Практические работы по аналитической химии

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ

 

      Метод применяется для определения содержания различных кислот оснований, кислых и гидролизующихся солей. В основе метода лежит реакция: H⁺ + OH^- = H₂O 

Лабораторная  работа №1. 

Определение содержания щелочи и  соды при совместном присутствии. 

Определение основано на титровании смеси NaOH и Na₂CO₃ стандартным раствором хлороводородной кислоты с двумя индикаторами – фенолфталеином и метиловым оранжевым, применяемыми последовательно.

      При титровании раствора, содержащего эти  вещества, хлороводородной кислотой в присутствии фенолфталеина происходят реакции

NaOH + HCl = NaCl + H₂O,

 

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl. 

      Обесцвечивание  фенолфталеина указывает на то, что  обе реакции полностью завершились, и вместо исходных в растворе имеются NaCl и NaHCO₃. Бесцветный раствор, содержащий NaHCO₃, имеет слабощелочную реакцию, при добавлении метилового оранжевого он окрашивается в желтый цвет, и если продолжить титрование кислотой, будет происходить реакция: 

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂CO_3. 

      Изменение желтой окраски на оранжевую свидетельствует о том, что реакция полностью закончилась.

      Разность  объемов хлороводородой кислоты (V^м.ор_HCI – V^ф-ф_HCI), затраченных на титрование смеси с метиловым оранжевым и фенолфталеином, соответствует половине количества карбоната натрия, присутствующего в растворе. Удваивая эту разность, получают объем кислоты, эквивалентный количеству всего карбоната. Вычитая указанную разность из объема V^ф-ф_HCI, израсходованного на титрование смеси NaOH и NaHCO₃ с фенолфталеином, находят объем кислоты, эквивалентный количеству гидроксида натрия.

      Реактивы, посуда. Хлороводородная кислота HCl – 0,1 н раствор. Фенолфталеин – спиртовой 0,1%-ный раствор. Метиловый оранжевый – 0,1%-ный раствор.

      Колба мерная вместимостью 100 -150 мл. Пипетка  вместимостью 10 мл. Стаканчик весовой (бюкс).

      Анализируемый раствор в мерной колбе вместимостью 100 мл разбавляют до метки дистиллированной водой. Пипетку вместимостью 10 мл 2-3 раза ополаскивают этим раствором, после  чего дозируют аликвоту в коническую колбу вместимостью 100-150 мл, добавляют 3-5 капель 0,1%-ного раствора фенолфталеина и быстро титруют кислотой, чтобы избежать заметного поглощения углекислого газа из воздуха. Записывают отсчет по бюретке (V^ф-ф_HCI),прибавляют в колбу 1-2 капли метилового оранжевого и продолжают титрование до перехода окраски из желтой в оранжевую. Производят второй отсчет по бюретке (V^м.ор_HCI).

      Массу каждого из компонентов анализируемой  смеси рассчитывают по формулам

где m(NaOH)_общ - общая щелочность раствора; M(NaOH) и М(1/2 Na₂CO₃) – молярные массы.

V_k, - объёмы колбы c анализируемым раствором, V_n – объём пипетки.. 
 
 
 
 

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ  ТИТРОВАНИЕ 

Сущность  метода состоит в образовании  в процессе титрования внутрикомплексного соединения определяемого катиона с молекулой титранта. Метод отличается простотой выполнения, быстротой анализа и высокой точностью получения результатом.

      Эквивалент  титрования определяется с помощью  металлоиндикаторов. Металлоиндикатором называют индикатор, изменяющий окраску  в зависимости от концентрации иона металла. Обычно это органическое соединение. 

Лабораторная  работа №2. 

Определение кальция и магния

при их совместном присутствии  в растворе. 

        Определение основано на титровании  раствора, содержащего ионы кальция  и магния, стандартным раствором ЭДТА с двумя индикаторами – эриохромом черным Т и мурексидом. С эриохромом черным Т титрируется сумма кальция и магния; а затем с мурексидом в щелочной среде – только кальций. Разность объемов, затраченных на титрование смеси с разными индикаторами, соответствует содержанию магния в растворе.

      Реактивы, посуда. Этилендиаминтетраацетат натрия двузамещенный – 0,1 н раствор. Аммиачный буферный раствор. Гидроксид натрия NaOH – 20%-ный раствор. Эриохром черный Т (кр.). Мурексид (кр.). Смесь индикаторная – мурексида с хлоридом натрия в соотношении 1:100 (по массе).

Колба мерная вместимостью 100 мл. Пипетка вместимостью 10 мл. Бюретка  вместимостью 25 мл. Колба коническая вместимостью 100-150 мл. Цилиндр мерный вместимостью 100 мл.

      Полученный  от преподавателя анализируемый раствор в мерной колбе вместимостью 100 мл разбавляют водой до метки, перемешивают и отбирают пипеткой 10 мл раствора для титрования.

      В первой пробе определяют сумму кальция  и магния. Для этого разбавляют раствор в колбе для титрования 70-80 мл дистиллированной воды, нагревают до 60-70ºC, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора и индикатора эриохрома черногоТ до образования винно-красной окраски. После этого медленно титруют 0,1 н раствором ЭДТА до изменения окраски из винно-красной в синюю (V₁).

      К другой пробе прибавляют 70-80 мл воды, 2 мл 20%-ного раствора NaOH и индикатора мурексида до образования красной  окраски. Затем титруют 0,1 н раствором  ЭДТА до появления фиолетовой окраски. Затраченный объем ЭДТА соответствует  содержанию кальция (V₂).

      Массу кальция и магния в растворе рассчитывают по формулам

      

где Э(Ca) и Э(Mg) – атомные массы кальция и магния соответственно.

V_k – объём колбы, равный 100 мл; V_n – объём пипетки. 

ОКСИДИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 

      В основе метода лежит реакция О-В. В ходе реакции изменяется Е окислительно-восстановительной системы  при изменении соотношения концентраций  окисленной и восстановленной формы.

      Данный  метод применяется для определения  окислителей и восстановителей  прямым титрованием и для определения ионов, не обладающих переменной валентностью, косвенным титрованием. Методы оксидиметрического титрования классифицируются в зависимости от титранта.  
 
 
 
 
 

ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ 

Лабораторная  работа №3

Определение содержания железа в соли Мора 

      Перманганатометрия  – метод объемного анализа, основанный на реакции окисления анализируемого вещества перманганатом калия (обычно в кислой среде). Известно, что нормальный окислительно-восстановительный потенциал  системы MnO₄^-/Mn²⁺ довольно высокий (1,51 в), а потому KMnO₄ будет окислять многие вещества, нормальные потенциалы которых имеют меньшие значения. По объему израсходованного титрованного раствора KMnO₄ вычисляют количество вещества.

      Окончание титрования устанавливают по появлению  неисчезающей розовой окраски раствора от избыточной капли перманганата. Концентрация раствора KMnO₄ не превышает 0,1н. Раствор готовится заранее и хранится в темном месте или в бутылях из темного стекла. На свету происходит заметное разложение KMnO₄ по схеме: 

4KMnO₄ + 2Н₂О = 4МnO₂↓ + KOH + 3O₂↑. 

      Рекомендуется нормальность раствора KMnO₄определять через 8-10 дней после его приготовления.

      В настоящей работе необходимо определить содержание железа в соли Мора методом  перманганатометрии.

      Работа  состоит из трех частей: 1) установление нормальности раствора KMnO₄ , 2) титрование исследуемого раствора, 3) вычисления.

      Реактивы, посуда. Щавеливая кислота или оксалат натрия – 0,1н. р-р. Кислота серная – 2н. Колба мерная вместимостью – 100 мл. Пипетка вместимостью 10 мл. Бюретка вместимостью 25 мл. Колба коническая вместимостью 100-150 мл. Песочная баня. 

      Часть первая. Определение нормальности раствора KMnO_4. Нормальность раствора KMnO₄ обычно устанавливают по щавелевой кислоте Н₂С₂О₄∙2Н₂О или оксалату натрия Na₂C₂O₄. Лучше применять Na₂C₂O₄, так как эта соль более растворима в воде.

      Взаимодействие  оксалата натрия и щавелевой кислоты  с перманганатом в сернокислой  среде протекает по уравнению: 

           C₂O₄^2- - 2e = 2CO₂             │5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O│2

5C₂O₄^2- + 2 MnO₄^- + 16H⁺ = 10CO₂ + 2 Mn²⁺ + 8H₂O

или

5Na₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 10CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 8H₂O,

и

5H₂C₂O₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 10CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Поэтому массу 1 моль - эквивалента будет  равна: 

ЭNa₂C₂O₄ = М/2 = 134,02/2 = 67,01 г;

Э Н₂С₂О₄∙2Н₂О = М/2 = 126,06/2 = 63.03 г;

ЭKMnO₄ = М/5 = 158,03/5 = 31,61 г.

      Зная  массу 1 моль - эквивалента оксалата натрия, вычисляют навеску этой соли, которую необходимо взять, чтобы  приготовить раствор для определения  нормальности раствора перманганата. При этом растворы оксалата натрия и перманганата должны иметь примерно одинаковую нормальность (например, 0,05н.).

      Для приготовления 100 мл 0,05н. раствора Na₂C₂O₄ нужно взять: 0,05∙67,01∙0,1 = 0,3351 г Na₂C₂O₄. Не следует стремиться брать именно такое количество соли, чтобы получить точно 0,05н. раствор. Нужно сначала на технических весах взять близкую к рассчитанной навеску, например 0,34 г, а затем точно взвесить ее на аналитических весах (это значительно ускоряет и упрощает работу).

      Пусть взятая навеска равна 0,3445 г. Перенести  ее в мерную колбу (избегать потерь), растворить в дистиллированной воде, разбавить раствор до метки и  затем, закрыв колбу пробкой, хорошо перемешать.

      Нормальность  приготовленного раствора Na₂C₂O₄ устанавливается из соотношения:

0,3351 г  Na₂C₂O₄ – 0,05н.

0,3445 г  Na₂C₂O₄ – х  

х = 0,0514н.

      Имея  раствор исходного вещества, приступить к титрованию. В коническую колбу  налить пипеткой 10 мл раствора оксалата натрия, прибавить туда из мерного  цилиндра 5 мл 2н. раствора серной кислоты и смесь не очень сильно нагреть до 70-80⁰ (избегать кипения). Заполнить бюретку со стеклянным краном (перманганат разрушает каучук) раствором KMnO₄ и установить уровень раствора на нуле.

      Поставить колбу с горячим раствором  на белый лист бумаги  и приливать по каплям раствор KMnO₄. Очередную каплю прибавлять после того, как исчезнет окраска от предыдущей. Так поступают в начале титрования, пока образуется катализатор – ионы Mn²⁺. Титрование закончить при появлении неисчезающего в течение 1 мин бледно-розового окрашивания от последней капли раствора.

      Нормальность  раствора KMnO₄ вычислить по уравнению: 

НKMnO₄∙V KMnO₄ = НNa₂C₂O₄∙V Na₂C₂O₄ 

      Часть вторая. Титрование анализируемого раствора.

      Соль  Мора является двойной солью сульфатов железа (II)  и аммония FeSO₄∙(NH₄)₂SO₄∙6H₂O. Так как сульфат аммония не участвует в реакции с перманганатом, то уравнение реакции взаимодействия можно написать только с FeSO₄: 

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