Гравиметрический и титриметрический методы анализа
Задача, основы и область применения методов количественного анализа. Гравиметрическое определение бария. Определение концентрации роданидов по методу Фольгарда. Определение окислительно-восстановительного титрования. Градуировка стеклянной мерной посуды.
| Рубрика | Химия |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.01.2010 |
| Размер файла | 136,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ И ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Методические указания к лабораторным работам
по курсу “Аналитическая химия”
для студентов всех форм обучения
специальности 250400 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов
Нижний Тагил
2004
УДК 543
Составитель Т.С. Мысливец
Научный редактор канд. хим. наук Н.Г. Сергеева
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ И ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ АНАЛИЗА: Методические указания к лабораторным работам по курсу “Аналитическая химия”/Т.С. Мысливец. Нижний Тагил: НТИ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 41 с.
Методические указания предназначены для использования при выполнении студентами очной и заочной форм обучения лабораторного практикума по курсу “Аналитическая химия”.
Теоретическая часть содержит описание видов количественного анализа, формулы расчетов, таблицы и графики, области применения гравиметрии и титриметрии.
Практическая часть включает в себя лабораторные работы по гравиметрическому методу отгонки и осаждения; кислотно-основному, окислительно-восстановительному, комплексонометрическому и осадительному титрованию. Приведены необходимые справочные материалы, требования к безопасности работы и формы отчета по лабораторному практикуму.
Библиогр.: 5 назв. Табл. 13. Рис. 2
Подготовлено кафедрой «Химия».
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», 2004
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Задача, основы и область применения методов количественного анализа
1.1. Классификация методов гравиметрического анализа
1.2. Классификация методов титриметрического анализа
1.2.1. Прямой метод
1.2.2. Обратное титрование (по остатку)
1.2.3. Титрование по замещению
1.3. Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе
2. Количественный анализ
2.1. Гравиметрия
Лабораторная работа № 1. Определение влажности W, выхода летучих веществ V dat и зольности Аdat угля методом отгонки
Лабораторная работа № 2. Определение содержания железа (III) в растворе FeCI3 методом осаждения
Лабораторная работа № 3. Гравиметрическое определение бария в ВаCI2 · 2 H2O
2.2. Титриметрический метод анализа
Лабораторная работа № 4. Градуировка стеклянной мерной посуды
Лабораторная работа № 5. Кислотно-основное титрование. Метод нейтрализации (насыщения)
Лабораторная работа № 6. Окислительно-восстановительное титрование. Перманганатометрия
Лабораторная работа № 7. Окислительно-восстановительное титрование. Хроматометрия
Лабораторная работа № 8. Окислительно-восстановительное титрование. Определение нитрит-ионов йодометрическим методом
Лабораторная работа № 9. Комплексонометрическое титрование. Определение жесткости воды и её умягчение
Лабораторная работа № 10. Осадительное титрование.
Аргентометрия. Определение концентрации роданидов по методу Фольгарда
3. Требования к безопасности при проведении лабораторных работ по аналитической химии
3.1. Общие положения
3.2. Электробезопасность
3.3. Требования к безопасности перед началом работы
3.4. Требования к безопасности во время работы
3.5. Требования к безопасности по окончании работы
3.6. Требования к безопасности в аварийных ситуациях
Библиографический список
1. ЗАДАЧА, ОСНОВЫ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА
Если задача качественного анализа состоит в определении вида компонента, содержащегося в пробе, то количественный анализ определяет содержание в анализируемом образце основного вещества, составных частей и примесей.
Обычно методы количественного анализа классифицируют на химические, физико-химические, физические и биологические.
Биологические методы рассматриваются в курсах фармакологии, биохимии, биологии. Физико-химические и физические (инструментальные) - в рамках предмета физико-химические методы анализа (ФХМА). Химические методы количественного анализа рассматриваются в курсе аналитической химии и включают в себя гравиметрию (весовой анализ) и титриметрию (объемный анализ).
Гравиметрические методы основаны на точном измерении массы определяемого компонента пробы, отделенного от остальных компонентов системы, в элементном виде (устойчивой форме) данного компонента или в виде соединения его точно известного состава. Достоинство метода в очень большой точности, простоте выполнения, хорошей воспроизводимости результатов. Недостаток - трудоемкость и длительность анализа.
Титриметрические методы основаны на измерении объема или массы реагента (титранта У), затраченных на реакцию с определяемым веществом Х. Метод прост, достаточно точен и обладает хорошей воспроизводимостью, но требует подходящих индикаторов для определения конца титрования.
1.1 Классификация методов гравиметрического анализа
По способу отделения определяемого компонента различают методы осаждения, отгонки и выделения.
Метод осаждения. Определяемый компонент раствора вступает
в химическую реакцию с прибавляемым реагентом-осадителем, образуя малорастворимый продукт - аморфный или кристаллический осадок, который отделяют, промывают, высушивают (при необходимости - прокаливают) и взвешивают на аналитических весах (л/р № 2, 3).
Методы отгонки. Определяемый компонент выделяют из анализируемой пробы в виде газообразного вещества и измеряют либо массу отогнанного вещества - прямой метод, либо массу остатка - косвенный метод (л/р № 1). Метод применяют иногда в сочетании с экстракцией: определяемый компонент извлекают из водного раствора органическим реагентом (например, хлороформом) в органическую фазу, которую затем отделяют от водной фазы. Органический растворитель отгоняют и взвешивают полученный сухой остаток.
Метод выделения. Определяемый компонент выделяют (обычно из раствора), например, при электролизе на одном из электродов (электродогравиметрический метод). Затем электрод с выделившимся веществом промывают, высушивают и взвешивают. По увеличению массы электрода с веществом находят массу выделившегося компонента.
1.2 Классификация методов титриметрического анализа
Титриметрические методы подразделяются на прямой, косвенный (по остатку) и титрование по замещению.
1.2.1 Прямой метод
Определяемое вещество Х титруют из бюретки титрантом У
Х + У = ХУ.
аналит титрант
Окончание реакции, или точку эквивалентности ТЭ (где в растворе только продукт ХУ), определяют с помощью подходящего индикатора, имеющего различную окраску до и в точке эквивалентности.
Расчет концентрации определяемого вещества ведется по закону эквивалентов (Дальтона): количество эквивалента определяемого (титруемого) вещества Х равно количеству эквивалента титранта У.
э(Х) = э(У),
Сх Vx = CyVy,
где Сх - концентрация определяемого вещества Х, моль-экв/л,
Су - концентрация титранта У, моль-экв/л,
Vx - объем взятого для анализа раствора исследуемого вещества Х, мл,
Vy - объем пошедшего на титрование раствора титранта У из бюретки, мл.
1.2.2 Обратное титрование (по остатку)
Применяют, когда химические реакции протекают медленно или нет подходящего индикатора в ТЭ: в титруемый раствор вводят титрант У
с фиксированным избытком, т.е. после того как реакция завершится, останется избыток (остаток) титранта У, который титруют другим титрантом Z.
Х + Уизб = ХУ + Уост,
Уост + Z = XZ,
,
где Сz - концентрация титранта Z, моль-экв/л,
Vz - объем пошедшего на титрование раствора титранта Z из бюретки, мл.
1.2.3 Титрование по замещению
X + RAизб = RX + A.
Реагент RA вступает в реакцию замещения с определённым компонентом Х.
Замещенный в этой реакции компонент А затем прямо титруют титрантом Z:
А + Z = АZ,
э(Х) = э(А); э(А) = э(Z),
э(Х) = э(Z),
СхVx = CzVz.
Метод применяют при определении неустойчивых веществ, либо при невозможности подобрать титрант или индикатор для прямого титрования.
1.3 Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе
А. Быстрота и полнота протекания, по возможности, при комнатной температуре.
Б. Строгая стехиометрия (исключение побочных процессов).
В. Примеси не должны мешать проведению анализа.
2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
2.1 Гравиметрия
Лабораторная работа № 1. Определение влажности W, выхода летучих веществ V dat и зольности Аdat угля методом отгонки
Цель работы. Научиться проводить технический анализ угля разных марок, используя гравиметрический метод.
Теоретическая часть. Для получения качественного кокса, который идет на нужды промышленности, необходимо так составить шихту (смесь угля разных марок), что поступает на коксование, чтобы влажность, зольность, содержание летучих веществ укладывались в определенный диапазон (по ГОСТу).
Величины W, V dat и Аdat определяются в лаборатории гравиметрическим методом. Влага находится просушиванием угля в сушильном шкафу при t = 160 0С, где происходит ее полное удаление; зольность и летучие вещества - прокаливанием в муфельной печи при температуре t = 860 0С. Все анализы делаются в параллелях П1, П2, (табл. 1), затем берется средний результат из двух определений.
Приборы и материалы. Мелко размельченные образцы углей (пробы № 1, 2, 3), бюксы для определения влаги, тигли для определения летучих веществ, лодочки для нахождения зольности, фарфоровые ложечки, шпатели, аналитические весы, эксикатор, муфельная печь, сушильный шкаф, муфельные щипцы.
Ход работы. Образцы угля в баночках тщательно перемешивают ложечкой, добиваясь полного усреднения пробы. Затем приступают к определению.
А. Определение выхода летучих веществ V
Сначала доводят тигель до постоянной массы: прокаливают в муфельной печи в течение 20 мин, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры (не менее 10 мин) и затем взвешивают на аналитических весах - полученная масса m.
Затем в тигель добавляют ровно 1 г навески угля в параллелях (т. е. в 2 тигля по 1 г угля одной марки), полученная масса m+1. Тигли закрывают крышками, прокаливают ровно 7 мин при температуре 860 0С, осторожно достают муфельными щипцами, крышки снимают и тигли охлаждают в эксикаторе, взвешивают - полученный результат обозначают как массу m1.
Б. Определение влаги угля W
Перед началом работы бюксы просушивают в сушильном шкафу при температуре 160 0С с открытыми крышками в течение 20 мин, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, взвешивают - определенную массу обозначают как m2. Навеску угля, точно 1 г, добавляют в бюкс (m2+1) и бюкс с углем просушивают 1 ч при t = 160 0С в сушильном шкафу с открытой крышкой.
После просушки бюкс с высушенной навеской быстро закрывают крышкой и охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, а потом снова взвешивают - полученное значение массы записывают как m3.
В. Определение зольности А
Взвешивают предварительно прокаленные в муфельной печи и охлажденные до комнатной температуры лодочки с массой m4, добавляют навеску угля 1 г, масса становится равной m4+1 и ставят на час прокаливаться в муфельную печь при t = 860 0С.
Для того чтобы навеска не горела, а озолялась, на первые 5 мин лодочки ставятся не вглубь печи, а на край, с открытой дверцей. После этого лодочки щипцами продвигают внутрь печи и дверцу закрывают.
Прокаленные лодочки с навеской охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. Масса охлажденной лодочки с зольным остатком равна m5.
Отчет
Результаты расчетов занесите в табл. 1, затем ответьте на контрольные вопросы.
Таблица 1. Опытные данные исследования проб угля
|
Параметры |
Формула |
Проба угля |
|||||||||
|
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
|||||||||
|
П1 |
П2 |
сред- нее |
П1 |
П2 |
сред- нее |
П1 |
П2 |
сред-нее |
|||
|
Массовая доля прокаленного остатка m1, % |
(m5-m4)х х100 %/1 |
||||||||||
|
Влага угля W, % |
[(m2+1) -m3]х х 100 %/1 |
||||||||||
|
Сухое вещество угля m4, % |
100% - W |
||||||||||
|
Зольность угля в пересчете на сухую массу угля Аdat, % |
(m1 100%) m4 |
||||||||||
|
Летучие вещества углей m3, % |
[(m+1)- m1]х х 100 %/1 |
||||||||||
|
Выход летучих веществ на сухую массу, Vdat, % |
(m3 - W) х х100 %/m4 |
Контрольные вопросы
1. Удовлетворяют ли данные образцы угля требованиям ГОСТа (влага, зольность до 10 %, летучие вещества 10-22 %)?
2. Если анализ двух параллелей у вас сильно отличается, попробуйте объяснить, какие ошибки могли быть допущены.
Лабораторная работа № 2. Определение содержания железа (III) в растворе FeCI3 методом осаждения
Цель работы. Научиться проводить количественное определение железа (III), используя гравиметрический метод.
Теоретическая часть. При анализе растворов солей трехвалентного железа ион Fe3+ осаждают в виде гидроксида железа (III) действием гидроксида аммония:
FeCI3 + NH4OH = NH4CI + Fe(OH)3.
Получающийся при осаждении гидроксид железа представляет собой типичный аморфный осадок, легко образующий коллоидные растворы. Во избежание этого осаждение нужно вести при нагревании и в присутствии электролита-коагулятора. Осадок фильтруют, промывают, высушивают в сушильном шкафу при температуре 160 0С и прокаливают в муфельной печи. Долгого прокаливания необходимо избегать, так как оксид железа (III) может восстановиться:
6Fe2O3 = 4Fe3O4.
При прокаливании Fe(OH)3 теряет воду и превращается в безводный оксид железа (III), который затем взвешивают:
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.
Приборы и материалы. Пронумерованные растворы солей железа (выдаются преподавателем), 100 мл 2 н HNO3, 1 л 10 % раствора NH4OH, раствор AgNO3, 0,5 л 2 % раствора NH4NO3, электроплитки, водяные бани, 8 стаканов (V = 200-300 мл), 4 воронки 9 мм, стеклянные палочки, мерные цилиндры (цена деления - 1 мл), фильтр «красная (белая) лента» 9 см, тигли маркированные, эксикатор с прокаленным СaCI2, тигельные щипцы.
Ход работы. Раствор соли железа подкисляют 3-5 мл азотной кислоты и нагревают на водяной бане, после чего проводят осаждение, добавляя гидроксид аммония по каплям до ощутимого запаха аммиака. Затем содержимое стакана хорошо перемешивают стеклянной палочкой, добавляют 100-150 мл горячей дистиллированной воды. Далее дают отстояться жидкости с осадком 5 мин и делают пробу на полноту осаждения Fe3+осторожным добавлением 1-2 мл NH4OH. После этого сразу же проводят фильтрование через фильтр «красная (белая) лента» декантацией (т.е., жидкость над осадком осторожно сливают на фильтр по стеклянной палочке, стараясь не взмучивать осадок, затем, убедившись в прозрачности фильтрата, его также сливают), промывая осадок в стакане горячей промывной жидкостью (2 % раствор NH4NO3) 2-3 раза. Количественно переносят осадок на фильтр до отрицательной реакции фильтрата на ион Cl- (т.е. до тех пор, пока порция промывных вод, подкисленная HNO3, не перестанет давать мути с AgNO3).
Фильтр с осадком подсушивают в сушильном шкафу, слегка влажным переносят в тигель, доведённый до постоянной массы. Озоляют фильтр с осадком в тигле на электроплитке, затем прокаливают в муфельной печи до постоянного веса. Вычисляют массу железа mFe, г, массу чистого FeCI3 в растворе, г, а после уточнения данных о величине mн «грязной» навески FeCI3 у преподавателя - массовую долю хлорида железа в навеске w.
mFe = a = а0,6994,
= a,
w =100 %,
где а - вес найденного осадка, г,
,- факторы пересчета, или аналитические множители.
Отчет
Опишите ход лабораторной работы, заполните табл. 2 и ответьте на контрольные вопросы.
Таблица 2. Опытные данные лабораторной работы определения массы железа III в растворе
|
Масса чистого FeCI3 в растворе, г |
Масса железа, г |
Массовая доля хлорида железа в навеске, % |
|
Контрольные вопросы
1. Выпадающий в осадок гидроксид железа - типичный аморфный осадок. Объясните, зачем для его получения раствор хлорида железа подкисляют азотной кислотой?
2. Что играет роль электролита-коагулянта в данной лабораторной работе? Напишите реакцию его образования.
3. Как вы думаете, почему осаждение надо вести при нагревании?
4. Почему после осаждения железа необходимо разбавить раствор, для чего и приливается 100-150 мл горячей воды? Как вы думаете, почему раствор хлорида железа не стоит разбавлять перед осаждением?
5. Почему фильтрование проводится через фильтр “красная (белая) лента”? Какие еще виды фильтров бывают и где они применяются?
6. Объясните, почему нельзя долго прокаливать осадок гидроксида железа.
7. Зачем необходимо озолять фильтр с осадком перед прокаливанием?
Лабораторная работа № 3. Гравиметрическое определение бария в ВаCI2 2 H2O
Цель работы. Научиться проводить количественное определение бария, используя гравиметрический метод.
Теоретическая часть. Ион Ba2+ образует ряд труднорастворимых солей: карбонат, оксалат, гидроортофосфат, хромат, сульфат и др. Наименее растворимым является сульфат бария (ПР = 1,1 10-10). Вещество хорошо удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к осадкам в весовом анализе, но имеет склонность к образованию мелких кристаллов, которые при фильтровании могут проходить сквозь поры фильтра. Поэтому следует обратить особое внимание на создание условий, благоприятствующих образованию крупнокристаллических осадков.
Приборы и материалы. Плитки, асбестовые сетки, стеклянные палочки, тигли с крышками, муфельная печь, эксикатор с прокаленным CaCI2, щипцы, реактив ВаCI2 2 H2O, стаканы на 400 мл, 100 мл 2 н раствора НСI, 100 мл 2 н раствора H2SO4, воронки 6 см - не менее 5 шт., фильтр «синяя лента» 9 см, разбавленная азотная кислота, конические колбы на 250 мл, раствор AgNO3, дистиллированная вода.
Ход работы. Выданные навески ВаCI2 2 H2O (масса от 0,3 до 0,6 г) переносят в химические стаканы на 400 мл и растворяют в 100 мл дистиллированной воды, прибавляют 3-5 мл 2 н раствора НСI и нагревают на асбестовой сетке до начала кипения. Кипение недопустимо, в этом случае происходит потеря ионов бария вследствие разбрызгивания. Параллельно в другой колбе нагреть почти до кипения около 3-5 мл 2 н раствора H2SO4, предварительно разбавленной 30 мл дистиллированной воды. Затем стакан с горячим раствором серной кислоты ставят на стол и медленно прибавляют при энергичном помешивании палочкой горячий раствор хлорида бария (примерно по 2-3 капли в секунду).
А. Созревание осадка
Когда приливание серной кислоты закончено, палочку дочиста ополаскивают над стаканом струйкой воды из промывалки, накрывают часовым стеклом или листом бумаги и оставляют стоять не менее 12 часов для укрупнения частиц осадка.
Б. Фильтрование и промывание осадка
Для фильтрования осадка берут плотный фильтр «синяя лента», его хорошо пригоняют к воронке и вставляют в коническую колбу. Затем декантируют жидкость над осадком по стеклянной палочке на фильтр, фильтрат проверяют на наличие мути (если мутный, следует профильтровать через тот же фильтр) и, если он прозрачный, выливают из колбы. После этого 3-4 раза промывают осадок декантацией горячей дистиллированной водой, слегка подкисленной соляной кислотой (2 мл 2 н HCI на 100 мл воды), затем, взмутив осадок, его фильтруют. Приставшие к стенкам стакана частицы осадка удаляют, оттирая их стеклянной палочкой с надетым резиновым наконечником и смывая струей воды из промывалки. Осадок на фильтре промывают горячей дистиллированной водой (без соляной кислоты!) до тех пор, пока в фильтрате жидкость, слегка подкисленная азотной кислотой, не перестанет давать муть при добавлении нитрата серебра.
В. Высушивание и прокаливание осадка. Расчеты
Подсушив фильтр с осадком, его переносят в доведенный до постоянного веса тигель, осторожно озоляют на электроплитке при закрытой крышке и прокаливают в муфельной печи 20 мин до обеления содержимого тигля, затем остужают в эксикаторе. Масса бария в осадке mВа, масса навески хлорида бария и процентное содержание бария в навеске хлорида mBa% соответственно равны:
mВа =,
=,
mBa% = ,
где - масса получившегося при прокаливании сульфата бария,г,
,, - молярная масса хлорида, сульфата бария и элемента бария соответственно, г/моль.
Отчет
Результаты работы оформите в виде табл. 3 и ответьте на контрольные вопросы.
Таблица 3. Опытные данные лабораторной работы определения массы бария в растворе
|
Масса тигля, г |
Масса тигля с прокаленной навеской, г |
Масса осадка, г |
Масса бария в осадке, г |
Навеска бария двуводного, г |
Вычисленная по осадку навеска , г |
Содержание бария в навеске, mBa% |
|
Контрольные вопросы
1. Перечислите требования к осаждаемой форме в гравиметрическом анализе
2. Какие условия благоприятны для образования крупнокристаллических осадков и почему?
3. Объясните, почему прибавляют хлорид бария к серной кислоте, а не наоборот.
4. Зачем необходимо добавление соляной кислоты к хлориду бария перед осаждением?
5.Сравните значение массы растворенной навески и навески, вычисленной по образовавшемуся осадку бария, объясните разницу (если она есть).
2.2 Титриметрический метод анализа
Лабораторная работа № 4. Градуировка стеклянной мерной посуды
Цель работы. Научиться самостоятельно градуировать стеклянную мерную химическую посуду с учетом температуры и давления воздуха.
Теоретическая часть. Градуировка необходима, так как посуда, изготовленная на заводе, не всегда соответствует техническим нормативам и диаметр пипеток (бюреток, мерных колб) не отвечает требованиям стандарта, что приводит к значительным ошибкам при химическом анализе.
Химическую посуду градуируют следующим образом: в сухую мерную колбу (пипетку, бюретку) набирают дистиллированную воду до метки, а затем взвешиванием на аналитических весах определяют вес жидкости mв. Пользуясь справочными данными о плотности воды при различных значениях температуры, рассчитывают объем взвешенной жидкости при данной температуре Vв. После этого расчеты не заканчиваются, так как принято пересчитывать объем жидкости к тому объему, который бы занимала бы жидкость при температуре 20 0С. При этом учитывается то обстоятельство, что химическое стекло при изменении температуры расширяется или сжимается.
Приборы и материалы. Химическая посуда 1-го и 2-го классов точности: бюретки на 25 и 50 мл, пипетки на 1, 2, 5, 15, 25, 50 мл, мерные колбы на 25, 50, 100, 250 мл.
Ход работы. Процедура градуировки предусматривает несколько этапов.
А. Калибровка мерных колб
Взвешивают налитую в мерную стеклянную посуду воду mв.
2. Рассчитывают объем взвешенной жидкости и по данным табл. 4 находят значение объема W для температуры и атмосферного давления, которые были зафиксированы во время взвешивания. Искомый объем взвешенной жидкости при температуре и давлении во время проведения опыта будет равен
Vв = W mв /1000.
Таблица 4. Объем W 1000,00 г воды при различных температурах
|
Температура t, 0С |
Удельный вес воды, в, г/cм3 |
Объем при атмосферном давлении |
|||
|
740 мм. рт. ст. W740, мл |
760 мм. рт. ст. W760, мл |
780 мм. рт. ст. W780, мл |
|||
|
15 |
0,99913 |
1001,92 |
1001,95 |
1001,98 |
|
|
16 |
0,99897 |
1002,08 |
1002,11 |
1002,13 |
|
|
17 |
0,99880 |
1002,24 |
1002,27 |
1002,30 |
|
|
18 |
0,99862 |
1002,42 |
1002,45 |
1002,48 |
|
|
19 |
0,99843 |
1002,61 |
1002,64 |
1002,66 |
|
|
20 |
0,99823 |
1002,80 |
1002,83 |
1002,86 |
|
|
21 |
0,99802 |
1003,01 |
1003,04 |
1003,07 |
|
|
22 |
0,99780 |
1003,23 |
1003,26 |
1003,29 |
3. Определяют объем воды, который был бы при температуре 20 0С. По данным табл. 5 находят суммарную поправку ? W в последнем столбце на расширение стекла и удельный вес воды при температуре градуировки. Далее по формуле вычисляют окончательный объем мерной посуды при 20 0С:
Vв20 = Vв (1 + ?W/1000).
Таблица 5. Поправки на расширение стекла и удельный вес воды и суммарная поправка в зависимости от температуры.
|
Температура t, 0С |
Поправка на стекло, мл |
Поправка на воду, мл |
Суммарная поправка ? W, мл |
|
|
15 |
0,13 |
0,90 |
1,03 |
|
|
16 |
0,10 |
0,74 |
0,84 |
|
|
17 |
0,08 |
0,57 |
0,65 |
|
|
18 |
0,05 |
0,39 |
0,44 |
|
|
19 |
0,03 |
0,20 |
0,23 |
|
|
20 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
21 |
-0,03 |
-0,21 |
-0,24 |
|
|
22 |
-0,05 |
-0,43 |
-0,48 |
Б. Калибровка бюретки
Заполняют табл. 6 и строят по этим данным точечный график зависимости ошибки объема V, мл, от прибавленного объема V, мл, из бюретки. Ошибка объема может быть как положительной (рис. 1), так и отрицательной.
V, мл
V, мл
Рис.1. График калибровки бюретки
Таблица 6. Опытные данные по калибровке бюретки
|
Объем воды, показанный на бюретке, V, мл |
Масса воды mв, г |
Искомый объем взвешенной жидкости V, мл |
Ошибка объема, ?V, мл, ?V= V ?V |
|
|
5 |
||||
|
10 |
||||
|
15 |
||||
|
20 |
||||
|
25 |
||||
|
30 |
||||
|
35 |
||||
|
40 |
||||
|
45 |
||||
|
50 |
В. Калибровка пипеток
С помощью резиновой груши набирают воду в пипетку до метки и затем сливают объем воды, на который рассчитана пипетка, в предварительно взвешенный сухой стакан, затем взвешивают массу налитой воды mв. Дальнейшие действия проводят так же, как и для мерных колб.
Отчет
Обработайте полученные результаты и сделайте вывод, используя данные табл. 7, о возможности использования полученной вами мерной посуды для работы. Спросите преподавателя о классе химической посуды, если он не указан.
Таблица 7. Допускаемые в миллилитрах отклонения от вместимости химической посуды при 20 0С.
|
1. ПИПЕТКИ |
|||||
|
Вместимость, мл |
Без делений с одной меткой |
С двумя и более делениями |
|||
|
Класс |
|||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
||
|
50 |
0,05 |
0,01 |
0,08 |
0,16 |
|
|
25 |
0,04 |
0,08 |
0,05 |
0,10 |
|
|
20 |
0,03 |
0,06 |
0,05 |
0,10 |
|
|
15 |
0,03 |
0,06 |
0,05 |
0,10 |
|
|
10 |
0,02 |
0,04 |
0,05 |
0,10 |
|
|
5 |
0,01 |
0,02 |
0,025 |
0,05 |
|
|
2 |
0,005 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
|
|
1 |
0,005 |
0,01 |
0,005 |
0,01 |
|
|
0,5 |
0,005 |
0,01 |
0,005 |
0,01 |
|
|
2. МЕРНЫЕ КОЛБЫ |
|||||
|
Вместимость, мл |
Класс |
||||
|
1 |
2 |
||||
|
наливные |
отливные |
наливные |
отливные |
||
|
2000 |
0,5 |
1,00 |
1,00 |
2,00 |
|
|
1000 |
0,3 |
0,60 |
0,60 |
1,20 |
|
|
500 |
0,15 |
0,30 |
0,30 |
0,60 |
|
|
250 |
0,10 |
0,20 |
0,20 |
0,40 |
|
|
200 |
0,10 |
0,20 |
0,20 |
0,40 |
|
|
100 |
0,10 |
0,20 |
0,20 |
0,40 |
|
|
50 |
0,05 |
0,10 |
0,10 |
0,20 |
|
|
25 |
0,03 |
0,06 |
0,06 |
0,12 |
|
|
10 |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
0,08 |
|
|
5 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,04 |
|
|
3. БЮРЕТКИ |
|||||
|
Вместимость, мл |
Класс |
||||
|
1 |
2 |
||||
|
100 |
0,1 |
0,20 |
|||
|
50 |
0,05 |
0,10 |
|||
|
25 |
0,05 |
0,10 |
|||
|
10 |
0,25 |
0,50 |
Лабораторная работа № 5. Кислотно-основное титрование. Метод нейтрализации (насыщения)
Цель работы. Изучить метод нейтрализации, научиться готовить растворы установочных веществ (тетрабората и карбоната натрия), растворы вторичных стандартов (соляной кислоты и едкого натра), а также на практике провести прямое (карбоната натрия) и обратное (аммиака) кислотно-основное титрование. Общетеоретическая часть. К методу кислотно-основного титрования относятся титриметрические определения, в основе которых лежит равновесие:
Н+ + ОН- Н2О.
Данным методом определяется содержание кислот, щелочей и солей, образующих в результате ионизации или гидролиза ионы водорода или гидроксила.
Этап 1. Приготовление раствора установочного вещества тетрабората натрия (или карбоната натрия)
Приборы и материалы. Тетраборат натрия (или карбонат натрия), дистиллированная вода, аналитические весы, мерные колбы на 100 мл, стеклянные стаканы на 100 мл, стеклянные палочки.
Теоретическая часть. Применение тетрабората натрия (техническое название - бура) в методе нейтрализации основано на том, что соль слабой борной кислоты H3BO3 (К1 = 610 -10) и сильного основания NaOH в водных растворах подвержена гидролизу по аниону:
В4О7 2- + 7НОН = 4Н3ВО3 + 2ОН-.
Образующиеся при гидролизе гидроксильные ионы вступают в реакцию с ионами водорода прибавляемой кислоты.
Тетраборат натрия (как и карбонат натрия) удовлетворяет требованиям, предъявленным к установочным веществам, поэтому его раствор можно приготовить растворением точной навески в определённом объёме воды.
Масса навески, необходимая для приготовления требуемого объема V (взять объем 100 мл) раствора тетрабората натрия (карбоната натрия) заданной концентрации CNy (взять 0,1 н) находится по формуле:
my = 10-3 fy My CNy V,
где fy, My, CNy, V - соответственно фактор эквивалентности, молекулярная масса, нормальность и объем раствора тетрабората натрия (или карбоната натрия).
Ход работы. Рассчитанную навеску отвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г в стаканчике и растворяют в 50 мл горячей дистиллированной воды (тетраборат плохо растворяется в холодной воде), помешивая содержимое стеклянной палочкой. Затем раствор переливают в мерную колбу (на 100 мл) и доводят водой до метки, охлаждают потоком водопроводной воды до комнатной температуры, колбу закрывают пробкой и хорошо перемешивают.
Этап 2. Приготовление рабочего раствора примерно 0,1 н соляной кислоты
Приборы и материалы. Концентрированный раствор соляной кислоты, ареометры, цилиндр на 250 мл, мерная колба на 1 л, растворы тетрабората натрия или карбоната натрия, полученные на этапе 1.
Теоретическая часть. Соляная кислота не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к исходным веществам, поэтому сначала готовят примерно 0,1 н раствор из концентрированной кислоты. Процентное содержание хлористого водорода C, %, в концентрированной кислоте находят по значению плотности , г/мл, в справочнике. Плотность предварительно измеряют ареометром по нанесенной на нем шкале: осторожно опускают его в цилиндр с концентрированной кислотой, следя за тем, чтобы ареометр свободно плавал и не касался стенок цилиндра. Затем рассчитывают необходимый объем концентрированной кислоты Vk, мл для приготовления указанного преподавателем объёма примерно 0,1 н раствора.
Vk = 0,1fx Mx CNX Vx/(C % ),
где Vx- объём приготовляемого раствора кислоты, мл,
CNX - его нормальность; моль-экв/л,
Mx- молекулярная масса соляной кислоты, г/моль.
Ход работы. Для приготовления раствора необходимо отмерить мерным цилиндром рассчитанный объём концентрированной кислоты и разбавить его водой до требуемого количества Vx. Полученный примерно 0,1 н раствор хорошо перемешать, а затем определить его точную концентрацию по раствору установочного вещества - тетрабората натрия (или карбоната натрия) - известной концентрации, полученному на этапе 1.
Этап 3. Установление нормальности рабочего раствора соляной кислоты по раствору тетрабората натрия (или карбоната натрия)
Приборы и материалы. Метилрот (или метилоранж), раствор тетрабората натрия (или карбоната натрия), полученный на этапе 1, колбы на 250 мл, дистиллированная вода, раствор соляной кислоты, полученный на этапе 2.
Теоретическая часть. Реакция протекает согласно уравнению:
Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O =2NaCl + 4H3BO3.
В точке эквивалентности раствор содержит только хлорид натрия и борную кислоту, которая обуславливает его слабокислую реакцию.
Величину рН раствора в точке эквивалентности можно рассчитать как для раствора слабой кислоты. Концентрация ионов водорода в растворе равна
[H+] =
рН = 1/2рКа - 1/2lgCH3BO3.
Концентрация борной кислоты в точке эквивалентности будет порядка 10-1 н, тогда:
рН = 1/2 9,2 - 1/2 lg10-1 = 5,1.
Следовательно, титрование нужно вести с метилротом, показатель титрования рТ которого равен 5.
Можно титровать и с метиловым оранжевым (рТ = 4), однако при этом затрачивается некоторый избыток кислоты, т.к. точка эквивалентности наступит при рТ = 5, а индикатор изменит окраску при рТ = 4. Титрование в этом случае следует вести до перехода желтой окраски в оранжевую (а не в красную!). Избыточную кислоту можно учесть постановкой холостого опыта. Для облегчения наблюдения за изменением окраски можно титровать со «свидетелем».
Ход работы
Приготовление «свидетеля». В коническую колбу наливают 10-15 мл раствора тетрабората и доводят его объём водой примерно до 50 мл. Индикатора добавляют столько же, сколько будет налито при титровании, при этом раствор окрашивается в жёлтый цвет.
По сравнению со «свидетелем» легко заметить появление жёлтой окраски при следующем титровании испытуемого раствора.
Выполнение титрования. В три колбы ёмкостью 100-250 мл пипеткой наливают по 20 или 25 мл приготовленного раствора тетрабората натрия и прибавляют по 2 капли метилоранжа (наблюдается жёлтое окрашивание). Затем из бюретки приливают небольшими порциями (при постоянном помешивании круговыми движениями) раствор соляной кислоты до перехода окраски из желтой в розовую. Первое титрование считают ориентировочным; его проводят только для приблизительного определения объёма кислоты, расходуемого на титрование. При этом можно приливать кислоту порциями по 1 мл.
Предположим, что после приливания 23 мл кислоты индикатор имеет ещё жёлтую окраску, а после прибавления 24 мл цвет становится розовым. Следовательно, эквивалентная точка лежит в пределах объёма кислоты 23-24 мл. Затем титрование повторяют ещё дважды. Теперь до 23 мл кислоту можно прибавлять быстро, а затем медленно, до появления слабо-розовой окраски (сравнение со «свидетелем»). Отсчёт объёма кислоты производят с точностью до сотых долей миллилитров (на глаз). Нормальность кислоты можно считать установленной правильно, если результаты двух титрований расходятся не более 0,05 - 0,10 мл. В противном случае титрование повторяют до сходящихся результатов. Затем проводят холостой опыт.
Проведение холостого опыта. Вычисление объема одной капли. Из бюретки выливают 50-100 капель раствора, отмечают объём и делят его на число капель. В колбу наливают объём воды, примерно равный объёму раствора после титрования, добавляют 2 капли индикатора и из бюретки приливают по каплям соляную кислоту до той окраски, какую имеет раствор в колбе после титрования тетрабората. На проведение холостого опыта должно пойти не более
1-2 капель кислоты. Затем из объёма кислоты, пошедшей на титрование тетрабората натрия, вычитают объём кислоты, израсходованной на холостой опыт. Так, если на титрование затрачено 23,55 мл кислоты, а на холостой опыт - 2 капли, и объём одной капли равен 0,03 мл, то для расчёта нормальности соляной кислоты берут объём
V = 23,55 - 2 0,03 = 23,49 мл.
Вычисления: для определения нормальности соляной кислоты берут среднее арифметическое из результатов титрования с учётом холостого опыта. Расчет ведут по уравнению:
= CNтб Vтб/ VHCl,
где VHCl и - объём, мл, и нормальность, моль-экв/л, раствора соляной кислоты,
Vтб и CNтб - объём, мл, и нормальность, моль-экв/л, раствора тетрабората натрия.
При титровании с метилротом поправка на холостой опыт не требуется.
Этап 4
Определение содержания Na2CO3 в растворе соды
Приборы и материалы. Растворы соды с неизвестной концентрацией, метилоранж, раствор соляной кислоты, полученный на этапе 2 и стандартизированный на этапе 3.
Теоретическая часть. Карбонат натрия как соль слабой двухосновной угольной кислоты и сильного основания подвержен гидролизу, протекающему в две ступени:
CO32-+ HOH = HCO-3 + OH-, (1)
HCO-3 + HOH = CO32- + OH-. (2)
Поэтому нейтрализация раствора карбоната натрия кислотой тоже протекает ступенчато:
СO2-3 + H+ = HCO-3, (3)
HCO3- + H+ = H2CO3. (4)
Реакция (4) является обратной реакции диссоциации угольной кислоты по 1-й ступени (рН1 = 6,5), а реакция (3) - диссоциации по 2-й ступени (рН2 = 10,2).
На кривой титрования отмечаются 2 скачка, имеется 2 ТЭ (рис. 2).
рН
1 2
Vф/ф Vм/о VHCI
Vсуммарный
Рис. 2. Схема титрования карбоната натрия соляной кислотой
Первая точка эквивалентности 1 соответствует нейтрализации по 1-й ступени формулы (1), а вторая (ТЭ 2) по 2-й ступени формулы (2), величина рН в растворе бикарбоната (первая ТЭ) рассчитывается по формуле:
[H+] =,
рН = = = 8,32. (5)
Величина рН раствора угольной кислоты (вторая ТЭ) определяется, в основном, диссоциацией по 1-й ступени, поэтому:
[H+] =,
рН = Ѕ рК1 - lgCн2со3. (6)
Если концентрация раствора угольной кислоты равна 0,1 моль/л, то
рН = Ѕ 6,5 -1/2 lg10-1 = 3,85,
следовательно, наиболее подходящим индикатором при титровании по первой ступени является фенолфталеин (рТ = 9), а при титровании по второй - метилоранж (рТ = 4).
Объёмы кислоты, необходимые на титрование 1-й и 2-й ступеней должны быть равны, т.е.
Vф/ф= Vм/о = 1/2 Vсум.
Титрование с фенолфталеином до NaHCO3 не является достаточно точным, поэтому его проводят с метилоранжем до перехода из жёлтой окраски в слабо-розовую. Реакция протекает по уравнению:
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2CO3. (7)
Ход работы. Растворы соды с неизвестной концентрацией, метилоранж, 0,1 н раствор соляной кислоты, полученный на этапе 2.
К растворам соды прибавляют по 2 капли метилоранжа и титруют раствором соляной кислоты до слабо-розовой окраски. Содержание карбоната натрия рассчитывают по формуле:
= f,
где VHCI- объем соляной кислоты, пошедший на титрование, мл,
- молекулярная масса карбоната натрия, г/моль,
f- фактор эквивалентности карбоната натрия,
- нормальность раствора соляной кислоты, моль-экв/л.
Этап 5
Установление нормальности раствора NaOH по соляной кислоте
Приборы и материалы. Раствор соляной кислоты, полученный на этапе 2, пипетки, конические колбы на 100-200 мл, индикатор фенолфталеин, дистиллированная вода, бюретки.
Теоретическая часть. Реакция идет по уравнению:
NaOH + HCI = NaCI + H2O.
За точкой эквивалентности среда становится щелочной и индикатор меняет окраску.
Ход работы. В две колбочки пипеткой наливают по 25 мл раствора соляной кислоты, полученного на этапе 2, добавляют 2 капли фенолфталеина и титруют из пипетки щелочью, данной преподавателем, до перехода окраски в чуть розовый цвет. Нормальность гидроксида натрия равна, моль-экв/л:
= ,
где VHCI- объем соляной кислоты, мл,
- нормальность раствора соляной кислоты, моль-экв/л,
VNaOH- объем гидроксида, пошедшего на титрование, мл.
Этап 6
Определение содержания NH3 в испытуемом растворе методом обратного титрования
Приборы и материалы. Растворы аммиака с неизвестной концентрацией, метилрот или метилоранж, 0,1 н раствор соляной кислоты, полученный на этапе 2, раствор гидроксида, стандартизированного на этапе 5, пипетки на 10 и 25 мл, колбы на 50 мл.
Теоретическая часть. Из-за летучести аммиака в процессе титрования возможны его потери, поэтому аммиак определяют обратным титрованием.
К испытываемому раствору аммиака добавляют заведомый избыток титрованного раствора соляной кислоты, полученного на этапе 2, а затем избыток кислоты оттитровывают раствором едкого натра, стандартизованного на этапе 5. Происходят следующие реакции:
NH4OH + HCI = NH4CI + H2O,
HCIизб + NaOH = NaCI + H2O.
В точке эквивалентности в растворе содержатся NH4CI и NаCI, следовательно, значение рН будет определяться с помощью процесса гидролиза хлорида аммония по уравнению:
NH4CI + HOH NH4OH + HCI.
Величина рН рассчитывается по формуле:
,
рН = 7 - 1/2 рК NH4CI - Ѕ lgСNH4CI.
Вычисленная величина рН = 7 - 4,75/2 - Ѕ lg0,1 = 5,13, поэтому лучше использовать индикатор метилрот (рТ = 5), если же использовать метилоранж (рТ = 4), титрование ведут до желто-оранжевой окраски из желтой.
Ход работы. После получения двух колбочек с испытуемым раствором в каждую из них вводят пипеткой по 25 (или 10) мл раствора НСI, полученного на этапе 2, добавляют 2-3 капли метилрота или метилоранжа и титруют гидроксидом натрия, стандартизованного на этапе 5 соответственно до оранжево-красной или оранжево-желтой окраски, в зависимости от индикатора. Содержание аммиака, г:
m = 10-3 (VHCI - VNaOH ) f MNH3,
где VHCI- объем соляной кислоты, мл,
MNH3- молекулярная масса аммиака, г/моль,
f- фактор эквивалентности аммиака,
- нормальность раствора соляной кислоты, моль-экв/л,
- нормальность раствора гидроксида натрия, моль-экв/л.
Отчет
Опишите ход лабораторной и оформите результаты в виде табл. 8, ответьте на контрольные вопросы.
Таблица 8. Опытные данные опыта лабораторной метода нейтрализации
|
Масса навески, тетрабората натрия (карбоната натрия), г |
Требуемый объем тетрабората натрия (карбоната натрия), мл |
Нормальность (средняя) раствора соляной кислоты, |
Подобные документы
Определение кристаллизационной воды в хлориде бария. Установка титра рабочего раствора соляной кислоты. Метод кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Определение содержания ионов в растворе методом качественного анализа.
лабораторная работа [193,3 K], добавлен 12.03.2012Классификация методов титраметрического анализа. Сущность метода "нейтрализации". Приготовление рабочих растворов. Расчет точек и построение кривых кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Достоинства и недостатки йодометрии.
курсовая работа [383,9 K], добавлен 17.11.2013Отличительные признаки окислительно-восстановительных реакций. Схема стандартного водородного электрода. Уравнение Нернста. Теоретические кривые титрования. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, перманганатометрия.
курсовая работа [319,6 K], добавлен 06.05.2011Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, йодометрия и дихроматометрия. Окраска окисленной и восстановленной формы. Фиксирование точки эквивалентности.
реферат [24,7 K], добавлен 23.02.2011Систематический анализ, реакции и анализ смеси катионов. Анализ анионов и сухой соли. Гравиметрический метод анализа, метод нейтрализации, процентное содержание кислот. Методы окислительно-восстановительного титрования, перманганатометрия и йодометрия.
лабораторная работа [64,8 K], добавлен 19.11.2010Особенности методов окислительно-восстановительного титрования. Основные требования к реакциям, константа равновесия. Характеристика видов окислительно-восстановительного титрования, его индикаторы и кривые. Приготовление и стандартизация растворов.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.12.2014Титриметрический метод анализа. Теория броматометрического метода анализа. Техника титрования. Достоинства и недостатки броматометрического метода. Фенолы. Определение фенола. Химические реакции, используемые в методах титриметрии.
курсовая работа [35,9 K], добавлен 26.03.2007Проведение качественного анализа смеси неизвестного состава и количественного анализа одного из компонентов по двум методикам. Методы определения хрома (III). Ошибки определения по титриметрическому и электрохимическому методу и их возможные причины.
курсовая работа [130,8 K], добавлен 17.12.2009Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Факторы, оказывающие влияние на скорость реакции. Специфические и редокс-индикаторы. Сущность перманганатометрии, иодометрии, дихроматометрии. Приготовление раствора дихромата калия.
презентация [940,6 K], добавлен 19.03.2015Классификация физико-химических методов анализа веществ и их краткая характеристика, определение эквивалентной точки титрования, изучение соотношений между составом и свойствами исследуемых систем. Метод низкочастотного кондуктометрического титрования.
учебное пособие [845,9 K], добавлен 04.05.2010
