Аналитическая химия качественный и количественный анализ. Учебное пособие

3) рассчитайте массыопределяемых веществ вобъёме мернойколбы:

где Vм.к – объём мерной колбы, мл, Vа – объём анализируемого раствора, взятого для титрования, мл.

Опыт 4. Определение карбонатной жесткости минеральной воды. Определение основано на нейтрализации гидрокарбонат-ионов

HCO3 соляной кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого.

Методика выполнения. Одну бюретку промойте дистиллированной водой, ополосните минеральной водой и заполните до нулевой отметки. Вторую бюретку заполните 0,1 н. раствором HCl аналогичным способом.

В три конические колбы для титрования отберите из бюретки по 25…50 мл минеральной воды, добавьте 3-5 капель индикатора метилового оранжевого и оттитруйте до перехода оранжевой окраски в розовую. Запишите объем (V) кислоты, пошедшей на титрование. Титрование повторите три раза.

Результаты титрования занесите в таблицу.

1) напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молеку- лярной формах;

41

где cэк(HCl) ) – молярная концентрация эквивалентов соляной кислоты, моль/л; V(HCl) – объём кислоты, израсходованной на титрование, мл; Мэк(HCO3 ) – молярнаямасса эквивалентов гидрокарбонат-ионов, г/моль;

Vм.воды – объём минеральной воды, взятый для титрования, мл;

3) укажите:

а) рабочее вещество и определяемое вещество, б) первичныйстандартныйраствордлястандартизациирабочего ве-

щества, в) способ фиксирования ТЭ и индикатор, обосновав его выбор.

3.2. Методы окислительно-восстановительного титрования (редоксометрия)

Сущностьметода: редоксометрическоетитрованиеосновано нареакции окисления-восстановления (О-В реакция). Титруемое вещество вступает в О-В реакцию с титрантом. Чем больше величина стандарт- ногоредокс-потенциалатитрантаЕº, тембольшеегоокислительнаяспособность.

Молярная масса эквивалентов Mэк веществ в редоксометрии вычисляется по формуле

Mэк Mz ,

где М – молярная масса, г/моль; z – число эквивалентности – опредляется числом электронов, участвующих в ионно-электронной реакции.

Для фиксирования точки эквивалентности в редоксометрии используют специфические и редокс-индикаторы.

42

Специфические индикаторы – вещества, образующие окрашенное соединение либо с окисленной, либо с восстановленной формой окис- лительно-восстановительной пары. Например, раствор крахмала, который образует комплексно-адсорбционное соединение синего цвета со свободным йодом.

Редокс-индикаторы представляют собой органические соединения, окисленная (IndOx) и восстановленная (IndRex) формы которых имеют различные окраски, например дифениламин.

Если рабочий раствор окрашен, то можно использовать безындикаторный способ фиксирования ТЭ. В ТЭ фиксируют изменение окраски раствора, вызванное избытком рабочего раствора.

В зависимости от названия титранта редоксометрическое титрование подразделяют, например:

–на перманганатометрию (титрант – KМnO4),

–дихроматометрию (титрант – K2Сr2О7),

–иодометрию (титрант – I2),

–броматометрия (титрант – KВrO3) и др.

3.2.1. Перманганатометрия

Сущность метода: метод основан на применении в качества тит- ранта-окислителя раствора перманганата калия КМnO4 в кислой среде.

Общая характеристика метода перманганатометрического титрования приведена в табл. 4.

Работа № 7. Перманганатометрическое определение

железа(II) в растворе соли Мора

Цель работы: освоение метода перманганатометрии, определение содержания восстановителей в растворе.

Оборудование и реактивы: 0,02 н. раствор щавелевой кислоты

Н2С2О4 2Н2О; 0,02 н. раствор перманганата калия КМnO4; 2 н. раствор серной кислоты Н2SO4; раствор железоаммонийных квасцов(соль Мора)

(NH4)2SO4 FeSO4 6H2О; штатив, две бюретки на 25 см3, три конических колбы для титрования, мерная колба на 100 см3, мерный цилиндр на 10 см3, капельная пипетка.

43

Опыт 1. Приготовление первичного стандартного раствора щавелевой кислоты.

Стандартный раствор готовят из химически чистой перекристаллизованной щавелевой кислоты.

44

Рассчитайте навеску Н2С2О4 2Н2О для приготовления 100 см3 раствора молярной концентрации эквивалентов сэк = 0,02 моль/л:

m cэк Vм.к Мэк ,

1000

где Vм.к – объём мерной колбы.

Молярную массу эквивалентов щавелевой кислоты Мэк(Н2С2О4 2Н2О) рассчитывают исходя из реакции взаимодействия с перманганатом калия КМnO4:

2 MnO4 + 6Н+ + 5Н2С2О4= 2Мn2+ + 10СО2 + 8Н2О

Следовательно, Мэк(Н2С2О4 2Н2О) = М2 126,0672 63,03 г/моль

M эк(KMnO4 ) M5 1585 31,6 г/моль .

Методика выполнения. Рассчитанную навеску взвешивают на аналитических весах и через воронку количественно переносят в мерную колбу. Добавляютпорциями40-50 млдистиллированнойводыиприперемешивании растворяют навеску. Доводят дистиллированной водой раствор до метки и тщательно перемешивают.

Если взятая навеска отличается от расчётной, то пересчитывают концентрацию по формулам

T (H2C2O4 2H2O) m(H2C2O4 2H2O) ,

Vм.к

сэк( Н2С2О4 2Н2О) = T 1000 , моль/л,

M эк

где Т – титр раствора, г/см3.

45

В отчёте:

1)напишите уравнение реакции;

2)укажите:

а) назначение Н2С2О4 2Н2О в методе перманганатометрии, б) рассчитайте Мэк и титр раствора Н2С2О4 2Н2О.

Опыт 2. Установление концентрации раствора KMnO4. Методика выполнения. Заполните бюретку раствором KМnО4

и установите уровень жидкости на нуле по верхнему мениску (окрашенный раствор). Другую бюретку заполните 0,02 н. раствором

Н2С2О4 2Н2О. Вконическуюколбудлятитрованияотберитеизбюретки 10 млщавелевойкислотыидобавьте10 мл2 н. раствораН2SO4. Каждую из колб нагрейте до 70–80 °С (избегайте кипения!).

Горячий раствор щавелевой кислоты Н2С2О4 титруют раствором КМnО4, в результате чего протекает следующая реакция:

5Н2С2О4 + 2KМnО4 + 3Н2SO4 = 2МnSO4 + 10СО2 + K2SO4 + 8Н2О.

Сначала титрование проводите медленно, давая обесцветиться первым каплям KМnО4. После образования ионов Мn2+, являющихся катализатором данной реакции, титрование можно вести быстрее. Титрование заканчивайте тогда, когда одна капля раствора KМnО4 окрасит раствор в бледно-розовый цвет, не исчезающий в течение 30 секунд.

Титрование повторите не менее трех раз до получения сходящихся результатов.

Результаты титрования занесите в таблицу.

В отчёте:

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

а) метод анализа и его сущность,

46

б) рабочее вещество и определяемое вещество, в) первичный стандартный раствор для стандартизации рабочего ве-

щества, г) условия и способ титрования,

д) способ фиксирования ТЭ, е) рассчитайте Мэк, титр Т и молярную концентрацию эквивалентов

сэк раствора КМnО4.

Опыт 3. Определение содержания железа(II) в растворе соли Мора.

Методика выполнения. Полученный в мерной колбе анализируе-

мый раствор соли Мора (NH4)2SO4 FeSO4 6H2О доведите дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте. Заполните одну бюретку раствором титранта КМnО4, другую – анализируемым раствором соли Мора. Из бюретки в коническую колбу отберите аликвоту в 10 мл раствора соли Мора и добавьте 10 мл 2 н. раствора Н2SO4

(объём кислоты отмерьте мерным цилиндром). Полученный раствор тщательно перемешайте и титруйте раствором KМnО4 до появления бледно-розового окрашивания. Титрование повторите три раза до получения сходящихся результатов.

Результаты титрования занесите в таблицу.

Анализируемый раствор № ____

В отчёте:

1)напишите уравнение реакции в ионно-электронной и молекулярной форме;

2)укажите:

а) рабочее вещество и определяемое вещество, б) первичныйстандартныйраствор длястандартизациирабочего ве-

щества, в) условия и способ титрования,

47

г) способ фиксирования ТЭ,

д) рассчитайте Мэк(Fe), сэк раствора соли Мора и массу Fe(II) в объёме мерной колбы, используя Vср.

3.2.2. Дихроматометрия

Сущность метода заключается в определении содержания ионов Fe2+ по реакции их окисления дихромат-ионами Cr2O72 в кислой среде.

Характеристика метода дихроматометрического титрования приведена в табл. 5.

Таблица 5

Дихроматометрическое титрование

48

Работа № 8. Дихроматометрическое определение

железа(II) в растворе соли Мора

Цель работы: освоение метода дихроматометрии, определение содержания Fe(II) с использованием редокс-индикатора дифениламина.

Реактивы: 0,02 н. раствор дихромата калия К2Cr2О7; 0,02 н. водный

раствор железоаммонийных квасцов (NH4)2SO4 FeSO4 6Н2О; 2 н. растворы серной H2SO4 и фосфорной Н3РО4 кислот; 1 %-й раствор дифениламина. Приборы и оборудование указаны в работе № 5.

Опыт 1. Приготовление стандартного раствора K2Cr2О7. Дихромат калия является веществом, отвечающим требованиям,

предъявляемым к стандартным веществам, поэтому растворы K2Cr2О7 готовят по точной навеске.

Массунавески(г) K2Cr2О7 дляприготовления250 млрастворасмолярнойконцентрациейэквивалентов0,02 моль/лрассчитывают по формуле

m cэк Мэк Vм.к ,

1000

где Vм.к – ёмкость мерной колбы, мл.

Методикавыполнения. РассчитаннуюнавескусолиK2Cr2О7 взвесьте на аналитических весах и перенесите в мерную колбу. Добавьте до половиныобъемамернойколбыдистиллированной водыиприперемешивании растворите навеску. Доведите раствор до метки и тщательно перемешайте.

Если масса навески отличается от расчётной, то произведите перерасчёт концентрации по формулам

В отчёте:

1)укажите назначение K2Cr2О7 в дихроматометрии,

2)приведите расчеты Мэк, титра и сэк K2Cr2О7.

Опыт 2. Определение содержания железа(II) в растворе соли Мора. Для определения содержания железа(II) в растворе соли Мора анализируемый раствор титруют дихроматом калия в присутствии редокс-

индикатора (дифениламин NH(С6Н5)2).

49

Уравнение реакции

K2Cr2О7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = Сr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2О.

Cr2O72 + 14Н+ + 6Fe2+ = 2Cr3+ + 6Fe3++ 7Н2О

ФиксированиеТЭ. Редокс-индикатор– дифениламинNH(С6Н5)2 пред- ставляетсобойокислительно-восстановительнуюсистему, состоящуюиз окисленной (IndOх) и восстановительной (IndRed) форм индикатора

IndOх + 2 e– ↔ IndRed; EInd0 Ox IndRed = 0,76 В.

Восстановленная форма индикатора бесцветна, а окисленная окрашена в сине-фиолетовый цвет.

Область перехода окраски дифениламина определяется уравнением Нернста

где [IndOх], [IndRed] – концентрация индикатора в окисленной и восстановленной форме соответственно.

Еслиотношениеконцентрацийокисленнойивосстановленнойформ равно 10:1, то

EIndOx IndRed = EInd0 Ox IndRed + 0,03 В = 0,79 В.

Если отношение равно 1:10, то

EIndOx IndRed = EInd0 Ox IndRed – 0,03 В = 0,73 В.

При EIndOx IndRed 0,73 В дифениламин бесцветный, так как преоб-

ладает восстановленная форма индикатора. При EIndOx IndRed 0,79 В

50