Анализ вещества неизвестного состава

Существует фотометрическое определение кобальта некоторыми азосоединениями, применяющимися в качестве индикаторов в комплексонометрии, а именно: с эриохромчёрным А и 1-(2-пиридилазо) нафтолом (ПАН).

Важное значение имеют методы, основанные на использовании серосодержащих органических реагентов. К их числу принадлежат рубеановодородная кислота и её производные.

Самым распространённым фотометрическим методом определения кобальта, основанным на образовании окрашенных комплексных соединений с неорганическими аддендами, является роданидный метод.

              полярографические методы;

В зависимости от характера электрохимического процесса на ртутном капельном или ином электроде полярографические методы для кобальта можно разделить на две группы. К одной группе относятся методы, основанные на восстановлении гидратированных или комплексно связанных ионов двухвалентного кобальта до металла. К другой группе относятся методы, основанные на восстановлении трёхвалентного кобальта до двухвалентного состояния. Во всех случаях существенное значение имеет выбор электролита – фона для полярографирования.

              радиоактивационные методы;

Существуют методы определения небольших количеств кобальта путём облучения анализируемых образцов нейтронами в ядерных реакторах в горных породах, морских отложениях и метеоритах.

Описано применение y-спектроскопии для определения кобальта в облучённых нейтронами образцах очень чистого кремния, железа, стали и других материалах.

              титриметрические методы;

Наиболее распространенные титриметрические методы определения кобальта основаны на реакциях окисления-восстановления и комплексообразования. Методы, основанные на реакциях осаждения, сравнительно немногочисленные и имеют небольшое значение.

Из окислительно-восстановительных методов наибольшее признание получил метод окисления двухвалентного кобальта до трехвалентного раствором гексацианоферриата калия в слабощелочной среде. Титрование проводится обычно в аммиачном растворе, содержащем цитраты; точку эквивалентности  устанавливают потенциометрическим или амперометрическим способом. Основное достоинство состоит в том, что число мешающих определению элементов невелико и их влияние легко устранить маскировкой.

Известен также ряд перманганатометрических методов. Кобальт осаждают в трехвалентной форме, осадки обрабатывают раствором FeSO4 или другими восстановителями, а затем титруют избыток восстановителя раствором перманганата.

При хроматометрических определениях кобальт обычно также сначала осаждением в виде K2NaCo(NO2)6, обрабатывают его определенным объемом раствора SnCl2, FeSo4 и др. и тируют избытком восстановителя раствором бихромата калия.

В иодометрических методах сначала получают осадок гидроокиси трехвалентного кобальта или арсената кобальта или окисляют раствор двухвалентного кобальта до трехвалентного в бикарбонатном растворе, а затем действуют на полученные соединения раствором иодида калия и титруют выделившийся иод раствором тиосульфата натрия.

Вторая группа важных методов основана на реакциях комлексообразования. Титрование этилендиаминтетрауксусной кислотой, нитрилотриуксусной кислотой и другими комплексонами в настоящее время широко распространено. Имеется несколько вариантов. Один из них состоит в прибавлении к раствору соли кобальта избытка раствора комплексона III и титровании выделившейся при взаимодействии кислоты раствором едкого натра в присутствии кислотно-основных индикаторов. Можно также определить количество выделившейся кислоты иодометрически, прибавляя смесь растворов иодида и иодата калия и титруя выделившийся иод раствором тиосульфата натрия. Более распространенный вариант заключается в комлексонометрическом титровании кобальта в присутствии мурексида, пирокатехинового фиолетового и других металлохромовых индикаторов.

Из методов титрования кобальта по реакциям осаждения следует назвать титрование солей кобальта раствором нитрозохромотроповой кислоты, 1-нитрозо-2-нафтола, рубеановодородной кислоты, антраниловой килоты, ферроцианида калия и др. Конечную точку титрования устанавливают фотометрически, фототурбидиметрически или амперометрически.

1. Метод окислительно-восстановительного титрования

Титрование кобальта раствором K3Fe(CN)6. Титрование ионов кобальта раствором K3Fe(CN)6 в слабощелочной среде было предложено Дикенсом и Маасеном , Томичеком и Фрайбергером и развивалось другими исследователями. Реакция выражается уравнением

Со (II)+Fe (CN)63- = Co (III)+Fe (CN)64- .

Титруют в аммиачном растворе, содержащем хлорид аммо­ния. В этих условиях кобальт образует аммиачные комплексы. Нормальные потенциалы окислительно-восстановительных си­стем характеризуются следующими величинами:

Fe (CN)63- + е = Fe (CN)64-   E =0,36 в

Co(NH3)62+ + e = Co(NH3)63+ E = 0,10 в .

Из сопоставления потенциалов видно, что скачок потенциала в точке эквивалентности невелик. Константа равновесия реакции равна 4,2 • 103, однако позже эта величина была найдена равной 9,8- 104 (в цитратно-сульфатном растворе), откуда следовал вывод, что в точке эквивалентности около 0,34% ко­бальта остается неокисленной. По исследованиям Ярдлея, константа равновесия реакции равна 2- 106.

Аммиачный комплекс кобальта имеет ярко-вишневую окраску, интенсивность которой возрастает по мере приближения к точке эквивалентности. Поэтому данный метод является характерным примером, показывающим преимущества потенциометрической индикации конечной точки титрования по сравнению с использованием цветных индикаторов. Индикаторным электродом в данном методе служит инертный Pt- электрод, потенциал которого до точки эквивалентности связан с соотношением концентрации (активности) компонентов редокс-пары [Co(NH3)6]+2  / [ Co(NH3)6 ] 3+.

Необходимые аппаратура, посуда и реактивы

1.                  Потенциометр типа Р-307.

2.                  Аккумуляторная батарея (2 В).

3.                  Гальванометр типа М 195.

4.                  Нормальный элемент Вестона.

5.                  Платиновый проволочный электрод.

6.                  Хлорсеребряный электрод сравнения.

7.                  Бюретка вместимостью 5 мл.

8.                  Пипетки вместимостью 10 мл и 5 мл.

9.                  Мерный цилиндр вместимостью 20 мл.

10.              Магнитная мешалка.

Реактивы: стандартный 0,035М раствор K3[Fe (CN)6]; 20%-ный раствор хлорида аммония; 25%-ный водный раствор аммиака; контрольный раствор соли кобальта; дистиллированная вода.

Выполнение работы

1. Полученный раствор доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.
2. Заполняют бюретку рабочим раствором K3[Fe (CN)6].
3. Аликвотную часть исследуемого раствора (5 мл) отбирают в стакан для титрования и добавляют к ней 10 мл 20%-го раствора NH4Cl и 10 мл 25%-го раствора аммиака. Полученный раствор разбавляют до 60-70 мл.
4. Погружают в раствор промытые дистиллированной водой электроды и якорь магнитной мешалки.
5. Включают мешалку и проводят  ориентировочное титрование, добавляя титрант порциями по 0,5 мл и измеряя ЭДС после каждой порции титранта.
6. Выполняют 3 точных титрования с новыми аликвотными частями исследуемого раствора, приливая в области скачка порции титранта по 0,1 мл.
7. Содержание кобальта рассчитывают по формуле:

Расчеты

По результатам титрования: находим  содержание кобальта

Находим относительную погрешность:

2. Комплексонометрическое титрование кобальта в присутствии мурексида.

Для титрования кобальта в качестве индикатора удобно использовать мурексид.

HN _ CO       OC _ NH

/    \                /    \

          OC      C – N – C       CO*H2O

\    /                \    /

HN   C          OC   NH

                                                                \

                                                                  ONH4

При выборе подходящих условий определения изменение окраски в точке эквивалентности с жёлтой на фиолетовую очень резкое. Однако существует опасность разрушения комплекса титруемого металла с индикатором при высокой концентрации аммиака благодаря образованию очень устойчивого комплекса с аммиаком. Поэтому при нейтрализации раствора следует обращать внимание на то, чтобы к раствору добавлять возможно меньший избыток аммиака. Это приводит к низкой ёмкости буферного раствора и к тому, что при титровании может измениться pH раствора, что обнаруживается по появлению оранжевой окраски (в растворе, вероятно, образуется соединение Co(H2F) +, F – анион красителя.) 

Ход работы.

Определение  Со2+ в пробе:

Выданную соль кобальта количественно переводим в мерную колбу объемом 100 мл. Отбираем аликвоту 10 мл в колбу для титрования, добавляем несколько капель аммиака (25%-ный раствор) и несколько капель насыщенного водного раствора мурексида, при этом раствор приобретает красную окраску. Затем титруем комплексоном III, концентрация которого равна 0,05М, до перехода с красной окраски раствора до фиолетовой. При значительном изменении pH в процессе титрования, изменение окраски индикатора наблюдается до достижения точки эквивалентности, поэтому к раствору добавляем 1 каплю раствора аммиака и вновь титруем ставший красным раствор до появления фиолетовой окраски.

Расчет массы Со2+ в пробе:

V1,тр Б = 10,8 мл;    V2,тр Б = 10,8 мл;   V3,тр Б = 10,8 мл;

Vмк = 100 мл;    Vал  = 10 мл;

Стр Б = 0,05М;

М(Со) = 58,933 г/моль

Массу Со2+ рассчитываем по формуле:

Вычисляем относительную погрешность:

III Выводы.

1.       Качественный анализ

    В ходе анализа сухой смеси вещества были обнаружены:

       Катионы: Co2+ , K+ , Pb2+

       Анионы: CH3COO-, I-, SO42- .

2.       Количественный анализ

Определили концентрацию сульфат – ионов (Co2+), используя комплексометрический метод и титрование кобальта раствором K3Fe(CN)6. Ошибки титрования составили:

                 Комплексометрический метод : 1,9%

                 Титрование раствором соли свинца : 2,5%.

    Основными причинами ошибок являются:

1. Неточно зафиксированная точка эквивалентности.
2. Погрешности при приготовлении растворов.
3. Недостаточная концентрация растворов.

IV Список литературы:

1)      Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Изд. 5-е, перераб. и доп. Под ред. д-ра хим. наук П.К. Агасяна. М., «Химия», 1973.

2)      Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. пособие для вузов/ В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В. М. Иванов и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. – М.: Высш. шк., 2001.

3)      Крешков А. П., Мочалов К. Н., Михайленко Ю. Я. и др. Бессероводородные методы качественного полумикроанализа: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1979.

4)      Уильямс У. Дж. Определение анионов: Справочник. Пер. с англ. – М.: Химия, 1982.