Л. В. Щербакова практикум по аналитической химии барнаул 2004 министерство образования российской федерации алтайский государственный университет химический факультет практикум

Вид материала

Практикум

Содержание Комплексонометрическое титрование ЭДТА 0,0500 М раствор ЭДТА 0,0500 М раствор Окислительно-восстановительное титрование Определение пероксида водорода I. Стандартизация раствора перманганата калия по оксалату натрия

Подобный материал:

• Практикум Владивосток 2004 Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский, 628.95kb.
• Практикум Ярославль, 2004 Министерство образования и науки РФ ярославский государственный, 885.94kb.
• Министерство Образования Российской Федерации Московский Государственный Университете, 1997.23kb.
• А. М. Горького Кафедра алгебры и дискретной математики Щербакова В. А. Лабораторный, 418.72kb.
• Анализ воды, 505.46kb.
• Российской Федерации Министерство образования и науки Российской Федерации Государственный, 343.55kb.
• Учебно-практическое пособие Хабаровск, 2001. Министерство образования Российской Федерации, 2795.36kb.
• Практикум ростов-на-Дону 2008 министерство образования и науки российской федерации, 1352.33kb.
• Учебное пособие Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации, 936.13kb.
• Российской Федерации Уральский Государственный Университет им. А. М. Горького Философский, 1670.87kb.

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ

Комплексоны – это аминополикарбоновые кислоты. Например, нитрилотриуксусная кислота:


CH₂-COOH

HOOC-CH₂-⁺NН CH₂-COOH ,

Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ):


HOOC-CH₂ CH₂-COOH

НN⁺- CH₂-CH₂-⁺NН

HOOC-CH₂ CH₂-COOH


Молекула ЭДТА содержит четыре способных к диссоциации атома водорода. В растворах имеют место следующие равновесия:


H₄Y = H₃Y^- +H⁺;

H₃Y^- = H₂Y^2- +H⁺;

H₂Y^2- = HY^3- +H⁺;

HY^3- = Y^4- +H⁺;

В сравнительно кислых растворах (рН  2) две отрицательно заряженные карбоксильные группы протонируются с образованием кислот-катионов H₅Y⁺ и H₆Y²⁺


H₆Y²⁺ = H₅Y⁺ +H⁺;

H₅Y⁺ = H₄Y +H⁺;

В обычных комплексонометрических титрованиях формы H₅Y⁺ и H₆Y²⁺ практически не присутствуют.

ЭДТУ быстро и стехиометрично реагирует с ионами металлов, однако она малорастворима в воде и поэтому применяют ее двунатриевую соль – этилендиаминтетраацетат натрия (ЭДТА, комплексон III или трилон Б, сокращенно Na₂H₂Y).

При титровании ЭДТА солей металлов-комплексообразователей в заключительной стадии определения протекают следующие реакции:


Na₂H₂Y = 2 Na⁺ + H₂Y^2-

Me²⁺ + H₂Y^2- = MeY^2-+ 2H⁺

Me³⁺ + H₂Y^2- = MeY^-+ 2H⁺


Ионы металлов, независимо от заряда, реагируют с ЭДТА в соотношении 1:1.


Лабораторная работа №2

Определение содержания магния(II)


Комплексонометрическое определение ионов магния основано на реакции:


Mg²⁺+ H₂ Y^2-= MgY^2- + 2H⁺

Реагенты:

ЭДТА 0,0500 М раствор;

Аммиачная буферная смесь с рН 10;

Индикатор эриохром черный Т.


Выполнение определения


1. Готовят 250 мл 0,0100 М раствора комплексона III (трилона Б) из 0,0500 М раствора.

2. Получают у преподавателя исследуемый раствор соли магния (II) в мерную колбу вместимостью 100,0 мл. Разбавляют до метки дистиллированной водой.

3. Бюретку заполняют раствором комплексона III.

4. Пипеткой Мора отбирают аликвоту исследуемого раствора (10,00 мл) и помещают ее в колбу для титрования.

5. В эту же колбу добавляют мерным цилиндром 5 - 7 мл аммиачной буферной смеси и 20 - 30 мг индикатора (смесь эриохрома черного Т с хлоридом натрия 1:100) на кончике шпателя.

6. Титруют исследуемый раствор соли магния комплексоном III до перехода винно-красной окраски в синюю. В конце титрования раствор комплексона III по одной капле так, чтобы красноватый оттенок совершенно исчез.

7. Результат анализа рассчитывают по формуле:





где C компл. - концентрация комплексона III

V компл. - объем раствора комплексона, пошедшего на титрование

V а - объем аликвоты исследуемого раствора соли магния

V м.к. - объем мерной колбы с исследуемой задачей

M(Mg) - молярная масса эквивалента иона магния в данной реакции.


Лабораторная работа №3

Определение общей жесткости воды


Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Ее выражают числом миллиграм-эквивалентов кальция и магния в 1литре. Тяжелые металлы титруются совместно с кальцием и магнием, поэтому их перед титрованием осаждают сульфидом натрия или диэтилдитиокарбаминатом натрия. Практически все ионы, присутствуюшие в воде, можно замаскировать триэтаноламином; не маскируются катионы щелочных металлов, кальция и магния.

Реагенты:

ЭДТА 0,0500 М раствор;

Аммиачная буферная смесь с рН 10;

Индикатор эриохром черный Т.


Выполнение определения

1. В колбу для титрования вводят пипеткой 50 мл исследуемой воды и приливают 5-7 мл аммиачной буферной смеси.
   
2. Вносят в раствор на конце шпателя 20 – 30 мг сухой смеси индикатора эриохрома чёрного Т с хлоридом натрия.
   
3. Титруют воду 0,0100 М раствором комплексона III до перехода винно-красной окраски в синюю. В конце титрования раствор комплексона III прибавляют по 1 капле. Добиваются, чтобы красноватый оттенок совсем исчез. Повторяют титрование 3 раза, усредняют объем титранта. Общую жёсткость воды (в ммоль-экв Са²⁺ и Mg²⁺ на 1 л) вычисляют по формуле
   

_,

где: С_ЭДТА – молярная концентрация раствора комплексона III;

V_ЭДТА – объём рабочего раствора комплексона III, затраченный на титрование, мл;

V_Н2О – отобранный для определения объём воды, мл.


Лабораторная работа №4

Определение содержания железа(III)


В сильнокислой среде при рН<0,9 комплексонат железа (Ш) образуется в соответствии с уравнением:

Fe³⁺+ H₂Y^2- =Fe Y^-+2H⁺

Комплексонат железа (II) менее устойчив, чем комплексонат железа(III) и крайне не­устойчив по отношению к окислителям. Уже кислородом воздуха он окисляется до комплексоната железа (III). Комплексонометрически определяют только железо (III). В качестве металлоиндикаторов используют тайрон, салициловую или сульфосалициловую кислоты, гидроксамовые кислоты. Эти индикаторы в растворах бесцветны, но образуют с железом (III) интенсивно окрашенные комплексы: красного цвета с тайроном, фиолетового цвета с салициловой или сульфосалициловой кислотами, сине-фиолетового с гидроксамовой кислотой.

Реагенты:

ЭДТА, 0,0500 М стандартный раствор;

Металлоиндикатор: сульфосалициловая кислота, 25%-ный водный раствор;

НСI, 1М, 2М растворы и концентрированная с пл.1,17 г/мл;

НNO₃, концентрированная с пл. 1,4 г/мл;

NH₃, 10%-ный раствор.


Выполнение определения

1. Анализируемый раствор в мер­ной колбе вместимостью 100,0 мл разбавляют до метки дистиллированной водой и хорошо перемешивают.
   
2. Аликвотную часть 10,00 мл пипеткой переносят в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл, вводят 5 мл концентрированной НСl и 2 мл концентрированной HNO₃ для окисления железа (II).
   
3. Помещают колбу на водяную баню и нагревают 3 - 5 мин, не допуская бурного кипения, до оранжево-желтой окраски раствора.
   
4. Колбу снимают с бани и охлаждают. Осторожно нейтрализуют содержимое раствором аммиака. Аммиак вводят по каплям до перехода лимонно-желтой окраски в желтую (появляется слабая неисчезающая муть). Затем вводят 1 - 2 капли 2М НCI, 1 мл 1М НС1, разбавляют дистиллированной водой до 50 мл и нагревают почти до кипения.
   
5. В горячий раствор добавляют 4 - 5 капель раствора сульфосалициловой кислоты и титруют раствором ЭДТА до изменения окраски раствора из фиолетовой в желтую или лимонно-желтую. Вблизи конечной точки титрования раствор ЭДТА прибавляют медленно и следят, чтобы раствор во время титрования оставался горячим.
   
6. Результат анализа рассчитывают по формуле:
   

Если в растворе присутствуют только ионы железа (III), то определение можно проводить по следующей методике:

1. Анализируемый раствор в мерной колбе вместимостью 100,0 мл разбавляют до метки дистиллированной водой и хорошо перемешивают.
   
2. Аликвотную часть 10,00 мл пипеткой переносят в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл.
   
3. В раствор добавляют 4 – 5 капель раствора сульфосалициловой кислоты и титруют раствором ЭДТА до изменения окраски раствора из фиолетовой в желтую или лимонно-желтую. Вблизи конечной точки титрования раствор ЭДТА прибавляют медленно.
   

Лабораторная работа №5

Определение содержания меди(II)


Ионы меди образуют с ЭДТА комплексы голубого цвета с константой устойчивости 6,3 ^. 10¹⁸ (ионная сила 0,1; 20 °С). Условия прямого титрования меди определяются выбранным металлоиндикатором. В присутствии мурексида, образующего комплекс с медью зеленовато-желтого цвета, титрование можно проводить на холоде при рН 6 (условная константа устойчивости комплексоната меди при рН 6 равна 1,4 ^. 10¹⁴).

Реагенты:

ЭДТА, 0,0500 М стандартный раствор;

Металлоиндикатор мурексид (смесь с хлоридом натрия в соотношении 1:100);

0,3% раствор NH₃.


Выполнение определения

1. Анализируемый раствор разбавляют водой до метки в мерной колбе вместимостью 100,0 мл (содержит 100 — 200 мг меди) и перемешивают.
   
2. Отбирают пипеткой 10,00 мл раствора в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл, прибавляют 20 мл дистиллированной воды, 10 мл раствора аммиака, 20 – 30 мг (на кончике шпателя) индикатора и титруют раствором ЭДТА до изменения окраски в чисто-фиолетовую.
   
3. Измеряют объем ЭДТА и вводят 2 - 3 капли раствора NH₃. Если цвет раствора остается фиолетовым, титрование прекращают; если после добавления аммиака окраска изменилась в желтую или желто-зеленую, продолжают титрование раствором ЭДТА до устойчивой фиолетовой окраски.
   
4. Результат анализа рассчитывают по формуле:
   

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ


Окислительно-восстановительное титрование (редокститрование) – метод титриметрического определения веществ, основанный на изменении редокс-потенциала системы при протекании окислительно-восстановительной реакции в процессе титрования. Методы титрования растворами окислителей объединяют в группу оксидиметрии, на титровании растворами восстановителей – редуциметрии. Методы также классифицируют в зависимости от природы титранта, например метод, основанный на окислении перманганатом, называется перманганатометрия, на окислении иодом – иодометрия, на окислении бихроматом – бихроматометрия; на восстановлении аскорбиновой кислотой – аскорбинометрия, на восстановлении соединениями титана(III) – титанометрия и т.д. Широкое применение методов окислительно-восстановительного титрования в практике обусловлено многими их достоинствами, среди которых – высокая точность, хорошая воспроизводимость, экспрессность и т.д. Для обнаружения конечной точки титрования применяют безиндикаторный, индикаторные и инструментальные методы. Примером безиндикаторного метода может служить фиксирование конечной точки титрования по появлению или исчезновению розовой окраски титруемого раствора в перманганатометрии. В индикаторном способе применяют специфические и окислительно-восстановительные индикаторы. Специфические индикаторы – это вещества, которые образуют интенсивно окрашенные соединения с одним из компонентов окислительно-восстановительной системы, например, при титровании иода используют специфический индикатор – крахмал, образующий темно-синее соединение с I₃^- - ионами. Окислительно-восстановительные индикаторы(ред-окс-индикаторы) – это соединения, способные к окислению или восстановлению, причем их окисленная и восстановленная формы имеют разную окраску. Такими индикаторами чаще являются органические соединения, например дифениламин и его производные. В качестве ред-окс – индикаторов также применяют комплексы органических соединений с металлами, способными изменять степень окисления. Например, таким индикатором является ферроин, комплекс Fe(II) с 1,10-фенантролином, переходящий при окислении в комплекс Fe(III) с 1,10-фенантролином. Интервал перехода окраски индикаторов должен лежать внутри скачка титрования. Инструментальные методы регистрации конечной точки титрования – это, например, методы фотометрии, потенциометрии и т.д.


Лабораторная работа №6

Определение пероксида водорода

Определение основано на титровании пероксида водорода перманганатом калия по реакции:

5Н₂О₂ + 2 MnО₄^-+ 6Н⁺ = 5О₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O.

Перманганат калия не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к первичным стандартам, поэтому необходимо провести стандартизацию раствора, то есть определить его концентрацию. В качестве установочных веществ применяют щавелевую кислоту, оксалат натрия, оксалат аммония и др.

I. Стандартизация раствора перманганата калия по оксалату натрия

Взаимодействие между оксалат-ионами и перманганат-ионами протекает в несколько стадий, процесс отражает суммарное уравнение:

5С₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+10CO₂,

Это уравнение в полной мере не описывает процесс, хотя исходные и конечные продукты соответствуют приведенным в уравнении. Для начала реакции, необходимо присутствие в растворе хотя бы следов Мn²⁺. Пока в растворе концентрация Мn²⁺ недостаточна, реакция между МnО₄^-. и С₂О₄^2- протекает очень медленно, когда же концентрация Мn²⁺ достигает определенной величины, реакция протекает с большой скоростью.