Химические методы количественного анализа

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Н. А. Коваленко, Г. Н. Супиченко

Коваленко, Н. А.

К56 Химические методы количественного анализа: учебно-методическое пособие для студентов специальности 1-47 02 01 «Технология полиграфического поизводства»/ Н. А. Коваленко, Г. Н. Супиченко. – Мн. : БГТУ, 2007. – 90 с.

ISBN 978-985-434-713-4.

Предлагаемое пособие содержит описание лабораторных работ по количественному химическому анализу, краткие теоретические введения по основным темам, правила и приемы работы в аналитической лаборатории. Для организации самостоятельной работы приведены программы коллоквиумов и индивидуальные задания. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Технология полиграфического поизводства» и «Химическая технология переработки древесины».

УДК 543.062

ББК 24.4

«Белорусский государственный

технологический университет», 2007

©Коваленко Н. А.

Супиченко Г. Н.,

ISBN 978-985-434-713-4 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

Аналитическая химия, являясь фундаментальной наукой, имеет большое практическое значение, поскольку без данных химического анализа о содержании основных и примесных компонентов в сырье, полупродуктах или конечных продуктах производства невозможна правильная организация технологического процесса. Одним из разделов аналитической химии являются химические методы анализа, основанные на использовании реакций нейтрализации, окисления-восстановления, осаждения и комплексообразования.

Задачей данного пособия является осмысленное усвоение студентами теоретического материала по химическим методам количественного анализа, приобретение умений и навыков экспериментальной работы. Выполнение лабораторного практикума по количественному анализу способствует воспитанию у студентов четкости, собранности, внимания и предельной аккуратности.

Пособие охватывает основные разделы курса «Аналитическая химия» и содержит описание лабораторных работ по количественному химическому анализу. В нем изложены общие правила работы в лаборатории и технике безопасности, основные правила работы с химической посудой и реактивами, а также приемы основных химико-аналитических операций. Большинство лабораторных работ имеет краткие теоретические вступления, позволяющие осмысленно провести количественные определения. Выбор лабораторных работ был проведен с учетом будущей специализации студентов «Химическая технология переработки древесины» и «Технология полиграфического производства».

Для приобретения студентами навыков расчетов, относящихся к химическим методам анализа, в пособие включены индивидуальные задания для самоподготовки и приведены подробные решения типовых задач по основным разделам курса. В комплексе с описанием лабораторных работ в пособии приведены планы коллоквиумов для самоподготовки и примеры составления отчетов по результатам гравиметрических и титриметрических определений.

При составлении пособия использован многолетний опыт и традиции кафедры аналитической химии и учтены замечания и пожелания коллег по работе и студентов.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

НА КАФЕДРЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Требования безопасности при выполнении лабораторных работ

1. К работе в лаборатории допускаются студенты только после инструктажа преподавателем по вопросам охраны труда и росписи об этом в соответствующем журнале.

2. Все присутствующие должны работать в халатах для предотвращения попадания химических веществ на одежду и открытые поверхности тела.

3. Все присутствующие должны соблюдать дисциплину. Категорически запрещено курение, употребление пищи и напитков.

4. При работе необходимо соблюдать чистоту и порядок как на своем рабочем месте, так и в вытяжных шкафах. Пролитые или просыпанные реактивы, а также разбитую посуду на рабочих местах или на полу необходимо немедленно убрать.

5. Все работы, связанные с выделением вредных или пожароопасных паров или газов, следует проводить в вытяжных шкафах.

6. Нельзя пользоваться надбитой или треснувшей посудой.

7. Во избежание попадания на лицо брызг кипящей жидкости нельзя наклоняться над сосудом.

8. При разбавлении концентрированных кислот необходимо вливать кислоту в воду.

9. Химический стакан с горячей жидкостью переносится двумя руками после обертывания его полотенцем, не прижимая к себе.

10. Нельзя набирать растворы в пипетку ртом. Для этой цели следует применять резиновую грушу.

11. Остатки и отходы растворов перед сливом в канализацию необходимо нейтрализовать.

12. Нельзя использовать вещества и растворы из посуды без этикеток и надписей.

13. Реактивы общего пользования, находящиеся в вытяжном шкафу, нельзя уносить на свои рабочие места.

14. Запрещается использовать неисправные электроприборы (повреждена изоляция проводов, выключатели, розетки и т. д.).

15. Запрещается оставлять без присмотра включенные в сеть электронагревательные и другие приборы.

16. По окончании работы необходимо отключить электрооборудование, вымыть посуду и убрать свое рабочее место.

Первая помощь при несчастных случаях

В лаборатории бывают случаи, требующие неотложной медицинской помощи – порезы рук стеклом, ожоги горячими предметами, кислотами, щелочами. В особо… Для оказания помощи в лабораториях имеется аптечка. Основные правила первой… 1. При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором иода и перевяжите бинтом.

Организация лабораторных занятий

Лабораторные работы по количественному химическому анализу выполняются индивидуально. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, которые:

P составили письменные отчеты и защитили ранее выполненные работы;

P прошли инструктаж по технике выполнения лабораторной работы;

P сдали допуск по теоретическим вопросам (устное собеседование с преподавателем).

Студенты, не оформившие отчеты и не защитившие более двух работ, не допускаются к выполнению последующих лабораторных работ.

Лабораторные работы считаются выполненными успешно, если полученный студентом результат в пределах допустимой погрешности совпадает с истинным значением.

После выполнения каждого цикла работ проводится проверка усвоения теоретического материала – коллоквиум. К сдаче коллоквиума допускаются студенты, которые выполнили все лабораторные работы цикла, сдали и защитили индивидуальное задание по соответствующему разделу. Студенты, не сдавшие коллоквиум по предыдущему разделу, к выполнению последующих лабораторных работ не допускаются.

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

2.1. Основные положения

Сущность гравиметрии заключается в точном измерении массы определяемого компонента, выделенного в свободном состоянии или в виде соединения определенного состава. Наибольшее распространение в аналитической практике получила гравиметрия по методу осаждения. В методе осаждения определяемый компонент выделяют в виде малорастворимого соединения, которое после соответствующей обработки (фильтрование, промывание, высушивание или прокаливание) взвешивают.

Процесс образования осадков протекает в несколько стадий. При этом различают три параллельно протекающих процесса:

ü образование центров кристаллизации (первичных кристаллов);

ü рост кристаллов;

ü агрегация кристаллов.

Число и размер частиц осадка зависят от соотношения скорости образования центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Скорости обоих процессов определяются величиной относительного пересыщения Q:

Q = (С – S)/S,

где С – концентрация осаждаемого вещества в растворе, получаемая в момент внесения осадителя; S – растворимость.

При небольшом значении Q преимущественно происходит рост кристаллов и образуются крупнокристаллические осадки. Поэтому для получения крупнокристаллических осадков увеличивают растворимость S (повышение температуры растворов) или уменьшают концентрацию С (разбавление растворов, медленное добавление осадителя, перемешивание растворов). С увеличением относительного пересыщения процесс образования центров кристаллизации подавляет рост кристаллов, в результате чего образуется мелкодисперсный осадок. При выдерживании кристаллического осадка в контакте с маточным раствором происходит процесс старения (созревания) осадка, заключающийся в растворении мелких кристаллов и упорядочении роста крупных кристаллов.

С учетом механизма образования необходимо соблюдать оптимальные условия осаждения кристаллических осадков:

1) проводить осаждение из разбавленных растворов;

2) осадитель добавлять медленно, по каплям (особенно в начале осаждения), при интенсивном перемешивании;

3) проводить осаждение из горячих растворов;

4) оставлять осадок на «старение».

Образование аморфных осадков происходит в том случае, если растворимость осадков очень мала. При добавлении небольших количеств осадителя в системе образуются коллоидные растворы – диспергированные в растворе твердые частицы осаждаемого вещества размером 10^–5 – 10^–7 см. После образования твердой частицы осадка на ее поверхности адсорбируются ионы, входящие в состав малорастворимого соединения (первичный адсорбционный слой). В результате коллоидная частица приобретает положительный или отрицательный заряд. Под действием электростатических сил вокруг такой заряженной частицы образуется слой противоионов, часть которых прочно связана с первичным адсорбционным слоем, а часть находится в диффузном слое. Благодаря наличию двойного электрического слоя (первичного адсорбционного и противоионов) коллоидные частицы отталкиваются друг от друга. Другим фактором устойчивости коллоидных систем является сольватация, т. е. адсорбция молекул растворителя на поверхности коллоидных частиц.

Наличие двойного электрического слоя и сольватных оболочек препятствует процессу коагуляции – соединению коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадению осадка. Коагуляции способствуют:

ü добавление сильных электролитов;

ü механическое воздействие (перемешивание, ультразвук);

ü воздействие электрического поля;

ü нагревание.

Роль перечисленных факторов заключается в разрушении сольватных оболочек и двойного электрического слоя вокруг частиц осадка. С учетом вышесказанного определены оптимальные условия осаждения аморфных осадков:

1) осаждать из концентрированных растворов концентрированным раствором осадителя;

2) осаждать из горячих растворов;

3) осаждать в присутствии электролита-коагулянта (лучше использовать летучие соли аммония);

4) осадитель добавлять быстро;

5) не оставлять на «старение» (во избежание загрязнения посторонними ионами за счет высокой удельной поверхности).

Для уменьшения адсорбированных примесей осадки промывают, используя промывные жидкости. В зависимости от природы образующегося осадка в состав промывных жидкостей должны входить:

ü электролиты-коагулянты (для аморфных осадков);

ü электролиты, содержащие одноименные с осадком ионы (для кристаллических осадков).

Результаты гравиметрических определений чаще всего выражают как массу определяемого компонента или его массовую долю в навеске анализируемого объекта. Для пересчета массы гравиметрической формы в массу орпделяемого компонента используют гравиметрический фактор (F):

Если гравиметрической формой является Fe₂O₃, то для расчета массы железа (III) следует использовать

2.2. Техника выполнения основных операций

Осаждение.Проводят для выделения определяемого компонента из раствора в виде малорастворимого соединения. Осаждение считают количественным, если остаточная концентрация осаждаемого иона не превышает 10^–6 моль/л.

Анализируемый раствор помещают в термостойкий стакан вместимостью 150–200 мл. В стакане находится палочка с резиновым наконечником, которую не вынимают из стакана до стадии фильтрования. Содержимое стакана нагревают, но не кипятят во избежание потерь за счет разбрызгивания раствора. Осадитель приливают по палочке и непрерывно перемешивают раствор после добавления каждой порции осадителя. Полноту осаждения проверяют, добавляя к раствору над осадком несколько капель осадителя. Если полнота осаждения достигнута, раствор над осадком остается прозрачным. При появлении мути следует добавить еще немного осадителя и вновь проверить полноту осаждения.

Фильтрование и промывание осадка.Проводят для отделения осадка от фильтрата и очистки осадка от примесных ионов.

Для отделения осадка от фильтрата используют фильтрующие тигли или бумажные фильтры. В гравиметрии для фильтрования применяют беззольные фильтры, масса золы которых после сжигания мала и указана на упаковке.

В зависимости от природы фильтруемого осадка используют фильтры различной пористости (табл. 2.1). Размер фильтра определяется объемом осадка, который должен занимать не более половины сложенного конусом фильтра.

Таблица 2.1. Виды фильтров, используемых в гравиметрии

Вид фильтра	Назначение
«Синяя лента»	Наиболее плотные; для фильтрования мелкокристаллических осадков (например, BaSO₄)
«Белая лента»	Средней плотности; для фильтрования осадков средней дисперсности (например, CaC₂O₄ · H₂O)
«Красная» или «черная лента»	Наименее плотные; для фильтрования крупнокристаллических и аморфных осадков (например, Fe(OH)₃)

Перед началом фильтрования подходящий по пористости и размеру фильтр складывают, помещают в воронку и разворачивают таким образом, чтобы образовался конус (рис. 2.1). Фильтр смачивают дистиллированной водой и плотно прижимают его к стенкам воронки. Край фильтра должен находиться ниже края воронки на 5–8 мм. Воронку с фильтром помещают в кольцо штатива так, чтобы носик воронки был на 5–10 мм ниже верхнего края стакана, в который собирают фильтрат и промывные воды, и касался внутренней поверхности стакана.

Фильтрование проводят методом декантации. При этом способе фильтрования осадок должен оставаться на дне стакана. Стакан с осадком подносят к воронке, вынимают палочку и помещают ее почти вертикально над воронкой ближе к той части фильтра, где он сложен втрое (рис. 2.1, д). При этом палочка не должна касаться фильтра. Проводя носиком стакана по палочке, наклоняют стакан над воронкой и сливают (декантируют) жидкость на фильтр. Уровень жидкости должен находиться на 4–5 мм ниже края фильтра. В противном случае часть осадка может подняться выше уровня фильтра и перейти через край. Если жидкость проходит сквозь фильтр медленно, стакан приводят в вертикальное положение, проводя его носиком по палочке. Палочку помещают в стакан, стараясь не взмутить осадок, и ставят стакан с осадком на стол.

Рис. 2.1. Складывание фильтра (а–г) и фильтрование (д)

Далее приступают к промывке осадка методом декантации. Порцию промывной жидкости наливают в стакан с осадком, перемешивают палочкой и после отстаивания сливают прозрачную жидкость на фильтр. При этом осадок должен остаться в стакане. При декантации частицы осадка промываются эффективнее, чем на фильтре, где осадок слеживается более или менее плотной массой.

Полноту отмывки осадка от примесных ионов проверяют, используя чувствительную качественную реакцию этих ионов с подходящим реагентом. Операцию повторяют до отрицательной реакции на отмываемые ионы в промывных водах.

Операция фильтрования и промывания осадка должна быть проведена в один прием без перерывов. В противном случае осадок подсыхает, слипается в плотную массу и после этого его почти невозможно полностью промыть.

Затем отмытый осадок количественно переносят на фильтр. С помощью небольших порций промывной жидкости взмучивают осадок и полученную жидкость переливают по палочке на фильтр. Ополаскивают палочку промывной жидкостью над стаканом, протирают ее и стенки стакана кусочком беззольного фильтра (»фильтра) и присоединяют этот кусочек к осадку на фильтре.

После этого с помощью резинового наконечника палочки загибают края фильтра так, чтобы осадок был полностью закрыт.

Озоление и прокаливание. Закрытый конус с осадком извлекают из воронки, помещают в фарфоровый тигель и озоляют на электрической плитке или на краю муфельной печи при открытой дверце. При этом фильтр превращается в золу, минуя стадию горения. После озоления тигель помещают вглубь муфельной печи, закрывают дверцу и прокаливают.

После прокаливания тигель переносят в эксикатор для охлаждения. После охлаждения до комнатной температуры тигель с осадком взвешивают на аналитических весах. Результат взвешивания записывают в рабочий журнал. Затем тигель снова прокаливают, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Между прокаливаниями тигель должен находиться в эксикаторе во избежание контактов осадка с воздухом.

Эксикатор – сосуд из толстостенного стекла с пришлифованной крышкой, на дне которого находятся вещества, поглощающие водяные пары и оксид углерода (IV). При работе с эксикатором необходимо помнить, что его крышку не приподнимают, а сдвигают в сторону (рис. 2.2, а). Переносить эксикатор следует придерживая большими пальцами обеих рук его крышку (рис. 2.2, б). Если в эксикатор поместить горячий тигель и сразу же закрыть крышкой, то расширившийся от нагревания воздух может приподнять крышку и даже сбросить ее. Поэтому крышку следует придерживать рукой и время от времени сдвигать ее вбок на долю секунды для выпускания воздуха.

Операцию прокаливания повторяют до тех пор, пока результаты двух последних взвешиваний не будут различаться более чем на 0,0001–0,0002 г (прокаливание до постоянной массы).

По достижении постоянной массы осадок высыпают из тигля, стенки его протирают фильтровальной бумагой и взвешивают пустой тигель. По разнице двух последних взвешиваний определяют массу гравиметрической формы.


а	б

Рис. 2.2. Эксикатор (а), перенос эксикатора (б)

Зная массу гравиметрической формы и значение гравиметрического фактора в данном определении, рассчитывают содержание определяемого компонента в анализируемом образце.

Взвешивание.Весы предназначены для измерения массы веществ. В зависимости от требуемой точности в лабораториях используют технические (технохимические) или аналитические весы. Погрешность взвешивания технических весов составляет ±0,01 г. У аналитических весов погрешность взвешивания составляет ±0,0001 г. К весам прилагается набор гирь, помещенных в футляр, – разновес. Масса гирь-разновесок обозначена цифрами на каждой гирьке.

При взвешивании на аналитических весах следует соблюдать следующие правила.

1. Не нагружать весы выше предельной нагрузки.

2. Не ставить на чашку весов теплые или очень холодные предметы. Взвешиваемый предмет должен быть охлажден или нагрет до температуры весов.

3. Прежде чем ставить предмет на чашку весов, необходимо осмотреть, нет ли загрязнений на его внешней поверхности.

4. Дверцы весов во время взвешивания должны быть закрыты.

5. Гири разновеса необходимо брать только пинцетом.

6. Взвешиваемый предмет и гири можно ставить и снимать с чашек весов только при закрытом арретире.

7. Ручку арретира надо вращать медленно и осторожно.

8. Гири разновеса могут находиться только либо в своих гнездах, либо на правой чашке весов.

9. Каждый анализ или группу связанных между собой анализов необходимо проводить на одних и тех же весах и с одним и тем же разновесом.

10. В случае несправности весов следует обращаться к преподавателю.

2.3. Практические работы

Лабораторная работа № 1

Определение содержания железа (III)

в растворе

Цель работы – определить массу железа (III) или соли Fe₂(SO₄)₃· 6H₂O (г) в пробе.

Сущность работы. В основе определения лежит реакция осаждения железа (III) раствором NH₄OH:

Fe³⁺ + 3NH₄OH®Fe(OH)₃¯ + 3NH₄⁺.

Выделившийся осадок Fe(OH)₃ из-за низкой растворимости (ПР = 3,2 ^. 10^–28) является аморфным. Поэтому следует строго соблюдать оптимальные условия осаждения аморфных осадков – вести осаждение из концентрированных и горячих растворов в присутствии электролита-коагулянта. Электролит-коагулянт NH₄NO₃ образуется в системе в результате взаимодействия раствора осадителя NH₄OH и 2 н. HNO₃, которую добавляют с целью окисления примесных ионов Fe²⁺ в Fe³⁺ и предотвращения гидролиза железа (III). Для очистки осадка от адсорбированных примесей и во избежание пептизации осадок промывают горячим раствором NH₄NO₃.

Полученный осадок прокаливают в муфельной печи при температуре t = 800–900°C до постоянной массы. При этом осаждаемая форма Fe(OH)₃ превращается в гравиметрическую форму Fe₂O₃:

2Fe(OH)₃ ® Fe₂O₃ + 3H₂O.

Следует избегать длительного прокаливания, чтобы не произошло частичное восстановление Fe₂O₃ до Fe₃O₄.

Приборы и посуда: технические и аналитические весы, электрическая плитка, муфельная печь, конические колбы, стакан, пробирка, стеклянная палочка с резиновым наконечником, штатив с кольцом, воронка, мерный цилиндр, беззольный фильтр «белая лента».

Реактивы: 10%-ный раствор NH₄OH, 2%-ный раствор NH₄NO₃, 2 н. раствор HNO₃, 2 н. раствор BaCl₂.

Выполнение работы.

1. В стакан с анализируемым раствором по палочке добавляют 2–3 мл 2 н. HNO₃ (объем отмеривают цилиндром).

2. Раствор нагревают на плитке до 70–80°С (появление капель конденсата на стенках стакана).

3. К горячему раствору при перемешивании по палочке добавляют 10%-ный раствор NH₄OH до появления явного запаха аммиака. При этом в стакане образуется бурый осадок Fe(OH)₃.

4. В стакан с осадком добавляют 50–70 мл горячей дистиллированной воды и дают осадку отстояться.

5. Проверяют полноту осаждения железа (III), добавляя по палочке к прозрачной жидкости над осадком небольшое количество раствора NH₄OH.

6. После выдерживания в течение 5 мин фильтруют содержимое стакана через бумажный фильтр «белая лента» методом декантации.

7. Осадок в стакане многократно промывают горячим раствором NH₄NO₃ от адсорбированных ионов SO₄^2–. Для проверки полноты удаления SO₄^2–-ионов используют качественную реакцию сульфат-ионов с BaCl₂. Промывку осадка методом декантации ведут до отрицательной реакции на ионы SO₄^2–в промывных водах.

8. Затем осадок с помощью небольших порций 2%-ного раствора NH₄NO₃ количественно переносят в воронку с фильтром. Кусочком беззольного фильтра протирают палочку, стенки и дно стакана и присоединяют этот кусочек к основному осадку.

9. Фильтр с осадком достают из воронки, загибают его края и конусом вверх помещают в фарфоровый тигель, предварительно записав номер тигля.

10. Фильтр обугливают, озоляют и прокаливают при температуре 800–900°С в муфельной печи до постоянной массы. При проведении озоления фильтр не должен гореть, поскольку в пламени возможен частичный переход Fe₂O₃ до Fe₃O₄.

11. После прокаливания тигель охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают на аналитических весах. Результаты каждого взвешивания обязательно записывают в журнал. Прокаливание проводят до тех пор, пока разница результатов последнего и предпоследнего взвешиваний превышает 2 · 10^–4 г (прокаливание до достижения постоянной массы).

12. По достижении постоянной массы осадок из тигля высыпают, протирают его стенки фильтровальной бумагой и взвешивают пустой тигель на аналитических весах с тем же разновесом. По разности масс тигля с осадком и пустого тигля определяют массу гравиметрической формы. Используя справочное значение гравиметрического фактора (F = 0,6994), рассчитывают содержание железа (III) в растворе.

2.4. Типовые расчеты в гравиметрии

2.4.1. Примеры решения типовых задач.

Количественное осаждение ионов. Для решения задач необходимо записать уравнение диссоциации малорастворимого соединения и правило произведения растворимости (ПР) для него. Принято считать осаждение количественным, если остаточная концентрация осаждаемого иона не превышает 1 ∙ 10^–6 моль/л.

Пример. Какой должна быть концентрация ионов OH^–, чтобы осадить количественно Mg²⁺ в виде Mg(OH)₂?

Решение.

Mg(OH)₂ D Mg²⁺ + 2 OH^–

ПР = [Mg²⁺] ∙ [OH^–]² [Mg²⁺] £ 1 ∙ 10^–6 моль/л.

= 6 ∙ 10^–4

[OH^–]= 2,45 ∙ 10^–2 моль/л.

Потери при промывании осадка. Для этого типа расчетов записывают уравнение равновесия для малорастворимого соединения и его диссоциацию в промывной жидкости. Выбор дальнейшего решения зависит от присутствия в промывной жидкости одноименных с осадком ионов или разноименных. В первом случае в выражение для ПР подставляют значения суммарной концентрации одноименных ионов. Во втором – рассматривают влияние «солевого эффекта».

Пример. Сколько граммов фторида кальция растворится при промывании его: а) 250 мл 4%-ного раствора нитрата кальция; б) 250 мл раствора, содержащего 0,05 г NaCl?

Решение.

a) Исходя из равновесия в системе осадок-раствор, выразим равновесные концентрации ионов через молярную растворимость S:

S S 2S

CaF₂ D Ca²⁺ + 2 F^–

Запишем выражение ПР.

ПР = [Ca²⁺] ∙ [F^–]²

Промывная жидкость содержит нитрат кальция, который диссоциирует c образованием одноименных с осадком ионов Са²⁺:

Ca(NO₃)₂ → Ca²⁺ + 2 NO₃^–

При условии, что плотность растворов (ρ) с концентрацией менее 5% равна 1 г/мл, найдем массу растворенного вещества:

m(Ca(NO₃)₂) = V_р-ра ∙ ρ ∙ ω = 250 ∙ 1 ∙ 0,04 = 10,0 г.

Тогда концентрация Са²⁺ в растворе Ca(NO₃)₂:

С (Са²⁺) = С (Ca(NO₃)₂) =

С (Са²⁺) = = 0,2438 моль/л.

Общая концентрация ионов Са²⁺ в растворе выражается:

С (Са²⁺) = (0,2438 + S) моль/л.

В правило ПР подставим значения равновесных концентраций:

ПР = (0,2438 + S) ∙ (2S)².

Так как величина S << 0,2438, то выражение ПР упрощается:

ПР = (0,2438) ∙ (2S)² = 0,9751 ∙ S²;

S = = 6,4 10^–6 моль/л.

Для расчета массы растворившегося CaF₂ воспользуемся формулой

m(CaF₂) = S ∙ M_r(CaF₂) ∙ V_р_-ра

m(CaF₂) = 6,4 10^–6 ∙ 78,080 ∙ 0,25 =1,25 10^–4 г.

б) Растворимость фторида кальция в растворе хлорида натрия рассчитаем с учетом «солевого эффекта».

CaF₂ D Ca²⁺ + 2 F^–

ПР = а(Ca²⁺) ∙ а²(F^–) = С(Сa²⁺) ∙ f(Сa²⁺) ∙ C ²(F^–) ∙ f ²(F^–).

Предположим, что С (Сa²⁺) = S, тогда С (F^–) = 2S.

ПР = 4S ³ ∙ f(Сa²⁺) ∙ f ²(F^–)

Для расчета коэффициентов активности f(Сa²⁺) и f(F^–) определим концентрацию NaCl и ионную силу раствора:

С (NaCl) = = = 3,42 ∙ 10^–3 моль/л.

Ионная сила раствора будет определяться концентрацией сильного электролита NaCl (вкладом ионов CaF₂ можно пренебречь):

NaCl → Na⁺ + Cl^–

= (3,42 ∙ 10^–3 ∙ 1 + 3,42 ∙ 10^–3 ∙ 1) = 3,42 ∙ 10^–3моль/л.

Так как μ < 0,01, то значения f(Сa²⁺) и f(F^–) рассчитываем по формуле:

lg f(Сa²⁺) = – 0,5 ∙ 2² ∙ = – 0,117, f = 0,76.

lg f(F^–) = – 0,5 ∙ 1² ∙ = – 0,029, f = 0,93.

Рассчитаем растворимость осадка CaF₂ в растворе NaCl:

S = = = 3,92 ∙ 10^–4 моль/л

m(CaF₂) = 3,92 ∙ 10^–4 ∙ 78,080 ∙ 0,25 = 7,65 ∙ 10^–3 г.

Расчет количества осадителя. Для решения задачи необходимо записать уравнение реакции осаждения. В соответствии со стехиометрией реакции рассчитывается необходимое количество осадителя. Особенностью при решении этого типа задач является увеличение полученного результата в 1,5 – 2 раза (для нелетучих осадителей) или в 3 раза (для летучих осадителей), так как небольшой избыток осадителя способствует практически полному осаждению.

Пример. Какой объем 10%-ного раствора аммиака потребуется для практически полного осаждения никеля из 16,0 г руды, содержащей 1,5% оксида никеля?

Решение. Рассчитываем массу NiO в руде:

m(NiO) = 16,0 ∙ 0,015 = 0,240 г.

Массу NH₄OH вычисляем по следующей схеме:

NiO → Ni²⁺→ Ni(OH)₂↓

Осаждение Ni²⁺ аммиаком соответствует уравнению

Ni²⁺ + 2 NH₄OH = Ni(OH)₂↓

ν (NH₄OH) = 2 ν (Ni²⁺) = 2 ν (NiO)

Массу NH₄OH рассчитаем по следующей формуле:

m(NH₄OH) =

m(NH₄OH) = = 0,2252 г.

Найдем массу 10%-ного раствора NH₄OH:

m(р-ра) = = = 2,252 г.

Определив по справочнику плотность 10%-ного раствора – 0,958 г/мл, рассчитаем его объем:

V = = 2,35 мл.

Для практически полного осаждения необходим 1,5–2-кратный (для нелетучих осадителей) или 3-кратный избыток осадителя (для летучих осадителей), то есть:

V = 2,35 ∙ 3 = 7,05 мл.

Расчет результатов анализа. Для решения задачи необходимо записать схему процесса, проставить стехиометрические коэффициенты и использовать гравиметрический фактор.

Пример. Навеску соли, содержащей Al(NO₃)₃, массой 0,5268 г растворили в воде и разбавили до 50,0 мл. Затем осадили алюминий, используя таннин (С₇₆Н₅₂О₄₆), и прокалили осадок до Аl₂O₃, масса которого оказалась равной 0,3060 г. Вычислить массовую долю (%) Al в соли.

Решение. Запишем схему процесса и установим стехиометрические коэффициенты:

2 Al(NO₃)₃ → Аl₂O₃ → 2Аl

Вычислим массу Al, используя формулу:

m(Al) = m(Аl₂O₃) ∙ F,

где F – гравиметрический фактор, равный:

F = .

Значение гравиметрического фактора можно взять из справочника или рассчитать (F = 0,5293).

m(Al) = 0,3060 ∙ 0,5293 = 0,1620 г,

ω = = 30,74%.

2.4.2. Индивидуальные задания для самоподготовки.

Количественное осаждение ионов.Какой должна быть концентрацияионов Б,чтобы осадитьколичественноионы А в видевещества С? Исходные данные приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Условия задач по количественному осаждению ионов

№	Ион А	Ион Б	Вещество С
	Pb²⁺	SO₄^2–	PbSO₄
	Ca²⁺	C₂O₄^2–	CaC₂O₄
	Ag⁺	Cl^–	AgCl
	Ba²⁺	CrO₄^2–	BaCrO₄
	Pb²⁺	Cl^–	PbCl₂
	Ba²⁺	C₂O₄^2–	BaC₂O₄
	Sr²⁺	SO₄^2–	SrSO₄
	Pb²⁺	J^–	PbJ₂
	Ag⁺	Br^–	AgBr
	Zn²⁺	CO₃^2–	ZnCO₃
	Sr²⁺	F^–	SrF₂
	Fe³⁺	OH^–	Fe(OH)₃
	Al³⁺	OH^–	Al(OH)₃
	Ba²⁺	SO₄^2–	BaSO₄
	Ni²⁺	OH^–	Ni(OH)₂
	Pb²⁺	C₂O₄^2–	PbC₂O₄

Потери при промывании осадка.

2. Сколько граммов Al(OH)3 растворится при промывании этого осадка 100 мл воды, содержащей 0,3г NH4NO3? 3. Какова должна быть концентрация (моль/л) NH4Cl в промывной жидкости, чтобы… 4. Сколько граммов Fe(OH)3 растворится при промывании этого осадка 250 мл воды, содержащей 0,1г NH4NO3?

Расчет результатов анализа.

2. Вычислить массовую долю (%) FeO в образце технического железного купороса, если из навески массой 0,8700 г в результате анализа получили 0,1945 г… 3. Из навески технического сульфида натрия массой 0,4500 г после окисления… 4. Из навески криолита массой 0,5452 г получили 0,0908 г Al2O3. Вычислить массовую долю (%) Na3AlF6 в криолите.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Основные положения

Титриметрические методы анализа основаны на точном измерении объема стандартного раствора реагента R (титранта), израсходованного на реакцию с… Основной операцией метода является титрование – процесс постепенного прибавления небольших количеств титранта R к…

Мерная химическая посуда.

При выполнении титриметрических определений измерение объемов стандартных или анализируемых растворов проводят с помощью точной мерной посуды: ü мерные колбы; ü пипетки;

Приготовление стандартных растворов.

Различают первичные и вторичные стандартные растворы. Первичные стандартные растворы готовят: ü растворением точной навески установочного вещества (марка х. ч или ч.… m(X) = C (X) · V (X) · Mr (X);

Взятие точной навески.

При приготовлении первичных стандартных растворов или растворов анализируемых веществ используют следующие два метода взятия точной навески. 1. На технических весах взвешивают пустой тигель, добавляют рассчитанное… 2. Взвешивают на технических весах пустой тигель, переносят его на аналитические весы и снова взвешивают. Затем…

Титрование.

Проводится с целью точного измерения объема стандартного раствора, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Перед началом титрования необходимо подготовить лабораторную посуду следующим… ü бюретку – вымыть, ополоснуть дистиллированной водой, а затем раствором титранта;

МЕТОД КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ

(метод нейтрализации)

Основные положения

К методу кислотно-основного титрования относят все титриметрические определения, в основе которых лежит реакция:

Практические работы

Лабораторная работа № 2

Приготовление и стандартизация рабочего раствора HCl

Цель работы – приготовление 0,1 н. раствора НСl путем разбавления более концентрированного раствора и установление точной концентрации… Сущность работы. Точную концентрацию раствора НСl устанавливают по результатам… Na2B4O7 + 2 НСl + 5H2O = 2NaСl + 4H3BO3

Лабораторная работа № 3

Приготовление и стандартизация рабочего раствора NaOH

Цель работы – приготовление 0,1 н. раствора NaOH путем разбавления более концентрированного раствора и установление точной концентрации… Сущность работы. Для установления точной концентрации раствора NaOH используют… H2C2O4 + 2 NaOH = Na2C2O4 + 2H2O

Лабораторная работа № 4

Определение содержания К₂СО₃

Цель работы – определить массу К₂СО₃ в растворе, г.

Сущность работы.

К₂СО₃ является двухкислотным основанием с константами основности К_b,₁ = 2,1 · 10^–4 и К_b,2 = 2,1 · 10^–8. Поскольку отношение К_b,₁/К_b,2=10⁴, то на кривой титрования К₂СО₃ наблюдаются два отчетливых скачка титрования (рис. 4.3).

Первая т. э. (рН = 8,34) соответствует уравнению

К₂СО₃ + НСl = КНСО₃ + КСl

и может быть зафиксирована с помощью фенолфталеина (ΔрН = 8–10). Фактор эквивалентности К₂СО₃ в этой реакции равен 1.

Вторая т. э. на кривой титрования К₂СО₃ раствором НСl наблюдается при рН = 4,25 и соответствует уравнению

К₂СО₃ + 2НСl = Н₂СО₃ + 2КСl

Для фиксирования второй т. э. пригоден метиловый оранжевый (ΔрН = 3,1–4,4). В этом случае f_экв (К₂СО₃) равен .

Рис. 4.3. Кривая титрования 0,1 н. раствора К₂СО₃

0,1 н. раствором НСl

Приборы и посуда: мерная колба; пипетка; бюретка; конические колбы для титрования.

Реактивы: стандартный раствор HCl, индикаторы – фенолфталеин и метиловый оранжевый.

Выполнение работы.

В мерную колбу получают у лаборантов анализируемый раствор, доводят объем до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают. Аликвотную часть анализируемого раствора с помощью пипетки помещают в коническую колбу Прибавляют 1–2 капли индикатора (фенолфталеина или метилового оранжевого) и титруют стандартным раствором HCl до изменения окраски индикатора.

Титрование с каждым индикатором повторяют не менее 3 раз до получения сходимых результатов. По полученным результатам рассчитывают массу К₂СО₃ в анализируемом растворе, г.

Лабораторная работа № 5

Определение содержания H₃PО₄

Цель работы – определить массу H₃PО₄ в растворе, г.

Сущность работы. H₃PО₄ является трехосновной кислотой с константами кислотности: К_а,1 = 7,1 · 10^–3; К_а,2= 6,2 · 10^–8; К_а,3 = 5,0 · 10^–13. Поскольку значение К_а,3 < 10^–7и отношение К_а,1/К_а,2 ~ 10⁵, то на кривой титрования H₃PО₄ наблюдается два скачка титрования (рис. 4.4).

Первый скачок соответствует оттитровыванию кислоты по 1-й ступени.

H₃PО₄ + NaOН = NaH₂PО₄ + H₂O

Второй скачок соответствует оттитровыванию H₃PО₄ по 2-й ступени.

H₃PО₄ + 2NaOН = Na₂HPО₄ + 2H₂O

1-я т. э. соответствует рН = 4,5. В этой области лежит интервал перехода окраски метилового оранжевого (ΔрН = 3,1–4,4).

2-я т. э. соответствует рН = 9,2. В этой области лежит интервал перехода окраски фенолфталеина (ΔрН = 8–10).

Таким образом, c метиловым оранжевым H₃PО₄ оттитровывается щелочью как одноосновная кислота, а с фенолфталеином – как двухосновная. Фактор эквивалентности H₃PО₄ при титровании с метиловым оранжевым равен 1, а с фенолфталеином – .

Приборы и посуда: мерная колба; пипетка; бюретка; конические колбы для титрования.

Реактивы: Стандартный раствор NaOH, индикаторы – фенолфталеин и метиловый оранжевый.

Рис. 4.4. Кривая титрования 0,1 н. раствора H₃PО₄

0,1 н. раствором NaOH

Выполнение работы.

В мерную колбу получают у лаборантов анализируемый раствор. Дистиллированной водой доводят объем раствора до метки, тщательно перемешивают. Ополаскивают и заполняют бюретку щелочью. Отбирают пипеткой аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы и переносят в коническую колбу для титрования. Прибавляют 1–2 капли индикатора (метилового оранжевого или фенолфталеина) и титруют стандартным раствором щелочи до перехода окраски.

Титрование с каждым индикатором проводят не менее 3 раз до получения сходимых результатов. По полученным результатам рассчитывают массу H₃PО₄ в анализируемом растворе, г.

Лабораторная работа № 6

Определение содержания солей аммония методом обратного титрования

Цель работы – определить массу хлорида аммония в анализируемом растворе методом обратного титрования, г.

Сущность работы. По теории Бренстеда –Лоури ион аммония NH₄⁺ является очень слабой кислотой (рК_а = 9,24), поэтому прямое титрование его невозможно. Чаще всего соли аммония определяют методом обратного титрования.

Определение основано на том, что к анализируемому раствору соли аммония добавляют точно отмеренный, но заведомо избыточный объем стандартного раствора NaOH и нагревают смесь до полного удаления аммиака:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ ↑ + H₂O + NaCl

Непрореагировавший избыток NaOH титруют стандартным раствором HCl в присутствии метилового оранжевого:

NaOH + НСl = NaСl + H₂O

Приборы и посуда: мерная колба; пипетка; бюретка; конические колбы для титрования; электрическая плитка.

Реактивы: стандартный раствор NaOH, cтандартный раствор HCl, индикатор – метиловый оранжевый, универсальная индикаторная бумага.

Выполнение работы.

Анализируемую пробу получают у лаборантов в мерную колбу, доводят объем раствора до метки и содержимое колбы тщательно перемешивают. В 2–3 конические колбы переносят одинаковые аликвоты анализируемого раствора и добавляют в каждую из них пипеткой по два таких же объема стандартного раствора NaOH.

Растворы кипятят на плитке до полного удаления аммиака. Полноту удаления контролируют по универсальной индикаторной бумаге. Для этого смоченную дистиллированной водой бумагу вносят в пары над кипящим в колбе раствором. Если индикаторная бумага не синеет, то NH₃ полностью удален.

Колбы снимают с электроплитки и охлаждают до комнатной температуры. Затем проводят титрование стандартным раствором HCl, добавив 1–2 капли метилового оранжевого.

По полученным результатам рассчитывают массу NH₄Cl в анализируемом растворе, г.

Типовые расчеты в кислотно-основном титровании

Примеры решения типовых задач.

Прямое титрование.Решение типовых задач по результатам прямого титрования основано на использовании закона эквивалентов:

C (X) · V (X) = C (R) · V (R).

Пример. Из навески К₂CO₃ массой 1,3811 г приготовили 200,0 мл раствора. На титрование 15,0 мл раствора израсходовали 11,3 мл раствора Н₂SO₄. Рассчитать молярную концентрацию раствора Н₂SO₄ и ее титр по цинку Т(Н₂SO₄/Zn).

Решение. Рассчитаем молярную концентрацию эквивалента приготовленного раствора К₂CO₃ с учетом фактора эквивалентности, равного :

С (К₂CO₃) =

С (К₂CO₃) = = 0,09993 моль/л.

Используя закон эквивалентов, определим молярную концентрацию эквивалента Н₂SO₄ (f_экв = ):

С (Н₂SO₄) = ;

С (Н₂SO₄) = = 0,1326 моль/л.

Тогда молярная концентрация раствора Н₂SO₄ равна:

С (Н₂SO₄) = 0,1326 · = 0,06632 моль/л.

Далее рассчитаем титр Т(Н₂SO₄/Zn), используя формулу

Т(Н₂SO₄/Zn) = = = 0,004335 г/мл.

Титрование смесей.Раздельное определение смеси кислот или смеси оснований возможно, если константы диссоциации компонентов смеси различаются между собой более чем 10⁴ раз. При кислотно-основном титровании смесей обычно используют два индикатора – метиловый оранжевый и фенолфталеин. Изменение окраски каждого из индикаторов соответствует протеканию различных реакций компонентов смеси с титрантом. По результатам титрования смеси с двумя индикаторами определяют объемы титранта, пошедшие на взаимодействие с каждым компонентом смеси.

Пример. В мерную колбу вместимостью 250 мл поместили 10,0 мл смеси хлороводородной и ортофосфорной кислот, содержимое довели до метки. В две колбы для титрования поместили по 15,0 мл (V_ал) полученного раствора. На титрование первой пробы с метиловым оранжевым израсходовали 27,4 мл (V_T1) раствора NaOH с концентрацией 0,09678 моль/л. На нейтрализацию второй пробы в присутствии фенолфталеина затратили 33,2 мл (V_T2) раствора NaOH той же концентрации. Рассчитать массу хлороводородной и ортофосфорной кислот в исходной смеси.

Решение. Рассмотрим кривые титрования хлороводородной и ортофосфорной кислот (рис. 4.5). HCl – сильная кислота, и на ее кривой титрования наблюдается большой скачок (ΔрН = 4–10). В этом случае можно использовать два индикатора: и метиловый оранжевый (ΔрН = 3,1–4,4), и фенолфталеин (ΔрН = 8,2–10,0).

Рис.4.5 Кривые титрования хлороводородной

и ортофосфорной кислот

На кривой титрования H₃PO₄ наблюдается два скачка: первый соответствует оттитровыванию H₃PO₄ до NaH₂PO₄. Ему соответствует изменение окраски метилового оранжевого. Второй скачок соответствует оттитровыванию H₃PO₄ до Na₂HPO₄ и фиксируется по изменению окраски фенолфталеина.

При титровании смеси хлороводородной и ортофосфорной кислот в присутствии метилового оранжевого протекают реакции:

HСl + NaOH = NaCl + 2H₂O H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O

}

V_T1 = 27,4 мл,

а в присутствии фенолфталеина

HСl + NaOH = NaCl + 2H₂O H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O

}

V_T2 = 33,2 мл.

При титровании с метиловым оранжевым раствор NaOH расходуется на нейтрализацию всей HCl и H₃PO₄ по одной ступени, а с фенолфталеином – на нейтрализацию всей HCl и H₃PO₄ по двум ступеням. Тогда объем раствора NaOH, пошедшего на титрование ортофосфорной кислоты по одной ступени:

DV = 33,2 – 27,4 = 5,8 мл.

По закону эквивалентов определим концентрацию ортофосфорной кислоты в мерной колбе:

С₁ = = = 0,03742 моль/л.

Концентрация H₃PO₄ в исходной анализируемой смеси (10,0 мл) равна:

С₂ = = 0,9355 моль/л.

По справочнику найдем значение М_r(H₃PO₄) = 97,9952 г/моль, тогда масса H₃PO₄ в исходной анализируемой смеси

m(H₃PO₄) = 0,9355 · 10,0 · 10^–3 · 97,9952 = 0,9168 г.

Массу HСl можно рассчитать на основании результатов титрования и в присутствии метилового оранжевого, и в присутствии фенолфталеина.

Объем раствора NaOH, пошедший на титрование хлороводородной кислоты в присутствии метилового оранжевого

V (NaOH) = 27,4 – 5,8 = 21,6 мл.

Объем раствора NaOH, пошедший на титрование хлороводородной кислоты в присутствии фенолфталеина

V (NaOH) = 33,2 – 2 · 5,8 = 21,6 мл,

т. е. численные значения в том и другом случае совпадают. Затем рассчитаем концентрацию HСl в мерной колбе:

С₁(HCl) = = 0,1394 моль/л.

Тогда концентрация HСl в исходной смеси (10,0 мл) составляет:

С₂ (HCl) = = 3,4841 моль/л.

Рассчитаем массу HСl в исходной смеси:

m(HCl) = 3,4841 · 10,0 · 10^–3 · 36,461 = 1,2703 г.

Обратное титрование. Результат обратного титрования всегда рассчитывается по разности между количеством молей эквивалента титранта, взятого на реакцию с определяемым веществом, и оставшимся количеством другого титранта после реакции.

Пример. Навеску технического образца BaCO₃ массой 0,3197 г растворили в 20,0 мл 0,2000 М раствора НСl. После полного удаления диоксида углерода избыток кислоты оттитровали 8,6 мл 0,09705 М раствора КОН. Найти массовую долю (%) BaCO₃ и ВaO в образце.

Решение. Запишем уравнения протекающих реакций:

BaCO₃ + 2 HCl = BaCl₂ + CO₂ ↑ + H₂O

HCl + KOH = KCl + H₂O

Сущность обратного титрования отражает следующая формула:

ν (BaCO₃) = ν (HCl) – ν (КОН)

С учетом условий задачи выразим число молей эквивалентов BaCO₃ через количества реагирующих веществ:

ν (BaCO₃) = 0,2000 · 20,0 · 10^–3 – 0,09705 · 8,6 · 10^–3 = = 3,165 · 10^–3 моль.

Тогда масса BaCO₃ равна:

m(BaCO₃) = ν (BaCO₃) · M_r(BaCO₃),

где M_r(BaCO₃) – молярная масса эквивалента BaCO₃. Подставляя численные значения, получим:

m(BaCO₃) = 3,165 · 10^–3 · 98,67 = 0,3123 г.

Рассчитаем массовую долю BaCO₃:

ω(BaCO₃) = = 97,70%.

Массу BaO рассчитываем аналогично, так как ν (BaCO₃) = = ν (BaO):

m(BaO) = 3,165 · 10^–3 · 76,67 = 0,2427 г.

ω(BaO) = = 75,90%.

Построение кривых титрования и подбор индикаторов.При построении кривых кислотно-основного титрования необходимо провести 4 типа расчетов рН раствора в отдельные моменты титрования:

1) до начала титрования;

2) до точки эквивалентности (область буферных растворов);

3) в точке эквивалентности;

4) после точки эквивалентности.

Выбор индикатора осуществляют на основании правила выбора индикатора: для каждого данного титрования можно применять только те индикаторы, показатель титрования которых лежит в пределах скачка рН на кривой титрования. Интервал перехода окраски индикатора должен полностью или частично укладываться на скачок рН кривой титрования. рТ индикатора должен по возможности совпадать со значением рН в т. э. или быть близким к этому значению.

Пример. Построить кривую титрования C₆H₅COOH (бензойной кислоты) (С₀= 0,20 моль/л) раствором КОН c концентрацией 0,40 моль/л и подобрать индикаторы.

Решение. Бензойная кислота – слабая кислота (рK_а = 4,21), а KОН – сильное основание, поэтому в данном случае рассмотримтитрование слабой кислоты сильным основанием.

C₆H₅COOH + KOH = C₆H₅COOK + H₂O

Предположим, что для титрования взяли 100,00 мл (V₀) раствора C₆H₅COOH (С₀ = 0,20 моль/л). По закону эквивалентов рассчитаем объем раствора КОН (V_х), необходимый для полного оттитровывания C₆H₅COOH.

100,00 · 0,20 = V_x · 0,40; V_x = 50,00 мл.

1. рН исходного раствора рассчитаем по формуле для расчета рН раствора слабой кислоты:

рН = рK_а – lg С₀ = 4,21 – lg 0,20 = 2,45.

2. В любой момент титрования до точки эквивалентности в растворе существует буферная смесь, состоящая из неоттитрованной бензойной кислоты и образовавшегося бензоата калия.

При добавлении 50% от эквивалентного количества раствора гидроксида калия (25,00 мл) рН равен:

При добавлении 90% от эквивалентного количества раствора гидроксида калия (45,00 мл) рН равен:

Если добавлено 99% от эквивалентного количества раствора КОH (49,50 мл), рН равен:

При добавлении 99,9% от эквивалентного количества раствора гидроксида калия (49,95 мл) рН равен:

что соответствует точке начала скачка титрования.

3. В точке эквивалентности вся бензойная кислота прореагировала и превратилась в соль, концентрация которой С_соли = С_{кислоты} = 0,2 моль/л (без учета разбавления). рН раствора соли слабой кислоты рассчитаем по формуле

4. После точки эквивалентности величина рН раствора определяется только избытком добавленного титранта. При добавлении 50,05 мл раствора КОН (100,1 %) рН равен:

рН = 14 + lg = 10,30.

Это значение рН соответствует точке конца скачка титрования.

При добавлении 50,50 мл раствора КОН (101%)

рН = 14 + lg= 11,30.

При добавлении 55,00 мл раствора КОН (110%)

рН = 14 + lg= 12,30.

Результаты сведем в табл. 4.1, по данным которой построим кривую титрования (рис. 4.6).

Таблица 4.1 Изменение рН в процессе титрования С₆Н₅СООН

Объем титранта V_T, мл	рН-определяющий компонент	Формула для расчета рН	рН
	С₆Н₅СООН	рН = рК_а – lg С₀	2,45
45,00	С₆Н₅СООН С₆Н₅СООK		5,16
49,50	С₆Н₅СООН С₆Н₅СООK	« – »	6,21
49,95	С₆Н₅СООН С₆Н₅СООK	« – »	7,21
50,00	С₆Н₅СООK	рН = 7 + рК_а + lg С_c	8,76
50,05	KOH	pH = 14+lg С_T	10,30
50,50	KOH	« – »	11,30
55,00	КОН	« – »	12,30

Скачок титрования находится в интервале значений рН 7,21–10,30. Для данного титрования подходят индикаторы: нейтральный красный (ΔрН = 6,8–8,4; рТ = 8,0), фенолфталеин (ΔрН = 8,2–10,0).

Рис. 4.6 Кривая титрования 0,20 моль/л раствора С₆Н₅СООН 0,40 моль/л раствором KOH

Возможно использование фенолового красного (ΔрН = 6,8–8,4; рТ = 8,0) и тимолового синего (ΔрН = 8,0–9,6; рТ = 9,0). Интервалы перехода окраски выбранных индикаторов лежат в пределах скачка кривой титрования.

Индивидуальные задания для самоподготовки.

Приготовление растворов. Вычислить молярную и нормальную концентрации, а также Т_А полученного раствора, если раствор А разбавили до объема Б. Условия задач даны в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Условия задач по приготовлению растворов

№ п/п	Раствор А	Б, мл
	20,5 г 12%-ного раствора аммиака
	40 г 0,36%-ного раствора хлороводородной кислоты
	250 г 8%-ного раствора оксалата аммония
	15 г 0,5%-ного раствора ортофосфата натрия
	3,5 мл 7%-ного раствора серной кислоты
	15 г 1,5%-ного раствора тетрабората натрия
	6 г 10%-ного раствора карбоната натрия
	20 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия
	12 г 1%-ного раствора щавелевой кислоты
	3 мл 15%-ного раствора серной кислоты
	16 мл 12%-ного раствора азотной кислоты
	18 мл 30%-ного раствора серной кислоты
	7 г 3%-ного раствора карбоната калия
	4 мл 10%-ного раствора ортофосфорной кислоты
	22,0 мл 8%-ного раствора гидроксида калия
	4,0 мл 0,2%-ного раствора карбоната натрия

Прямое титрование. Пример решения задач этого типа приведен в подразделе 4.3.1.

1. На титрование раствора, содержащего 1,5742 г технического КОН, израсходовали 13,7 мл раствора HCl [Т(HCl/Na₂O) = 0,06228 г/мл]. Вычислить массовую долю (%) КОН в образце.

2. Из навески H₂C₂O₄ · 2H₂O массой 0,5500 г приготовили 100,0 мл раствора. На титрование аликвоты 10,0 мл этого раствора с фенолфталеином (рТ = 9,0) израсходовали 9,2 мл раствора NaOH. Найти молярную концентрацию раствора NaOH.

3. В мерную колбу, объемом 250,0 мл поместили раствор Н₃РO₄ и содержимое колбы довели до метки водой. Аликвоту объемом 15,0 мл перенесли в мерную колбу объемом 100,0 мл и содержимое колбы довели до метки водой. В две колбы для титрования поместили по 10,0 мл полученного раствора. На титрование первой пробы с метиловым оранжевым пошло 5,6 мл 0,1000 М раствора КОН. На титрование второй пробы с фенолфталеином израсходовали 11,4 мл того же титранта. Найти массу Н₃РO₄(г), взятой для анализа, по результатам обоих определений.

4. Какая масса Сa(OH)₂ (г) была растворена в мерной колбе объемом 500 мл, если на титрование 25,0 мл этого раствора затрачено 9,8 мл 0,1000 М раствора НСl?

5. Из навески соли К₂СO₃ приготовили раствор объемом 250,0 мл. Аликвоту объемом 15,0 мл перенесли в мерную колбу объемом 50,0 мл и содержимое колбы довели до метки водой. На титрование 10,0 мл полученного раствора с фенолфталеином пошло 6,7 мл 0,1000 М раствора НСl. На титрование такой же пробы с метиловым оранжевым израсходовали 13,2 мл HCl. Найти массу навески К₂СO₃ (г) по результатам обоих определений.

6. Из навески H₂C₂O₄ · 2H₂O массой 1,2560 г приготовили 100,0 мл раствора. На титрование аликвоты 10,0 мл этого раствора с фенолфталеином (рТ = 9,0) израсходовали 7,2 мл раствора NaOH. Найти молярную концентрацию раствора NaOH и титр по СО₂ (T(NaOH/CO₂).

7. Навеску Na₂B₄O₇ · 10 H₂O массой 3,8054 г растворили в горячей воде, перенесли в мерную колбу объемом 200,0 мл, охладили и содержимое довели до метки водой. На титрование 15,0 мл полученного раствора с метиловым оранжевым израсходовали 16,4 мл раствора HCl. Найти молярную концентрацию раствора HCl и титр по Na₂CO₃ T(HCl/Na₂CO₃).

8. Для стандартизации раствора КОН приготовили первичный стандартный раствор янтарной кислоты путем растворения 0,5923 г H₂C₄H₄O₄ в мерной колбе объемом 100,0 мл. На титрование 15,0 мл полученного раствора с фенолфталеином израсходовали 13,4 мл раствора КОH. Найти молярную концентрацию раствора КОH и титр по Н₂SO₄ T(KOH/H₂SO₄).

9. Какую массу безводного Na₂CO₃ (г) нужно взять для приготовления 250,0 мл раствора, чтобы на титрование 10,0 мл этого раствора с метиловым оранжевым израсходовать 14,2 мл 0,1000 М раствора Н₂SO₄?

10. Навеску неизвестного вещества массой 1,0000 г растворили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование 25,0 мл раствора с метиловым оранжевым израсходовали 20,0 мл 0,2358 М HCl. Определить, что входило в состав анализируемого вещества: Na₂CO₃ или К₂CO₃.

11. Проба муравьиной кислоты массой 1,1600 г разбавлена водой в мерной колбе вместимостью 50,0 мл. На титрование 10,0 мл разбавленного раствора затрачено 7,1 мл 0,1502 М раствора КОН. Рассчитайте массовую долю (%) муравьиной кислоты в исходном растворе.

12. Какова масса навески образца (г), содержащего NaOH и 3% индифферентных примесей, если ее растворили в мерной колбе объемом 500 мл, а на титрование 10,0 мл этого раствора затрачено 11,4 мл 0,2000 М раствора НСl?

13. Из навески H₂C₄H₄O₄ массой 1,1860 г приготовили 200,0 мл раствора. На титрование аликвоты 10,0 мл этого раствора с фенолфталеином (рТ = 9,0) израсходовали 11,7 мл раствора NaOH. Найти молярную концентрацию раствора NaOH и титр по SО₂ T(NaOH/SO₂).

14. Из навески Na₂B₄O₇ · 10 H₂O массой 0,9580 г приготовили 50,0 мл раствора. На титрование 10,0 мл полученного раствора с метиловым оранжевым израсходовали 14,9 мл раствора HCl. Найти молярную концентрацию раствора HCl и титр по CaO T(HCl/CaO).

15. Проба CH₃COOH разбавлена водой в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование 10,0 мл полученного раствора затрачено 12,4 мл 0,1221 М раствора КОН. Рассчитайте массу CH₃COOH (г) в исходном растворе.

16. Какую массу безводного Na₂CO₃ (г) нужно взять для приготовления 250,0 мл раствора, чтобы на титрование 20,0 мл этого раствора с метиловым оранжевым израсходовать 21,2 мл 0,1000 М раствора НNO₃?

Титрование смесей. Пример решения задач этого типа приведен в подразделе 4.3.1.

1. В мерную колбу объемом 250,0 мл поместили раствор, содержащий NaН₂РO₄ и Н₃РO₄. Содержимое колбы довели до метки водой. Аликвоту объемом 15,0 мл перенесли в мерную колбу объемом 100,0 мл и содержимое колбы довели до метки водой. В две колбы для титрования поместили по 10,0 мл полученного раствора. На титрование первой пробы с метиловым оранжевым пошло 5,6 мл 0,1 М раствора КОН. На титрование второй пробы с фенолфталеином израсходовали 12,4 мл того же титранта. Найти массу NaН₂РO₄ и Н₃РO₄ (г), взятых для анализа.

2. Раствор смеси Н₃РO₄ и Н₂SO₄ был помещен в мерную колбу на 100,0 мл. Содержимое колбы довели до метки водой и перемешали. На титрование 20,0 мл раствора с метиловым оранжевым затрачено 12,5 мл 0,1000 М раствора КОН. На титрование такой же пробы с фенолфталеином израсходовали 15,4 мл того же титранта. Определить массу Н₂SO₄ (г) в исходном растворе.

3. Из навески соли К₂СO₃ с примесью КНСO₃ приготовили раствор объемом 250,0 мл. Аликвоту объемом 15,0 мл перенесли в мерную колбу объемом 50,0 мл и содержимое колбы довели до метки водой. На титрование 10,0 мл полученного раствора с фенолфталеином пошло 6,7 мл 0,1 М раствора НСl. На титрование такой же пробы с метиловым оранжевым израсходовали 15,2 мл HCl. Найти массу КНСO₃ и К₂СO₃ (г).

4. Навеску технического гидроксида натрия массой 0,6502 г растворили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование 25,00 мл раствора с фенолфталеином израсходовали 18,4 мл 0,2000 М НСl, а с метиловым оранжевым – 18,8 мл той же кислоты. Вычислить массовую долю (%) NaOH в образце, в котором Na₂СO₃ присутствует в качестве примеси.

5. На титрование с фенолфталеином смеси, соотоящей из Na₂CO₃, NaHCO₃ и NaCl, массой 0,2539 г потребовалось 9,4 мл 0,1998 М раствора HCl. При титровании с метиловым оранжевым на ту же навеску израсходовали 20,0 мл раствора кислоты. Вычислить массовую долю (%) Na₂CO₃, NaHCO₃ в образце.

6. Пробу экстракционной фосфорной кислоты объемом 5,0 мл разбавили до 250,0 мл. На титрование 15,0 мл полученного раствора в присутствии метилового оранжевого израсходовали 12,1 мл 0,1004 М раствора NaOH, а на титрование такой же пробы с фенолфталеином – 19,2 мл NaOH. Вычислить концентрацию H₃PO₄ и H₂SO₄ в реакционной массе (г/л).

7. Из навески технического гидроксида натрия массой 2,0600 г приготовили 0,5000 л раствора. На титрование 20,0 мл этого раствора с метиловым оранжевым (рТ = 4,0) израсходовали 18,1 мл 0,1030 М раствора НСl. В другой аликвоте осадили карбонат-ион в виде BaCO₃ и на титрование с фенолфталеином (рТ = 9,0) израсходовали 17,6 мл раствора НСl. Найдите массовые доли (%) NaOH и Na₂CO₃ в образце.

8. Аликвоту смеси (15,0 мл) азотной и ортофосфорной кислоты разбавили водой до 0,5000 л. На титрование 20,0 мл этого раствора с метиловым оранжевым (рТ = 4,0) израсходовали 12,8 мл 0,09560 М раствора КОН, а на титрование такой же пробы с фенолфталеином (рТ = 9,0) израсходовали 20,2 мл раствора КОН. Вычислить исходную концентрацию каждой кислоты в исходной смеси (г/л).

9. Навеску технического гидроксида натрия массой 2,3425 г растворили в мерной колбе вместимостью 200,0 мл. На титрование 5,0 мл раствора с фенолфталеином израсходовали 11,4 мл раствора НСl с T(HCl/КOH) = 0,006812 г/мл, а с метиловым оранжевым – 11,8 мл той же кислоты. Вычислить массовую долю (%) NaOH в образце, в котором Na₂СO₃ присутствует в качестве примеси.

10. Раствор, содержащий NaН₂РO₄ и Н₃РO₄, поместили в мерную колбу объемом 250,0 мл. Содержимое колбы довели до метки водой. В две колбы для титрования поместили по 10,0 мл полученного раствора. На титрование первой пробы с метиловым оранжевым пошло 10,4 мл 0,1 М раствора КОН. На титрование второй пробы с фенолфталеином израсходовали 25,0 мл того же титранта. Найти массу NaН₂РO₄ и Н₃РO₄ (г), взятых для анализа.

11. Раствор смеси Н₃РO₄ и Н₂SO₄ разбавили до 50,0 мл. На титрование 10,0 мл раствора с метиловым оранжевым затрачено 12,3 мл раствора KОН с T(NaOH/Н₂SO₄) = 0,004982 г/мл. На титрование такой же пробы с фенолфталеином израсходовали 15,4 мл того же титранта. Определить массу Н₂SO₄ (г) в исходном растворе.

12. Навеску образца 2,8364 г, содержащего Na₃PO₄ и Na₂HPO₄, поместили в мерную колбу объемом 250,0 мл и растворили ее в воде. Затем объем раствора довели до метки. На титрование 15,0 мл этого раствора в присутствии фенолфталеина израсходовали 7,5 мл раствора HCl с титром Т = 0,003598 г/мл. Такую же аликвоту оттитровали в присутствии метилового оранжевого и затратили 17,3 мл титранта. Вычислить массовую долю (%) Na₃РO₄, и Na₂HPO₄ в образце.

13. На титрование смеси NaHCO₃ и NaОН массой 0,1657 г в присутствии фенолфталеина потребовалось 9,4 мл 0,1998 М раствора HCl. При титровании с метиловым оранжевым на ту же навеску израсходовали 14,8 мл раствора кислоты. Вычислить массовую долю (%) NaOН и NaHCO₃ в образце.

14. Раствор смеси Н₃РO₄ и Н₂SO₄ разбавили до 100,0 мл. На титрование 15,0 мл полученного раствора с метиловым оранжевым затрачено 8,5 мл раствора NaОН с T(NaOH/HCl) = 0,003582 г/мл. На титрование такой же пробы с фенолфталеином израсходовали 10,4 мл того же титранта. Определить массу Н₃РO₄ и Н₂SO₄ (г) в исходном растворе.

15. Из навески соли К₂СO₃ с примесью КНСO₃ массой 0,5728 г приготовили раствор объемом 100,0 мл. На титрование 20,0 мл полученного раствора с фенолфталеином пошло 6,7 мл раствора НСl с T(HCl/CaO) = 0,002904 г/мл. На титрование такой же пробы с метиловым оранжевым израсходовали 15,2 мл HCl. Вычислить массовую долю (%) КНСO₃ и К₂СO₃ в навеске.

16. Смесь, состоящую из Na₂CO₃ и NaHCO₃, массой 2,3962 г растворили в мерной колбе объемом 200,0 мл. На титрование 10,0 мл полученного раствора с фенолфталеином потребовалось 7,8 мл 0,09971 М раствора HCl. При титровании с метиловым оранжевым такой же аликвоты израсходовали 20,0 мл раствора кислоты. Вычислить массовую долю (%) Na₂CO₃, NaHCO₃ в образце.

Обратное титрование. Пример решения задач этого типа приведен в подразделе 4.3.1.

1. Навеску образца, содержащего CaO, массой 1,3000 г растворили в 50,0 мл 0,1000 М раствора HCl. Избыток непрореагировавшей кислоты оттитровали 3,5 мл раствора NaOH. Найти массовую долю (%) CaO в образце, если 1,0 мл раствора HCl соответствует 1,3 мл раствора NaOH.

2. Из навески NH₄Cl приготовили 500,0 мл раствора. К 20,0 мл полученного раствора добавили 40,0 мл 0,1056 М раствора NaOH и содержимое колбы нагрели до полного удаления аммиака. После охлаждения избыток NaOH оттитровали 23,0 мл 0,1000 М раствора HCl. Вычислить массу навески NH₄Cl (г).

3. Навеску технического образца, содержащего Na₂CO₃, массой 0,1032 г обработали 50,0 мл 0,09496 М раствора HCl. Избыток кислоты оттитровали 24,9 мл 0,1298 М раствора NaOH. Найти массовую долю (%) Na₂CO₃.

4. Навеску мрамора массой 0,2834 г растворили в 30,0 мл 0,3933 М раствора HCl. На титрование избытка кислоты пошло 14,1 мл 0,4400 М NaOH. Найти массовую долю (%) примесей в образце.

5. Навеску соли аммония массой 0,7200 г обработали избытком концентрированного раствора NaOH. Выделившийся аммиак поглотили 25,0 мл 0,2040 М раствора HCl. Избыток кислоты оттитровали 12,7 мл 0,1030 М раствора NaOH. Найти массовую долю (%) NH₃.

6. Навеску технического образца, содержащего (NH₄)₂SO₄, массой 0,9560 г обработали 50,0 мл 0,2255 М раствора NaOH и при кипячении удалили аммиак. На титрование избытка NaOH пошло 12,6 мл 0,2153 М раствора HCl. Найти массовую долю (%) (NH₄)₂SO₄ в образце.

7. Навеску мрамора массой 0,5584 г растворили в 50,0 мл 0,2392 М раствора HCl. На титрование избытка кислоты пошло 12,2 мл 0,2652 М NaOH. Найти массовую долю (%) CaCO₃ в образце.

8. Вычислить массу навески NH₄Cl (г), если после ее растворения в воде, добавления 40,0 мл 0,1000 М раствора NaOH и нагревания до полного удаления аммиака избыток NaOH оттитрован 17,6 мл 0,1000 М раствора HCl.

9. Навеску образца, содержащего соль аммония, массой 1,3800 г обработали избытком концентрированного раствора NaOH. Выделившийся аммиак поглотили 25,8 мл 0,1840 М раствора HCl. Избыток кислоты оттитровали 12,7 мл 0,1092 М раствора NaOH. Найти массовую долю (%) NH₃.

10. Навеску образца, содержащего CaCO₃, массой 0,9258 г растворили в 25,0 мл 0,1030 М раствора HCl. Избыток непрореагировавшей кислоты оттитровали 0,1000 М раствором NaOH, израсходовав 5,5 мл. Найти массовую долю (%) CaCO₃ в образце.

11. Навеску NH₄Cl растворили в 250,0 мл воды, отобрали аликвоту объемом 10,0 мл полученного раствора в коническую колбу, добавили 20,0 мл 0,1000 М раствора NaOH и нагрели до полного удаления аммиака. Избыток NaOH оттитровали 5,8 мл 0,1000 М раствора HCl. Вычислить массу навески NH₄Cl (г).

12. Рассчитать массу навески ZnO (г), которую растворили в 30,0 мл 0,1000 М НСl, если на титрование избытка кислоты израсходовали 12,4 мл 0,08956 М раствора КОН.

13. В каком объеме 0,09876 М раствора HCl нужно растворить навеску CaCO₃ массой 0,26458 г, чтобы на титрование избытка кислоты с метиловым оранжевым израсходовать 12,5 мл 0,1024 М раствора NaOH?

14. Из навески NH₄Cl приготовили 200,0 мл раствора. К 15,0 мл полученного раствора добавили 30,0 мл 0,1000 М раствора NaOH и содержимое колбы нагрели до полного удаления аммиака. После охлаждения избыток NaOH оттитровали 11,8 мл 0,1000 М раствора HCl. Вычислить массу навески NH₄Cl (г).

15. Навеску соли аммония массой 0,3580 г обработали избытком концентрированного раствора NaOH. Выделившийся аммиак поглотили 50,0 мл 0,1840 М раствора HCl. Избыток кислоты оттитровали 22,4 мл 0,1992 М раствора NaOH. Найти массовую долю (%) NH₃ .

16. Навеску мела массой 0,2058 г растворили в 50,0 мл 0,1030 М раствора HCl. Избыток непрореагировавшей кислоты оттитровали 0,1000 М раствором NaOH, израсходовав 15,2 мл титранта. Найти массовую долю (%) CaO в образце.

Построение кривых титрования и подбор индикаторов.

Таблица 4.3. Исходные данные для расчета и построения кривых титрования № п/п Титруемое вещество; С, моль экв/л Титрант; С, моль экв/л …

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ

ТИТРОВАНИЕ

Основные положения

Методы окислительно-восстановительного титрования основаны на использовании окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Рабочими служат растворы окислителей (окислительное титрование) и восстановителей (восстановительное титрование). Обычно рекомендуется готовить рабочие растворы с концентрацией 0,05 моль экв/л. Почти все они являются вторичными стандартами.

Классификация методов основана на применяемых рабочих растворах. Например, перманганатометрия (титрант KMnO₄), иодометрия (титрант I₂), дихроматометрия (титрант K₂Cr₂O₇).

Фактор эквивалентности в окислительно-восстановительном титровании показывает, какая доля частицы эквивалентна одному электрону в полуреакции.

Перманганатометрия

В основе перманганатометрического титрования лежит окислительно-восстановительный процесс с участием редокс-пары MnO4– /Mn2+. Реакцию, как правило,… MnO4– + 8H+ + 5ē D Mn2+ + 4H2O При окислении в нейтральной или щелочной среде выпадает темно-бурый осадок MnO2, сильно затрудняющий фиксирование…

Иодометрия

Иодометрией называется метод окислительно-восстановитель-ного титрования, при котором о количестве определяемого вещества судят по количеству… Полуреакция, лежащая в основе метода: I2 + 2ē D 2I– Е°= 0,536 В.

Практические работы

Лабораторная работа № 7

Стандартизация рабочего раствора перманганата калия

Цель работы – установить точную концентрацию раствора KMnO4. Сущность работы. Точную концентрацию раствора перманганата калия устанавливают… 5К2C2O4 + 2КMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O + 10CO2↑.

Лабораторная работа № 8

Определение содержания железа (II)

Цель работы – определить массу железа(II) или соли Мора (NH₄)₂SO₄ · FeSO₄ · 6H₂O в растворе.

Сущность работы. Определение основано на окислении железа (II) перманганатом калия в кислой среде:

5Fe²⁺ + MnO₄^– + 8H⁺ = 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

Реакция протекает быстро и без нагревания. В титруемый раствор добавляют в качестве маскирующего агента 3–4 мл ортофосфорной кислоты, образующей с окрашенными в желтый цвет ионами Fe³⁺ бесцветные комплексы Fe(PO₄)₂^3–. Благодаря этому более отчетливо наблюдается переход окраски от бесцветной к розовой. Кроме того, связывание ионов Fe³⁺ в прочные ортофосфатные комплексы способствует снижению потенциала системы Fe³⁺/Fe²⁺ и, как результат, увеличению скачка титрования.

Фактор эквивалентности Fe²⁺ в этой реакции равен 1 в соответствии с полуреакцией:

Fe²⁺ – ē D Fe³⁺

Приборы и посуда: мерная колба; мерные цилиндры (100 мл и 10–20 мл), пипетка; бюретка; колбы для титрования.

Реактивы: стандартный раствор KMnO₄, 2 н. раствор H₂SO₄, H₃PO₄ (конц.).

Выполнение работы.

Анализируемый раствор получают у лаборантов в мерную колбу. К содержимому колбы прибавляют 20–40 мл 2 н. раствора H₂SO₄. Затем доводят водой объем раствора до метки, тщательно перемешивают. Ополаскивают и заполняют бюретку раствором перманганата. Отбирают пипеткой аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы и переносят в колбу для титрования. Перед титрованием в раствор вводят ортофосфорную кислоту (3–4 мл). Титруют до появления слабо-розовой окраски, вызываемой одной избыточной каплей раствора перманганата калия.

Титруют не менее 3 раз до получения сходимых результатов. По полученным данным рассчитывают массу железа (II) или соли Мора в анализируемом растворе, г.

Лабораторная работа № 9

Стандартизация рабочего раствора тиосульфата натрия

Цель работы – установить точную концентрацию раствора Na2S2O3. Сущность работы. Кристаллический тиосульфат натрия содержит кристаллизационную… Стандартизацию раствора Na2S2O3 с применением дихромата калия проводят методом замещения. К определенному количеству…

Лабораторная работа № 10

Определение содержания меди (II)

Цель работы – определить массу меди (II) или соли CuSO₄ · 5H₂O в пробе, г.

Сущность работы. Определение меди (II) основано на взаимодействии ионов Сu²⁺ c иодид-ионами с последующим титрованием выделившегося иода стандартным раствором тиосульфата натрия:

2СuSO₄ + 4KI = 2CuI ↓ + 2K₂SO₄ + I₂

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

Фактор эквивалентности Cu²⁺ в этой реакции равен 1 в соответствии с полуреакцией:

Cu²⁺ + I^– +ē D CuI↓

Реакцию следует проводить в кислой среде для подавления гидролиза ионов меди (II). Для проведения реакции необходим большой избыток раствора KI, который расходуется на:

ü образование I₂;

ü связывание Cu⁺ в малорастворимое соединение CuI;

ü растворение выделяющегося иода с образованием комплексного соединения KI₃.

Приборы и посуда: мерная колба (100,0 мл); мерные цилиндры (100 мл и 10–20 мл), пипетка (10,0 мл); бюретка; конические колбы для титрования.

Реактивы: стандартный раствор Na₂S₂O₃, 10%-ный раствор КI, 2 н. раствор H₂SO₄, раствор крахмала.

Выполнение работы.

Анализируемый раствор получают у лаборантов в мерную колбу. Затем доводят водой объем раствора до метки, тщательно перемешивают. Переносят пипеткой аликвотную часть анализируемого раствора в колбу для титрования. К содержимому колбы прибавляют 3 мл 2 н. раствора H₂SO₄, и 10–15 мл раствора КI. Накрыв колбу часовым стеклом, оставляют смесь на 5 минут в темном месте для завершения реакции. Выделившийся I₂ титруют раствором Na₂S₂O₃ при интенсивном перемешивании. Для фиксирования конечной точки титрования используют раствор крахмала.

Титруют не менее 3 раз до получения сходимых результатов. По полученным данным рассчитывают массу меди (II) или ее соли в анализируемой пробе, г.

Индивидуальные задания для самоподготовки

По методам окислительно-восстановительного титрования.

Перманганатометрия.

1. Раствор для отбеливания бумаги содержит пероксид водорода. На титрование 10,0 мл этого раствора израсходовано 22,5 мл 0,05000 н. раствора KMnO4.… 2. Какая масса CaCl2 (г) содержалась в 200,0 мл раствора, если после… 3. Навеска технической щавелевой кислоты 1,0254 г растворена в мерной колбе объемом 50,0 мл. На титрование аликвоты…

Иодометрия.

1. Навеска медного сплава массой 0,3020 г растворена в мерной колбе объемом 200,0 мл. К 15,0 мл этого раствора добавили избыток иодида калия. На… 2. Из навески образца сульфита натрия (используется в производстве целлюлозы… 3. Какая масса K2Cr2O7 (г) растворена в мерной колбе объемом 100,0 мл, если к аликвоте 15,0 мл полученного раствора…

Основные положения

Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами).… Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА можно представить следующими…

Практические работы

Лабораторная работа № 11

Стандартизация раствора комплексона III

Сущность работы. Основным рабочим раствором комплексонометрии является раствор комплексона III (ЭДТА, трилон Б). Для его приготовления применяют… . Лабораторная посуда: мерная колба, бюретка, пипетка Мора, мерный цилиндр (50 – 100 мл), коническая колба.

Лабораторная работа № 12

Определение общей жесткости воды

Цель работы – определить общую жесткость воды, ммоль экв/л. Сущность работы. Жесткость воды характеризуют молярной концентрацией…

Лабораторная работа № 13

Определение кальция и магния

При совместном присутствии

Цель работы – определить массу кальция и магния при совместном присутствии в пробе, г. Сущность работы. Комплексонометрическое определение кальция и магния… Раздельное определение кальция и магния при их совместном присутствии основано на предварительном определении их…

Индивидуальные задания для самоподготовки по методу комплексонометрического титрования

1. Навеска нитрата магния растворена в 100,0 мл мерной колбе. На титрование 10,0 мл этого раствора израсходовано 22,5 мл 0,05000 М раствора ЭДТА_. Найти массу (г) нитрата магния в колбе.

2. Навеска технического хлорида магния 2,5470 г растворена в мерной колбе объемом 250,0 мл. На титрование аликвоты 10,0 мл израсходовано 15,5 мл 0,05000 М раствора ЭДТА. Рассчитать массовую долю (%) хлорида магния в исследуемом образце.

3. Навеска каолина массой 0,7608 г в процессе его анализа была переведена в раствор объемом 250,0 мл. Аликвоту раствора (50,0 мл) оттитровали 7,6 мл 0,005020 М ЭДТА с индигокармином в щелочной среде. Вычислить массовую долю (%) СаО в каолине.

4. Навеска технического хлорида цинка 0,2200 г растворена в мерной колбе объемом 100,0 мл. На титрование аликвоты 20,0 мл израсходовано 12,5 мл 0,02500 М раствора ЭДТА. Рассчитать массовую долю (%) хлорида цинка в исследуемом образце.

5. Какая навеска металлического цинка (степень чистоты 99,99%) растворена в мерной колбе объемом 200,0 мл, если на титрование аликвоты 15,0 мл этого раствора израсходовано 13,5 мл 0,0500 М раствора ЭДТА?

6. Исследуемый раствор хлорида никеля объемом 10,0 мл разбавили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование 10,0 мл этого раствора израсходовали 15,7 мл 0,02500 М раствора ЭДТА. Найти содержание хлорида никеля в исходном растворе (г/л).

7. Раствор хлорида кальция оттитрован 18,8 мл 0,0500 М раствора ЭДТА в присутствии мурексида. Найти массу кальция в исходном растворе.

8. Навеска известняка массой 1,2000 г растворена в 100,0 мл мерной колбе. На титрование 20,00 мл этого раствора в присутствии аммиачного буфера затратили 21,25 мл 0,05140 М ЭДТА, а на титрование такой же аликвоты в присутствии NaOH израсходовали 6,80 мл раствора ЭДТА.. Вычислить массовую долю (%) CaCO₃ и MgCO₃ в известняке.

9. Сколько граммов меди в растворе, на титрование которого израсходовано 16,7 мл 0,02500 н раствора ЭДТА?

10. Навеска технического образца хлорида стронция 3,7510 г растворена в 200,0 мл мерной колбе. На титрование 10,0 мл этого раствора израсходовано 22,5 мл 0,05000 М раствора ЭДТА_. Найти массовую долю (%) хлорида стронция в исследуемом образце.

11. На титрование 20,0 мл хлорида никеля израсходовано 21,2 мл 0,02065 М раствора ЭДТА_. Найти массу (г) хлорида никеля в исходном растворе и его титр.

12. Какую навеску (г) цинковой руды, содержащей около 15% цинка, следует взять для анализа, чтобы после растворения цинк был оттитрован 20,2 мл 0,02578 М раствора ЭДТА?

13. На титрование 25,0 мл нитрата бария израсходовано 18,2 мл 0,02500 М раствора ЭДТА_. Найти массу (г) нитрата бария в исходном растворе и его титр.

14. Какова массовая доля (%) свинца в сплаве, если навеску сплава 2,8857 г растворили и раствор довели до метки водой в мерной колбе объемом 250,0 мл, а затем 25,0 мл этого раствора оттитровали 12,8 мл 0,05000 М раствора ЭДТА?

15. Какова массовая доля (%) алюминия в сплаве, если навеску сплава 0,6500 г растворили и раствор довели до метки водой в мерной колбе объемом 250,0 мл, а затем 20,0 мл этого раствора оттитровали 15,8 мл 0,05023 М раствора ЭДТА?

16. Железо при определении его в 250,0 мл сточной воды окислили до трехвалентного, осадили аммиаком, отделили от раствора и после растворения в HCl оттитровали 6,17 мл 0,005605 М ЭДТА. Определить общую концентрацию (мг/л) железа (III) в воде.

6.4. План коллоквиума «Метод окислительно-восстановительного титрования. Комплексонометрия»

Методы окислительно-восстановительного титрования, их общая характеристика и классификация. Требования к окислительно-восстановительным реакциям, используемым в титриметрии. Расчет факторов эквивалентности веществ в окислительно-восстановительном титровании.

Факторы, влияющие на скорость окислительно-восстановительных реакций. Автокаталитические и индуцированные реакции, их роль в химическом анализе.

Кривые окислительно-восстановительного титрования, их расчет. Факторы, влияющие на величину скачка кривой титрования.

Способы фиксирования конечной точки титрования. Безиндикаторное титрование. Окислительно-восстановительные индикаторы, механизм их действия, интервал перехода окраски. Правило выбора индикатора.

Перманганатометрия. Сущность метода. Стандартные и вспомогательные растворы. Фиксирование конечной точки титрования. Условия проведения перманганатометрических определений. Аналитические возможности метода. Определение восстановителей, окислителей, органических веществ и веществ, не обладающих окислительно-восстановительными свойствами.

Иодометрия. Сущность метода. Стандартные и вспомогательные растворы. Фиксирование конечной точки титрования. Условия проведения иодометрических определений. Аналитические возможности метода. Определение восстановителей, окислителей, органических веществ и веществ, не обладающих окислительно-восстановительными свойствами.

Комплексометрическое титрование. Общая характеристика и классификация методов.

Комплексонометрия. Сущность метода. Стандартные и вспомогательные растворы метода. Комплексоны, их строение и свойства. Реакции комплексонов с ионами металлов. Побочные реакции, которые оказывают влияние на равновесие образования комплексонатов.

Условные константы устойчивости комплексонатов. Коэффициенты побочных реакций. Условия проведения комплексонометрических определений.

Кривые комплексонометрического титрования, их расчет.

Способы фиксирования конечной точки титрования. Металлохромные индикаторы, механизм их действия, интервал перехода окраски. Правило выбора индикатора.

Аналитические возможности метода. Определение ионов многовалентных металлов, щелочных металлов, анионов.

ПРИМЕРЫ СОСТАВЛЕНИЯ ОТЧЕТОВ

О ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ

Гравиметричекие методы анализа

Лабораторная работа № 1 Определение содержания железа (III) в растворе

Титриметрические методы анализа

8. 10. 2007 Лабораторная работа № 2 Приготовление и стандартизация рабочего раствора

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Учебно-методическое пособие

Редактор Р. М. Рябая

Подписано в печать 2007. Формат 60×84.

Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 5,2. Уч.-изд. л. 5,4.

Тираж 200 экз. Заказ

Учреждение образования

«Белорусский государственный технологический университет»

220050. Минск, Свердлова, 13.

ЛП № 02330/0133255 от 30.04.2004.

Отпечатано в лаборатории полиграфии учреждения образования

«Белорусский государственный технологический университет»

220050. Минск, Свердлова, 13.

ЛП № 02330/0056739 от 22.01.2004.