примере в области значений рН = 4-6, например, метиловый оранжевый.
Кривая титрования слабой многоосновной кислоты
Основное различие в расчетах кривой титрования одно- и многоосновных кислот связано со ступенчатой диссоциацией многоосновных кислот и, как следствие, с возможным существованием двух и более скачков титрования соответственно числу ступеней диссоциации.
Возможность титрования кислоты с заданной точностью по первой точке эквивалентности зависит от соотношения ступенчатых констант диссоциации кислоты.
Титрование кислоты состава H2An по первой ступени с погрешностью не более 1 % означает, что взаимодействие кислоты со щёлочью по первой ступени должно пройти не менее чем на 99 %, а по второй не более чем на 1 %. Такая ситуация возможна, если вторая константа диссоциации будет на 4 порядка меньше, чем первая. Если различие в константах диссоциации будет составлять 6 или более порядков, то погрешность определения может быть снижена до 0,1 %
Участки кривой титрования многоосновной кислоты рассчитываются по тем же формулам, что и для одноосновной кислоты. Ниже рассмотрены этапы титрования слабой трёхосновной кислоты.
1 этап. В растворе присутствует только слабая кислота, рН раствора определяется её концентрацией и первой константой диссоциации:
13 EMBED Equation.3 1415,
где СK – концентрация раствора кислоты, моль/л.
2 этап. Процесс титрования. Происходит постепенная нейтрализация кислоты щёлочью по первой ступени:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате образуется буферная смесь, состоящая из слабой кислоты, избыток которой присутствует в системе до точки эквивалентности и кислой соли этой кислоты. рН вычисляется по уравнению для кислого буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – концентрация кислой соли слабой кислоты, 13 EMBED Equation.3 1415 – остаточная концентрация слабой кислоты, VK – объём пробы кислоты, взятый для титрования, СЩ – концентрация раствора щёлочи, VЩ – объём раствора щёлочи, добавленный в процессе титрования.
3 этап. Первая точка эквивалентности. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щёлочи 13 EMBED Equation.3 1415. В системе находится только кислая соль MeH2An. рН вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
4 этап. Аналогичен второму этапу. Происходит нейтрализация кислоты щёлочью по второй ступени:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате образуется буферная смесь, состоящая из двух кислых солей. Более кислая соль будет играть роль кислоты, менее кислая – роль соли. рН вычисляется по уравнению для кислого буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415,
5 этап. Вторая точка эквивалентности. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объем щёлочи 13 EMBED Equation.3 1415. В системе находится только кислая соль состава MeHx-2An. рН вычисляется по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
6 этап. Нейтрализация кислоты по третьей ступени:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате образуется буферная смесь, состоящая из кислой и основной солей. Кислая соль будет играть роль кислоты, средняя – роль соли. рН вычисляется по уравнению для кислого буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415.
7 этап. Третья точка эквивалентности. На нейтрализацию кислоты затрачен эквивалентный объём щёлочи 13 EMBED Equation.3 1415. В системе находится только средняя соль состава Me3An. рН вычисляется по уравнению для гидролизующейся по аниону соли:
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415.
8 этап. После точки эквивалентности рН определяется только количеством добавленной щёлочи:
13 EMBED Equation.3 1415.
Расчёт кривой титрования 10 мл 0,1 н. раствора ортофосфорной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия.
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
0,1 н. раствор H3PO4
13 EMBED Equation.3 1415
1,57


VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

5
Первый этап титрования.
Образование буферного раствора H3PO4+NaH2PO4
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
2,15

7


2,52

9


3,10

10
Первая точка эквивалентности.
VЭ,1 = 10 мл,
V
· = 20 мл
Гидролиз соли NaH2PO4.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
4,68

12
Второй этап титрования.
Образование буферного раствора
NaH2PO4+Na2HPO4
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
6,60

15


7,20

17


7,57

19


8,15

20
Вторая точка эквивалентности.
VЭ,2 = 20 мл,
V
· = 30 мл
Гидролиз соли Na2HPO4.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
9,55

22
Третий этап титрования.
Образование буферного раствора:
Na2HPO4+Na3PO4
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
11,3

25


11,9

30
Третья точка эквивалентности.
VЭ,3 = 30 мл,
V
· = 40 мл
Гидролиз соли Na3PO4.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
12,15

32
Избыток щёлочи
13 EMBED Equation.3 1415
12,68

35


13,05

37


13,17

40


13,30

45


13,44

50


13,52



Кривая титрования ортофосфорной кислоты щёлочью
Следует отметить, что вследствие малой константы диссоциации кислоты по третьей ступени, на кривой титрования ортофосфорной кислоты можно выделить только 2 скачка значений рН, соответствующих двум эквивалентным точкам. Первую из них при рН около 4,7 удобно определять с помощью индикатора бромкрезолового зелёного по переходу окраски из жёлтой в голубую, вторую эквивалентную точку при рН в районе 9,6 можно определить с тимоловым голубым.
Кривая титрования смеси сильной и слабой кислот
Раздельное титрование смеси кислот (оснований) в воде возможно, если
= отношение их констант диссоциации не менее 104;
= константы диссоциации титруемых кислот (оснований) не менее 107;
= соблюдается условие: 13 EMBED Equation.3 1415 для достижения погрешности не более 1 %.
При этом сначала титруется более сильная кислота, а затем – более слабая.
На кривой титрования будет наблюдаться соответствующее число скачков титрования. При соотношении констант диссоциации меньше 104 на кривой титрования получится один скачок, соответствующий суммарному титрованию кислот (оснований).
Кривая титрования получается совмещением соответствующих участков кривых титрования сильной и слабой кислот. Первый участок соответствует титрованию сильной кислоты. Поэтому в первой эквивалентной точке рН раствора определяется присутствием слабой кислоты. Далее кривая титрования аналогична таковой для слабой кислоты. Вторая эквивалентная точка соответствует содержанию в системе соли, гидролизующейся по аниону.
В качестве примера рассмотрим титрование аликвоты объёмом 10 мл, содержащей 0,1 М соляную и 0,1 М уксусную кислоты, 0,1 н. раствором гидроксида натрия.
1. До начала титрования рН раствора в основном определяется концентрацией в растворе соляной кислоты.
2. При расчёте первого участка кривой титрования следует учесть вклад слабой кислоты в концентрацию ионов Н+, который значителен вблизи первой эквивалентной точки и приводит к её сдвигу от значения рН=7 в кислую область. Формулу для расчёта концентрации ионов Н+ получим из условия баланса зарядов, пренебрегая вкладом в него ионов гидроксила, который мал в кислой среде:
13 EMBED Equation.3 1415.
В этом уравнении произведём следующие подстановки:
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415.
В итоге получим уравнение для расчёта концентрации катионов водорода в зависимости от объёма добавленной щёлочи:
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415.
3. В первой точке эквивалентности рН раствора определяется концентрацией уксусной кислоты и её константой диссоциации:
13 EMBED Equation.3 1415.
4. При расчёте второго участка кривой титрования следует учесть образование ацетатного буферного раствора:
13 EMBED Equation.3 1415,
для которого
13 EMBED Equation.3 1415.
5. рН второй точки эквивалентности определяется концентрацией ацетата натрия:
13 EMBED Equation.3 1415.
6. рН третьего участка кривой титрования определяется количеством щёлочи:
13 EMBED Equation.3 1415.
Расчёт кривой титрования 10 мл раствора 0,1 н. соляной и 0,1 н. уксусной кислот щёлочью:

VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
HCl и CH3COOH
13 EMBED Equation.3 1415
1

5
Титрование соляной кислоты. Присутствует CH3COOH
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1,48

7


1,75

9


2,25

10
Первая точка эквивалентности.
VЭ,1 = 10 мл,
V
·1 = 20 мл
CH3COOH
13 EMBED Equation.3 1415
3,03

11
Титрование уксусной кислоты.
Образование буферного раствора:
СН3СООН-СН3COONa
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3,81

12


4,16

15


4,76

17


5,13

19


5,71

19,5


6,04

19,9


6,76

20
Вторая точка эквивалентности,
VЭ,2 = 20 мл, V
·,2 = 30 мл
Гидролиз соли СН3COONa
13 EMBED Equation.3 1415
10,12

21
Избыток щёлочи
13 EMBED Equation.3 1415
11,51

22


11,80

25


12,15

30


12,40


Кривая титрования смеси соляной и уксусной кислот гидроксидом натрия
Первой точке эквивалентности, соответствующей содержанию в пробе сильной кислоты, в рассматриваемом примере отвечает слабый скачок значений рН, который можно зафиксировать с помощью рН-метра или, менее точно, по жёлтому окрашиванию динитрофенола. Если вторая кислота слабее уксусной, например, фенол с Kd = 10(10, то первая точка эквивалентности будет выражена резче, но слабее проявится вторая эквивалентная точка.
Кривая титрования раствора соли слабого электролита
Рассмотрим в качестве примера кривую титрования раствора соды. Так как ионы слабой угольной кислоты связывают катионы Н+, карбонатные растворы можно титровать кислотами. Нейтрализация протекает в две ступени, соответственно, на кривой титрования выделяют две эквивалентные точки. Результаты расчёта титрования аликвоты объёмом 10 мл 0,1 M раствора соды 0,1 M соляной кислотой приведены ниже.
Расчёт кривой титрования 10 мл 0,1 М раствора карбоната натрия 0,1 н. соляной кислотой:
VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

0
Гидролизующаяся соль Na2CO3
13 EMBED Equation.3 1415
11,66


VNaOH, мл
Система
Расчётная формула
рН

2
Титрование соды по первой ступени.
Буферный раствор H2CO3 + NaHCO3
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
10,93

5


10,33

7


9,96

9


9,38

9,5


9,05

10
Первая точка эквивалентности VЭ,1 = 10 мл,
V
·1 = 20 мл
Гидролиз NaHCO3
13 EMBED Equation.3 1415
8,34

11
Титрование соды по второй ступени.
Буферный раствор NaHCO3 + Na2CO3
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
7,30

12


6,95

15


6,35

17


5,98

19


5,40

19,5


5,07

20
Вторая точка эквивалентности
VЭ,2 = 20 мл,
V
·,2 = 30 мл
Раствор Н2CO3
13 EMBED Equation.3 1415
3,91

21
Избыток соляной кислоты
13 EMBED Equation.3 1415
2,71

22


2,41

25


2,04

27


1,91

30


1,78


Кривая титрования соды кислотой
На кривой титрования выделяются две эквивалентные точки. Скачки рН в них невелики, менее 2 единиц. Первую точку эквивалентности можно определить по обесцвечиванию фенолфталеина при рН=8,3, вторую – по переходу окраски метилового оранжевого из жёлтой в красную в области рН около 3,7.
Окислительно-восстановительное титрование
Аналитическая реакция – окислительно-восстановительная. В зависимости от титранта можно выделить следующие виды редоксиметрии:
Перманганатометрия – титрование раствором KMnO4 в кислой среде. Восстановление титранта протекает по реакции:
13 EMBED Equation.3 1415,
в ходе которой малиновый раствор перманганата обесцвечивается. От первой избыточной капли титранта появляется розовая окраска, по которой отмечают эквивалентную точку.
Дихроматометрия – титрование раствором K2Cr2O7 в кислой среде. Дихромат калия восстанавливается по реакции:
13 EMBED Equation.3 1415.
Ванадатометрия – титрование кислым раствором ванадата аммония по реакции:
13 EMBED Equation.3 1415.
Йодометрия – титрование раствором йода. Часто применяют метод обратного титрования – к аликвоте пробы добавляют избыток титрованного раствора йода, а затем оттитровывают избыточный йод раствором тиосульфата натрия.
Восстановительное титрование растворами соли Мора, как часто называют сульфат железа (2+), тиосульфата натрия и др.
При расчёте результатов окислительно-восстановительного титрования нормальные концентрации титранта и определяемого элемента выражают в электрохимических эквивалентах на литр. Электрохимический эквивалент равен молярной массе соединения, делённой на число электронов в полуреакции его восстановления или окисления. Например, электрохимический эквивалент перманганата калия равен молярной массе, делённой на 5, тогда как химический эквивалент этого соединения в обменной реакции равен его молярной массе.
Комплексонометрия
Аналитическая реакция – связывание определяемого элемента в растворимый комплекс. В качестве титрантов используют органические комплексоны с несколькими функциональными группами в молекуле, которые образуют с катионами металлов пяти- или шестичленные гетероциклы, называемые хелатами. Наиболее распространённый комплексон – дигидроэтилендиаминтетраацетат натрия, имеющий техническое название трилон Б. Формула трилона Б следующая:
13 EMBED Equation.3 1415
Образующийся в результате диссоциации в растворе анион дигидроэтилендиаминтетраацетата H2Tr2( реагирует с катионами металлов по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415.
Как следует из уравнения реакции, она протекает не в эквивалентных, а в молярных соотношениях: 1 моль определяемого элемента на один моль трилона Б. Поэтому для расчёта результатов используют не нормальные, а молярные концентрации.
Индикаторы трилонометрического титрования – это слабые окрашенные органические кислоты, образующие с катионами металлов комплексы, менее устойчивые, чем комплексы с трилоном Б. При добавлении индикатора раствор окрашивается за счёт образования металл-индикаторного комплекса:
13 EMBED Equation.3 1415.
С индикатором связана малая часть катионов металла. Остальные катионы определяемого элемента в ходе титрования постепенно связываются в комплекс с трилоном. Когда все свободные катионы металла будут связаны с трилоном, он вытеснит индикатор из неустойчивого металл-индикаторного комплекса:
13 EMBED Equation.3 1415.
В результате окраска раствора изменяется, что позволяет установить эквивалентную точку.
Некоторые правила записи результатов анализа
Результат измерений и анализа выражают числом. Каждое такое число должно содержать только значащие цифры. Значащими являются все достоверно известные цифры числа плюс первая недостоверно известная цифра.
На аналитических весах масса взвешиваемого предмета измеряется с ошибкой ±0,0001 г. Следовательно, правильно записанное число должно содержать четыре цифры после запятой. Правильно: 7,3210 г; неправильно: 7,321 г.
Объём титранта, измеренный бюреткой, градуированной на 0,1 мл, должен быть выражен числом, содержащим две цифры после запятой. Правильно: 7,32 мл; неправильно: 7,3 мл.
Погрешность определений титриметрическими методами анализа колеблется в десятых долях процента. Следовательно, результат анализа при расчёте должен содержать четыре значащих цифры.
Примеры. Найденное содержание СаО в известняке: правильно: 0,2560 г; 51,45 %, неправильно: 0,256 г, 51,453 %.
Найденное значение концентрации: правильно – С = 0,1070 г/л, неправильно – С = 0,107 г/л.
Найденное значение титра: правильно – Т = 0,003901 г/мл, неправильно – Т = 0,0039012 г/мл.
Содержание отчёта
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Краткое описание метода анализа.
4. Результаты экспериментов.
5. Обработка результатов эксперимента.
6. Выводы.
Лабораторный практикум
Лабораторная работа № 1 «Определение содержания железа весовым методом»
Цель работы: определить содержание железа в пробе раствора весовым методом.
Сущность работы. весовое определение железа основано на реакции 13 EMBED Equation.3 1415, которая приводит к образованию осаждаемой формы железа. При прокаливании гидроксид железа полностью переходит в весовую форму: 13 EMBED Equation.3 1415. В данном способе определения железа к пробе раствора добавляют азотную кислоту и нагревают на песчаной бане до кипения, при этом происходит окисление железа до трёхвалентного.
Оборудование и реактивы: муфельная печь; аналитические весы; песчаная баня; фарфоровый тигель; химический стакан объёмом 100-150 мл; воронка; мерная пипетка объёмом 5 мл; беззольный фильтр марки «синяя лента»; стеклянная палочка с резиновым наконечником; азотная кислота, 2 н. раствор; гидроксид аммония, концентрированный раствор; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
1. Из пробы раствора мерной пипеткой отобрать в химический стакан аликвоту объёмом 5 мл, добавить около 1 мл азотной кислоты и разбавить раствор в стакане дистиллированной водой до 50 мл. Раствор нагревать на песчаной бане почти до кипения.
2. в горячий раствор при помешивании добавить избыток концентрированного раствора аммиака. Раствор с осадком нагревать ещё несколько минут и проверить полноту осаждения.
Проверка полноты осаждения. Дождаться оседания основной массы осадка гидроксида железа (III) на дно стакана. К раствору добавить несколько капель гидроксида аммония. Если в месте падения капли гидроксида аммония будет наблюдаться образование осадка гидроксида железа, то осаждение проведено не полностью. В этом случае к раствору следует добавить ещё осадителя.
3. Осадок количественно, без потерь, перенести на фильтр, стаканчик и палочку вытереть влажными кусочками фильтровальной бумаги, которые также поместить на фильтр. Осадок промыть на фильтре 2-3 раза горячей дистиллированной водой, в которую добавлено несколько капель раствора аммиака. Затем фильтр с осадком перенести в фарфоровый тигель, предварительно прокалённый до постоянного веса.
4. Осадок высушить на песчаной бане и озолить фильтр в муфельной печи при открытой дверце. Прокаливание ведут 40-60 минут при температуре 800-900°С. Тигель с оксидом железа охладить в эксикаторе над осушителем и взвесить на аналитических весах.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер задачи.
Номер тигля.
Масса тигля с осадком.
Масса пустого тигля.
Обработка результатов эксперимента
Вычислить концентрацию железа (III) в пробе раствора:
13 EMBED Equation.3 1415 г/л,
где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 массы пустого тигля и тигля с осадком, г; 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 молярные массы железа и оксида железа (III); 13 EMBED Equation.3 1415 объём аликвоты, л.
Лабораторная работа № 2. «Определение содержания соды в присутствии щёлочи»
Цель работы: определить содержание соды и щёлочи в пробе раствора при их совместном присутствии методом кислотно-основного титрования.
Сущность работы. Раствор, содержащий гидроксид и карбонат натрия, титруют раствором соляной кислоты. В ходе титрования последовательно протекают следующие реакции:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (1);
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl (2);
NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl (3).
Каждой реакции соответствует эквивалентная точка. Первую эквивалентную точку с помощью цветных индикаторов определить невозможно, так как скачок рН в ней мал и лежит в сильнощелочной области. Вторую эквивалентную точку, отвечающую полному протеканию реакции (2) и имеющую значение рН = 8,3, можно установить по обесцвечиванию розовой окраски индикатора фенолфталеина. Третьей эквивалентной точке соответствует значение рН = 3,8, которое соответствует переходу окраски метилоранжа от желтой к оранжевой.
Оборудование и реактивы: бюретка объёмом 25 мл; мерная пипетка объёмом 5 мл; коническая колба для титрования объёмом 100-250 мл; химический стакан объёмом 50 мл; соляная кислота, 0,1 н. раствор; фенолфталеин; метилоранж; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
1. Из пробы раствора мерной пипеткой отобрать в коническую колбу для титрования аликвоту объёмом 5 мл.
2. Аликвоту разбавить дистиллированной водой до объёма 20-30 мл.
3. Добавить 2 капли фенолфталеина.
4. Залить в бюретку соляную кислоту, выпустить из носика бюретки воздух и довести уровень раствора до отметки «0».
5. Титровать из бюретки соляной кислотой до полного исчезновения розовой окраски. Окраска не должна восстанавливаться при перемешивании раствора в течение 30 секунд.
6. Записать эквивалентный объём V2.
7. Добавить 2-3 капли метилового оранжевого.
8. Не доливая бюретку до нуля, продолжать титрование до перехода жёлтой окраски раствора в оранжевую.
9. Записать эквивалентный объём V3.
10. Долить бюретку кислотой до нуля и повторить п.п. 1-9.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер пробы.
Объем аликвоты Va, мл.
Концентрация соляной кислоты CHCl, экв/л.
Объём соляной кислоты, расходованный на титрование c фенолфталеином:
V1(HCl), мл;
V2(HCl), мл;
Vср(HCl)2, мл.
Объём соляной кислоты, расходованный на титрование c метиловым оранжевым:
V1(HCl), мл;
V2(HCl), мл;
Vср(HCl)3, мл.
Обработка результатов эксперимента
1. Вычислить нормальную концентрацию соды и гидроксида натрия в растворе:
13 EMBED Equation.3 1415, экв/л.
13 EMBED Equation.3 1415, экв/л.
2. Выразить содержание соды и щелочи в растворе в г/л:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Для соды значение обменного эквивалента равно 2, для щелочи – 1.
Лабораторная работа № 3. «Перманганатометрическое определение содержания железа (2+)»
Цель работы: определение содержания железа (2+) в пробе раствора методом перманганатометрии.
Сущность работы. Определение содержания железа (2+) основано на реакции:
13 EMBED Equation.3 1415От первой избыточной капли титранта появляется розовая окраска, по которой отмечают эквивалентную точку.
Оборудование и реактивы: бюретка объёмом 25 мл; мерная пипетка объёмом 5 мл; коническая колба для титрования объёмом 100-250 мл; химический стакан объёмом 50 мл; мерный цилиндр объёмом 10-25 мл; фосфорная кислота, концентрированный раствор; перманганат калия, 0,1 н. раствор; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
1. В конические колбы для титрования мерной пипеткой отобрать аликвоты объёмом 5 мл.
2. К аликвотам мерного цилиндра добавить по 2 мл фосфорной кислоты и разбавить дистиллированной водой до объёма 20-30 мл.
3. Залить в бюретку перманганат калия, выпустить из носика бюретки воздух и довести уровень раствора до отметки «0».
4. Титровать из бюретки раствором перманганата калия до появления розовой окраски избыточного титранта, не исчезающей при перемешивании в течение 1 минуты.
5. Записать эквивалентный объём титранта.
6. Повторить титрование до получения не менее двух сходящихся значений.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер пробы.
Объем аликвоты Va, мл.
Концентрация перманганата калия C(KMnO4), экв/л.
Объём тиосульфата натрия, расходованный на титрование:
V1(KMnO4), мл;
V2(KMnO4), мл;
Vср(KMnO4), мл.
Обработка результатов эксперимента
1. Вычислить нормальную коцентрацию железа (II) в пробе раствора:
13 EMBED Equation.3 1415, экв/л.
2. Выразить содержание железа (II) в растворе в г/л:
13 EMBED Equation.3 1415.
Лабораторная работа № 4. «Йодометрическое определение содержания меди»
Цель работы: определить содержание в растворе катионов меди (II) методом йодометрии.
Сущность работы. Определение основано на восстановлении меди (II) до меди (I) йодидом калия и последующем титровании образовавшегося в эквивалентном количестве йода раствором тиосульфата натрия:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Точку эквивалентности определяют по обесцвечиванию крахмала.
Оборудование и реактивы: бюретка объёмом 25 мл; мерная пипетка объёмом 5 мл; коническая колба для титрования объёмом 100-250 мл; химический стакан объёмом 50 мл; йодид калия; шпатель; серная кислота, 2 н. раствор; тиосульфат натрия, 0,1 н. раствор; крахмал; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
1. В конические колбы для титрования мерной пипеткой отобрать аликвоты объёмом 5 мл.
2. Добавить 10-15 капель серной кислоты.
3. Разбавить дистиллированной водой до 20-30 мл.
4. Шпателем добавить избыток сухого йодида калия.
5. Поместить колбы на 5 минут в темное место для восстановления меди (II) и образования эквивалентного количества йода.
6. Залить в бюретку тиосульфат натрия, выпустить из носика бюретки воздух и довести уровень раствора до отметки «0».
7. К пробе добавить 5-6 капель крахмала, который служит индикатором на йод.
8. Титровать пробу раствором тиосульфата натрия до исчезновения окраски крахмала.
9. Долить бюретку до нуля и повторить титрование со второй аликвотой.
10. Записать эквивалентные объемы.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер пробы.
Объем аликвоты Va, мл.
Концентрация тиосульфата натрия C(Na2S2O3), экв/л.
Объем тиосульфата натрия, расходованный на титрование:
V1(Na2S2O3), мл;
V2(Na2S2O3), мл;
Vср(Na2S2O3), мл.
Обработка результатов эксперимента
1. Вычислить нормальную концентрацию меди (II) в растворе:
13 EMBED Equation.3 1415, экв/л.
2. Выразить содержание меди (II) в растворе в г/л:
13 EMBED Equation.3 1415.
Лабораторная работа № 5. «Определение содержания кальция и магния в совместном присутствии»
Цель работы: определить содержания кальция и магния в совместном присутствии методом комплексонометрического титрования с трилоном Б.
Сущность работы. Задача определения содержания кальция и магния при их совместном присутствии в растворе возникает при определении жёсткости воды. Её решают трилонометрическим методом. в среде аммиачно-хлоридного буфера (смеси растворов NH4OH и NH4Cl) с «эриохромом чёрным Т» трилон Б взаимодействует с ионами обоих металлов и полученный эквивалентный объём трилона V1 отвечает суммарному содержанию кальция и магния. Затем титрование повторяют в сильнощелочной среде, при рН = 13-14 с «мурексидом». При этом эквивалентный объём V2 отвечает содержанию в пробе только кальция. Содержанию магния соответствует разность полученных эквивалентных объёмов (V = V1 – V2.
Оборудование и реактивы: бюретка объёмом 25 мл; мерная пипетка объёмом 5 мл; коническая колба для титрования объёмом 100-250 мл; химический стакан объемом 50 мл; мерный цилиндр объемом 25-50 мл; трилон Б, 0,05 М раствор; эриохром чёрный Т; мурексид; аммиачно-хлоридный буфер с рН = 9; гидроксид натрия, 1 н. раствор; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
I. Определение общего содержания кальция и магния.
1. в конические колбы отбирать пипеткой аликвоты пробы раствора объёмом 5 мл.
2. К аликвотам добавить по 5 мл аммиачно-хлоридного буфера и дистиллированную воду до объёма 20-30 мл.
3. Залить в бюретку трилон Б, выпустить из носика бюретки воздух и довести уровень раствора до отметки «0».
4. Внести в одну из колб немного сухого индикатора «эриохром чёрный Т».
Индикатор следует добавлять до появления достаточно яркого, но не темного цвета раствора. Избыток индикатора, так же как и его недостаточное количество затрудняет установление точки эквивалентности.
5. Титровать из бюретки трилоном Б до перехода красной окраски в синюю.
Титрование следует вести медленно – примерно 1-2 капли в секунду.
6. Долить бюретку до нуля, добавить индикатор ко второй колбе и оттитровать вторую пробу.
7. Записать значения эквивалентных объёмов V1.
II. Определение содержания кальция.
1. Мерной пипеткой отбрать в конические колбы аликвоты пробы 5 мл.
2. Прилить дистиллированную воду до объёма 20-30 мл.
3. Добавить к пробам по 5 мл раствора щёлочи.
4. Довести в бюретке уровень трилона Б до отметки «0».
5. Внести в одну из колб немного сухого индикатора «мурексид»
6. Титровать трилоном Б до перехода окраски от розовой к сиреневой.
7. Долить бюретку до нуля, добавить индикатор ко второй колбе и оттитровать вторую пробу.
8. Записать эквивалентный объём трилона Б V2.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер пробы.
Объём аликвоты Va, мл.
Концентрация трилона Б C(ТрБ), моль/л.
Объём трилона Б, расходованный на титрование пробы с эриохромом чёрным Т:
V1(ТрБ), мл;
V2(ТрБ), мл;
Vср(ТрБ)1, мл.
Объём трилона Б, расходованный на титрование пробы с мурексидом:
V1(ТрБ), мл;
V2(ТрБ), мл;
Vср(ТрБ)2, мл.
Обработка результатов эксперимента
1. Вычислить общее содержание кальция и магния в растворе (общую жесткость) и выразить ее в экв/л:
13 EMBED Equation.3 1415.
2. Вычислить молярную концентрацию кальция (II) и выразить ее в г/л.
13 EMBED Equation.3 1415, моль/л.
3. Вычислить молярную концентрацию магния (II) в растворе и выразить ее в г/л.:
13 EMBED Equation.3 1415, моль/л.
Лабораторная работа № 6. «Определение содержания цветных металлов трилонометрическим методом»
Цель работы: ознакомление со способом определения в растворах цветных металлов методом трилонометрического титрования.
Сущность работы. В работе определяют концентрации цветных металлов: меди (2+), никеля и цинка в раздельных пробах титрованием с трилоном Б в присутствии индикаторов в щелочной среде.
Оборудование и реактивы: бюретка объёмом 25 мл; мерная пипетка объёмом 5 мл; коническая колба для титрования объёмом 100-250 мл; химический стакан объёмом 50 мл; мерный цилиндр объёмом 25-50 мл; трилон Б, 0,05 М раствор; эриохром черный Т; мурексид; хлорид аммония, 1 М раствор; гидроксид аммония, 1 н. раствор; проба раствора для анализа.
Выполнение работы
Анализ содержания меди
1. Отбрать мерной пипеткой в конические колбы аликвоты объёмом 5 мл.
2. Прилить дистиллированную воду до объёма 20-30 мл.
3. Добавлять по каплям при перемешивании аммиак до получения прозрачного синего раствора.
4. Добавить немного сухого индикатора «мурексид».
5. Титровать раствором трилона Б до перехода окраски индикатора в эквивалентной точке от жёлтой (хаки) к сиренево-фиолетовой.
Анализ содержания кобальта и никеля
1. Отбирать мерной пипеткой в конические колбы аликвоты объёмом 5 мл.
2. Прилиь дистиллированную воду до объёма 20-30 мл.
3. Мерным цилиндром добавить 5 мл раствора хлорида аммония.
4. Добавить немного сухого индикатора «мурексид».
5. Титровать раствором трилона Б до перехода окраски индикатора в эквивалентной точке от жёлтой к фиолетовой.
Жёлтую окраску раствора поддерживают аммиаком: если в процессе титрования раствор краснеет, то добавить несколько капель аммиака.
Анализ содержания цинка
1. Отобрать мерной пипеткой в конические колбы аликвоты объемом 5 мл.
2. Прилить дистиллированную воду до объема 20-30 мл.
3. Мерным цилиндром добавить 5 мл хлорида аммония.
4. Прибавить немного сухого индикатора «эриохром черный Т»
5. Титровать раствором трилона Б до перехода окраски индикатора в эквивалентной точке от красной к синей.
Содержание протокола лабораторной работы
Номер пробы.
Объем аликвоты Va, мл.
Концентрация трилона Б C(ТрБ), моль/л.
Объем трилона Б, расходованный на титрование пробы:
V1(ТрБ), мл; V2(ТрБ), мл; Vср(ТрБ), мл.
Обработка результатов эксперимента
Вычислить молярную концентрацию металла (II) в растворе:
13 EMBED Equation.3 1415, моль/л
и перевести её в г/л.
Задачи для решения
1. Из аликвотной части объёмом 50 мл раствора сульфата алюминия осадили сульфат-ион в виде сульфата бария. Вес сухого осадка равен 0,2640 г. Вычислить концентрацию в г/л и в моль/л сульфат-ионов и сульфата алюминия.
2. Из навески чугунных стружек массой 2,851 г после соответствующей обработки получили 0,0824 г диоксида кремния. Вычислить процентное содержание кремния в чугуне.
3. При анализе навески апатита массой 0,1112 г получили 0,9926 г сухого осадка (NH4)3PO4(12MoO3. Вычислить процентное содержание Р2О5 в апатите.
4. Из навески известняка массой 0,5210 г, после растворения её, соответствующих осаждений и прокаливания, получили 0,2218 г СаО и 0,0146 г Mg2P2O7. Вычислить процентное содержание карбонатов кальция и магния в известняке.
5. Из навески 0,8325 г латуни, состоящей из меди, олова и цинка, при анализе было получено 0,6728 г CuCNS и 0,0423 г SnO2. Вычислить процентный состав латуни.
6. В навеске 0,1341 г сильвинита определяли содержание калия осаждением его в форме KСlO4. Вес сухого осадка равен 0,2206 г. Вычислить процентное содержание хлорида калия в сильвините.
7. При анализе сурьмяного блеска Sb2S3 была взята навеска массой 0,1872 г. Вся сера была переведена в сульфат-ион, который осадили в виде BaSO4, масса которого оказалась равной 0,3243 г. Вычислить процентное содержание Sb2S3 в руде.
8. При анализе навески 0,4620 г пирита получили 1,774 г сульфата бария. При параллельном анализе второй навески 0,4224 г получили 1,6170 г сульфата бария. Каково среднее содержание серы в пирите?
9. Навеску цемента массой 1,8610 г растворили и осадили кальций. Из 250 мл полученного фильтрата отобрали аликвоту объёмом 100 мл и осадили MgNH4PO4. После прокаливания получили весовую форму Mg2P2O7, масса которой была равна 0,2516 г. Вычислить процентное содержание оксида магния в цементе.
10. При определении содержания оксида алюминия в железной руде осаждением AlPO4 вместе с алюминием осаждаются фосфаты титана Ti2P2O9 и циркония ZrP2O7. Вычислить процентное содержание оксида алюминия в руде, если из навески руды массой 0,2430 г получили осадок фосфатов алюминия, титана и циркония общей массой 0,2512 г, а при дальнейшем анализе руды в ней было найдено 2,40 % титана и 0,050 % циркония.
11. При анализе навески фосфорита массой 0,2140 г получено 0,1536 г Mg2P2O7. Вычислить процентное содержание Р2О5 в фосфорите.
12. Навеску стали массой 1,0860 г растворили и осадили диметилглиоксимат никеля. Масса высушенного осадка составила 0,2136 г. Вычислить процентное содержание никеля в стали.
13. Какова молярная концентрация серной кислоты, если на титрование 0,4519 г буры Na2B2O7(10H2O израсходовали 16,43 мл этого раствора?
14. Из 6,2270 г буры Na2B2O7(10H2O приготовили 250 мл раствора. На титрование аликвоты 25 мл этого раствора израсходовали 24,17 мл соляной кислоты. Определить нормальную концентрацию растворов буры и соляной кислоты.
15. Для нейтрализации 20 мл 0,2215 н. раствора соляной кислоты требуется 21,4 мл раствора Ва(ОН)2. На нейтрализацию 25 мл уксусной кислоты требуется 22,55 мл раствора гидроксида бария. Вычислить нормальную концентрацию уксусной кислоты.
16. Рассчитать процентное содержание карбоната натрия в растворе с плотностью 1,05 г/см3, если на титрование аликвоты 20 мл по метиловому оранжевому израсходовали 33,45 мл 0,57 н. раствора соляной кислоты.
17. Рассчитать концентрацию серной кислоты в г/л, если на титрование аликвоты 10 мл израсходовали 20,60 мл 1,01 н. раствора едкого натра. Ответ: 101,95 г/л.
18. Навеску массой 0,5 г смеси карбонатов натрия и калия растворили в мерной колбе на 100 мл. На нейтрализацию аликвоты объёмом 10 мл по метиловому оранжевому израсходовали 3,95 мл 0,2 н. раствора соляной кислоты. Вычислить процентное содержание карбоната натрия в смеси. Ответ: 30,3 %.
19. Навеску массой 4,0 г нитрата аммония растворили в мерной колбе на 500 мл. К аликвоте 25 мл добавили 10 мл раствора формалина. На титрование азотной кислоты, выделившейся при взаимодействии нитрата аммония с формалином, израсходовали 24,25 мл 0,1 н. раствора едкого натра. Влажность нитрата аммония 2,2 %. Вычислить процентное содержание NH4NO3 и азота в нитрате аммония в пересчёте на сухое вещество.
20. На титрование аликвоты ортофосфорной кислоты объёмом 10 мл израсходовали 8,2 мл 0,1 н. раствора щёлочи. Вычислить молярную концентрацию кислоты в пробе, если титрование вели до перехода окраски фенолфталеина из бесцветной в малиновую.
21. На титрование аликвоты серной кислоты объёмом 10 мл израсходовали 13,4 мл 0,1 н. раствора щёлочи. Вычислить молярную концентрацию кислоты.
22. На титрование аликвоты гидроксида бария объёмом 10 мл израсходовали 24,6 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты. Вычислить молярную концентрацию Ba(OH)2.
23. На титрование аликвоты раствора карбоната натрия объёмом 10 мл израсходовали 14,2 мл 0,1 н. раствора серной кислоты. Вычислить нормальную и молярную концентрации карбоната натрия, если титрование вели до обесцвечивания розовой окраски фенолфталеина.
24. На титрование аликвоты раствора сульфата никеля (II) объемом 10 мл израсходовали 12,4 мл 0,05 М раствора трилона Б. Вычислить нормальную концентрацию сульфата никеля.
25. Сколько миллилитров раствора трилона Б с концентрацией 0,05 М будет израсходовано на титрование аликвоты объемом 10 мл раствора с концентрацией по сульфату цинка 0,14 н. и по хлориду меди (II) 0,08 М?
Литература
Основная
1. Золотов Ю.А. и др. Основы аналитической химии в 2-х книгах. Книга 2. Методы химического анализа. М.: Высшая Школа, 2004 г.
2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 2005.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. М.: Дрофа, 2004.
4. Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум. М.: Дрофа, 2004.
5. Неорганическая химия. Растворы. Сборник задач. Ред. Дибров И.А. СПб: Изд-во СПГГИ, 2007.
6. Краткий справочник физико-химических величин. Издание 9. ред. Равдель А.А., Пономарева А.М. СПб.: Специальная литература, 2003.
Дополнительная
7. Аналитическая химия. Химические методы анализа. Ред. Петрухин О.М. М.: Химия, 1993.
8. Практикум по физико-химическим методам анализа. Ред. Петрухин О.М. М.: Химия, 1987.
9. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. М.: Химия, 1990.

Содержание
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc261336985" 14Введение 13 PAGEREF _Toc261336985 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc261336986" 14Краткие теоретические сведения 13 PAGEREF _Toc261336986 \h 14Ошибка! Закладка не определена.1515
13 LINK \l "_Toc261336987" 14Весовой (гравиметрический) анализ 13 PAGEREF _Toc261336987 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc261336988" 14Метод отгонки 13 PAGEREF _Toc261336988 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc261336989" 14Метод выделения 13 PAGEREF _Toc261336989 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc261336990" 14Метод осаждения 13 PAGEREF _Toc261336990 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc261336991" 14Расчёты в гравиметрическом анализе 13 PAGEREF _Toc261336991 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc261336992" 14Объёмный (титриметрический) анализ 13 PAGEREF _Toc261336992 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc261336993" 14Понятия, применяемые для обработки результатов титрования 13 PAGEREF _Toc261336993 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc261336994" 14Расчеты в титриметрическом анализе 13 PAGEREF _Toc261336994 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc261336995" 14Кислотно-основное титрование 13 PAGEREF _Toc261336995 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc261336996" 14Окислительно-восстановительное титрование 13 PAGEREF _Toc261336996 \h 14351515
13 LINK \l "_Toc261336997" 14Комплексонометрия 13 PAGEREF _Toc261336997 \h 14361515
13 LINK \l "_Toc261336998" 14Некоторые правила записи результатов анализа 13 PAGEREF _Toc261336998 \h 14371515
13 LINK \l "_Toc261336999" 14Содержание отчёта 13 PAGEREF _Toc261336999 \h 14381515
13 LINK \l "_Toc261337000" 14Лабораторный практикум 13 PAGEREF _Toc261337000 \h 14391515
13 LINK \l "_Toc261337001" 14Лабораторная работа № 1 «Определение содержания железа весовым методом» 13 PAGEREF _Toc261337001 \h 14391515
13 LINK \l "_Toc261337002" 14Лабораторная работа № 2. «Определение содержания соды в присутствии щёлочи» 13 PAGEREF _Toc261337002 \h 14401515
13 LINK \l "_Toc261337003" 14Лабораторная работа № 3. «Перманганатометрическое определение содержания железа (2+)» 13 PAGEREF _Toc261337003 \h 14421515
13 LINK \l "_Toc261337004" 14Лабораторная работа № 4. «Йодометрическое определение содержания меди» 13 PAGEREF _Toc261337004 \h 14441515
13 LINK \l "_Toc261337005" 14Лабораторная работа № 5. «Определение содержания кальция и магния в совместном присутствии» 13 PAGEREF _Toc261337005 \h 14451515
13 LINK \l "_Toc261337006" 14Лабораторная работа № 6. «Определение содержания цветных металлов трилонометрическим методом» 13 PAGEREF _Toc261337006 \h 14481515
13 LINK \l "_Toc261337007" 14Задачи для решения 13 PAGEREF _Toc261337007 \h 14501515
13 LINK \l "_Toc261337008" 14Литература 13 PAGEREF _Toc261337008 \h 14521515
15








13PAGE 14115


13 PAGE 14915



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native)Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 5243188
    Размер файла: 672 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий