Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

Вычисляют величины коэффициентов движения Rf для катионов Fe3+ и Cu2+. Началом пути обоих катионов считают наружную границу первоначального пятна (отмеченную карандашом), а концом пути – наружные границы образовавшихся после проявления кольцевых зон ионов. Расстояние, пройденное фронтом растворителя, считают от центра хроматограммы, т. е. от центра фильтра.

Л а б о р а то р н а я р а бо та № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВЕЩЕСТВ

В РАСТВОРАХ

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Р е а к т и вы и о б ор уд о в а н и е: буферные растворы с различными значениями рН соляной кислоты (HCl), гидроксида натрия (NaOH), рН-метр, установка для потенциометрического титрования, стаканы вместимостью 50, 100, 200 мл, цилиндр вместимостью 50 мл, мерная колба вместимостью 100 см3, пипетки вместимостью 10, 25, 50 мл, бюретки вместимостью 2, 5, 10, 25 мл, магнитная мешалка, стеклянная палочка, хлорсеребряный и стеклянный электроды, универсальная индикаторная бумага.

Т е о р е т ич е с к ое п о я с н е ни е. Потенциометрический метод, основанный на измерении электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов, используют для определения содержания веществ в растворе и измерения различных физикохимических величин. В потенциометрии обычно применяют гальванический элемент, включающий два электрода, которые могут быть погружены в один и тот же раствор (элемент без переноса) или в два различных по составу раствора, имеющих между собой жидкостной контакт (цепь с переносом). Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным.

Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают второй электрод – электрод сравнения, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов. В этом

качестве используют насыщенный каломельный и хлорсеребряный электроды.

Различают два вида потенциометрических измерений:

1) прямая потенциометрия – определение концентрации

ионов, в частности [H+], с помощью уравнения Нернста по ЭДС гальванического элемента. Самое известное приложение этого вида – рН-метрия;

2) потенциометрическое титрование – основано на исполь-

зовании измерений ЭП для нахождения точки эквивалентности в различных реакциях.

В схему потенциометрических измерений входят индикаторный электрод, электрод сравнения и потенциалоизмеряющий прибор. В качестве последних используют различные рН-метры. Перед измерением рН проводят настройку приборов по буферным растворам.

Потенциометрический анализ широко применяют для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (прямая потенциометрия – ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании по изменению потенциала индикаторного электрода в ходе титрования (потенциометрическое титрование).

Опыт 1. Определение рН буферных

растворов и питьевой воды

Х о д р а бо ты

Стеклянной палочкой переносят по 2 капли исследуемых растворов на универсальную индикаторную бумагу. Сравнивают окраску сырого пятна, полученного на бумаге, с цветной шкалой. Определяют приближенное значение рН. Уточняют полученные значения рН растворов путем измерения рН с помощью рН-метра.

Для измерения рН исследуемого раствора подготовленные электроды помещают в стакан с раствором, отмечают показания стрелки на нижней шкале прибора и после установления переключателей «пределы измерения» и «размах» на соответствующих диапазонах рН проводят отсчет показаний по верхней шкале прибора. Переключатель «размах» снова переводят в положение

«15 рН». Выключают прибор, электроды осторожно промывают

3 4 5

водой и оставляют погруженными в воду или раствор HCl.

Результаты определения рН с помощью индикаторной бумаги и рН-метра сравнивают и заносят в тетрадь.

Опыт 2. Определение содержания

щелочи в растворе

методом потенциометрического титрования

Х о д р а бо ты

Для проведения потенциометрического титрования собирают установку (рис. 4).

Рис. 4. Схема установки для потенциометрического титрования:

1 – магнитная мешалка; 2 – идентичные индикаторные электроды;

3 – резиновая груша; 4 – отверстие; 5 – бюретка

В мерную колбу вместимостью 100 мл помещают анализируемый раствор, доливают до метки дистиллированную воду и тщательно перемешивают. В ячейку для титрования вносят мерной пипеткой 10 мл анализируемого раствора, добавляют 40 мл ди-

стиллированной воды, погружают электроды, включают магнит-

V



0001

Vm



ную мешалку и титруют стандартным раствором НСl, добавляя титрант порциями 0,5 мл. После добавления каждой порции титранта дают установиться показаниям прибора и записывают результаты измерения рН. По достижении скачка рН титрование продолжают до незначительного изменения рН. Определения проводят 2-3 раза.

Результаты титрования заносят в тетрадь.

По данным титрования строят кривые титрования в координатах рН, V и

V. По кривым титрования находят точки экви-

валентности и определяют объем титранта, израсходованный на титрование.

Массу щелочи в анализируемом растворе определяют по формуле

где VK – общий объем раствора, в котором растворена навеска; VА – объем аликвотной части.

Опыт 3. Определение кислоты

потенциометрическим методом

на рН-метре (рН-титрование)

Х о д р а бо ты

Потенциометрическое определение кислоты основано на реакции нейтрализации:

Н+ + ОН– → Н2О.

Раствор, содержащий около 8 мг-экв соляной или серной кислоты, количественно переносят в мерную колбу, доводят объем водой до метки и хорошо перемешивают. Отбирают пипеткой из колбы в стакан для титрования аликвотную часть и добавляют 100 мл воды. Перемешивают раствор NaOH, приливая по 1–2 мл раствора. Результаты титрования записывают по следующей схеме:

Прилито раствора NaOH (V), мл _____________________;

рН раствора ______________________________________.

Прилито

NaOH (V), мл

Δ V

рН

Δ рН

Δ рН/ Δ V

V



На основании полученных данных строят кривую в координатах V – рН, по которой ориентировочно определяют положение скачка потенциала.

При повторном титровании вблизи точки эквивалентности раствор NaOH приливают по 0,1 мл. Результаты титрования записывают по следующей форме.

Затем строят кривые в координатах V – рН и V –

по ко-

торым определяют точку эквивалентности.

Содержание кислоты (Х), мг-экв, вычисляют по формуле

где V

Х = 4V

– эквивалентный объем раствора NaOH, мл; N

экв

· N

NaOH

– нор-

NaOH

мальность раствора NaOH, мг-экв/мл.

Опыт 4. Определение малых количеств

Na2CO3 или HCl в разбавленных растворах

Х о д р а бо ты

Раствор, содержащий около 0,02 мг-экв Na2CO3 или HCl (объем раствора должен быть небольшим), переносят в мерную колбу, доводят дистиллированной водой до метки и хорошо перемешивают. Для определения из колбы в стакан для титрования наливают 50 мл полученного анализируемого раствора и погружают в него электроды. Затем, если взятый раствор имеет рН > 4,3, приливают раствор до тех пор, пока из бюретки в титруемом растворе концентрация Н+ не достигнет ~5 · 10-5 мг-экв/л (рН~4,3). Записывают точное значение рН раствора (рН1) и соответствующий объем прилитого титрованного раствора (V1), после чего приливают еще

около 1 мл раствора HCl и вновь записывают получившиеся зна-

ΔpH101

)(









экв

чения объема и рН (V2 и рН2).

Эквивалентный объем кислоты (V

), мл, пошедший на титро-

экв

вание, рассчитывают по формуле

где Δ рН = рН1 – рН2.

Так как используемая для разбавления дистиллированная вода может содержать некоторое количество примесей щелочного или кислотного характера, влияющих на результат определения, аналогично проводят титрование 50 мл дистиллированной воды.

Содержание Na2CO3(х · Na2CO3) или HCl (х · HCl), мг-экв, во взятом на разбавление более концентрированном растворе вычисляют по формулам

где

– эквивалентный объем кислоты, пошедший на титрова-

ние воды, мл; N

х · Na2CO3 = 2N

х · HCl = 2N

– нормальность раствора HCl, мг-экв/мл.

HCl

HCl(Vэкв

HCl

–

– V

экв

);

Л а б о р а то р н а я р а бо та № 9

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВЕЩЕСТВ

В РАСТВОРАХ

Р е а к т и вы и об о р у д о ва н и е: раствор хлорида аммония

(NH4OH), реактив Несслера, раствор сегнетовой соли, мерная кол-

ба на 500 мл, стеклянный бюкс, пробирки мерные, пипетки, бюретка, фотоколориметр КФК-3, КФК-2МП; колбы мерные вместимостью 50, 100, 500 мл, 1 л; цилиндры мерные вместимостью 1,0; 5,0; 10,0; 25,0 мл; гидрофосфат калия (КН2РО4); ванадат аммония (NH4VO3); молибдат аммония ((NH4)6Mo7O24 · 4H2O); сульфат меди (CuSO4 · 5H2O); кристаллогидрат дисульфата аммония железа

(FeNH4(SO4)2 · 12H2O); уксусная кислота (CH3COOH); раствор

азотной кислоты (HNO3); ацетат натрия (CH3COONa); сульфосалициловая кислота (C7H6O6S · 2H2O), реактив Несслера.

П р и г о т ов л е н ие р а б о ч и х р а с тв о р о в: а) рабочий раствор соли фосфора, содержащий 0,1 мг фосфора в 1 мл; 0,439 г KH2PO4 (х. ч.) переносят через воронку в мерную колбу вместимостью 1 л и доводят объем дистиллированной водой до метки;

б) раствор метаванадата аммония (ω = 0,25 %); 1,25 г NH4VO3 растворяют в 250 мл горячей дистиллированной воды, добавляют 10 мл HNO3 (концентрированная) и доводят объем раствора до 500 см3 дистиллированной водой;

в) раствор молибдата аммония (ω = 10 %); 50,0 г (NH4)6Mo7O24 

 4H2O (х. ч.) растворяют в дистиллированной воде и доводят объ-

ем до 500 мл;

г) рабочий раствор соли меди, содержащий 1 мг меди в 1 мл; 3,931 г CuSO4 · 5H2O растворяют в 25 мл 2 М раствора H2SO4 и доводят объем раствора до 1 л дистиллированной водой; раствор аммиака (ω = 5 %);

д) рабочий раствор FeNH4(SO4)2 · 12H2O, содержащий 0,1 мг железа в 1 мл. Навеску 0,863 6 г соли растворяют в 25 мл 2 М раствора H2SO4, доводят объем раствора до 1 л; сульфосалициловая кислота 0,01 М раствор; ацетатный буферный раствор, рН = 4,0;

е) рабочий стандартный раствор аммиака: растворяют 0,074 3 г соли NH4Cl дистиллированной водой в мерной колбе на 250 мл и получают ионов аммония 100 мг/л;

ж) рабочий раствор NH4Cl: разбавляют 5 мл стандартного раствора в колбе на 100 мл, концентрация ионов аммония составит 5 мг/л.

Т е о р е т ич е с к ое п о я с н е н и е. Интенсивность окраски растворов можно измерять различными методами. Различают субъективные (или визуальные) методы колориметрии и объективные (или фотоколориметрические).

Визуальными называются такие методы, при которых оценку интенсивности окраски испытуемого раствора делают невооруженным глазом. К ним относятся метод стандартных серий, метод дублирования (колориметрическое титрование) и метод уравнивания.

При объективных методах колориметрического определения для измерения интенсивности окраски испытуемого раствора вместо непосредственного наблюдения пользуются фотоэлементами. Определение в этом случае проводят в специальных приборах – фотоколориметрах, благодаря чему метод получил название фотоколориметрического.

При выполнении анализа методом стандартных серий интенсивность окраски анализируемого окрашенного раствора сравнивают с окрасками серии специально приготовленных стандартных растворов (при одинаковой толщине слоя).

Колориметрическое титрование (метод дублирования) основано на сравнении окраски анализируемого раствора с окраской другого раствора – контрольного. Для приготовления последнего готовят раствор, содержащий все компоненты исследуемого раствора, за исключением определяемого вещества, и все употреблявшиеся при подготовке пробы реактивы, и к нему добавляют из бюретки стандартный раствор определяемого вещества. Когда этого раствора будет добавлено столько, что интенсивности окраски контрольного и анализируемого раствора уравняются, считают, что в анализируемом растворе содержится столько же определяемого вещества, сколько его было введено в контрольный раствор.

Метод уравнивания основан на уравнивании окрасок анализируемого раствора и раствора с известной концентрацией определяемого вещества – стандартного раствора.

Существуют два варианта выполнения колориметрического определения этим методом.

По первому варианту уравнивание окрасок двух растворов с разной концентрацией окрашенного вещества проводят путем изменения толщины слоев этих растворов при одинаковой силе проходящего через растворы светового потока. При этом, несмотря на различие концентраций анализируемого и стандартного растворов, интенсивность светового потока, проходящего через оба слоя растворов, будет одинакова.

Соотношение между толщинами слоев и концентрациями окрашенного вещества в растворах в момент уравнивания окрасок будет выражаться уравнением:



В момент равенства окрасок отношение толщин слоев двух сравниваемых растворов обратно пропорционально отношению их концентраций.

На основании приведенного уравнения, измерив толщину слоев двух одинаково окрашенных растворов и зная концентрацию одного из них, легко рассчитать неизвестную концентрацию окрашенного вещества в другом растворе.

Для измерения толщины слоя, через который проходит световой поток, можно применять стеклянные цилиндры или пробирки, а при более точных определениях – специальные приборы колориметры.

По второму варианту для уравнивания окрасок двух растворов с различной концентрацией окрашенного вещества через слои растворов одинаковой толщины пропускают световые потоки различной интенсивности. В этом случае оба раствора имеют одинаковую окраску, когда отношение логарифмов интенсивностей падающих световых потоков равно отношению концентраций.

В момент достижения одинаковой окраски двух сравниваемых растворов (при равной толщине их слоев) концентрации растворов прямо пропорциональны логарифмам интенсивностей падающего на них света.

По второму варианту определение может быть выполнено только с помощью колориметра.

Все фотоколориметрические методы определения основаны на одном общем принципе. Световой поток проходит через кювету или пробирку, наполненную испытуемым окрашенным раствором. Прошедший через раствор световой поток воспринимается фотоэлементом, в котором световая энергия превращается в электрическую. Возникающий при этом электрический ток измеряют при помощи чувствительного гальванометра. Как показал А.Г. Столетов, сила электрического тока, возникающего при действии световой энергии на фотоэлемент, прямо пропорциональна интенсивности освещения.

Для определения данным методом концентрации исследуемого

эталэтал

исп

СD

С

Эталонный раствор

1 2 3 4 5

Содержание определяемого вещества, мг/100 мл раствора

1 4 5 8 10

Оптическая плотность

0,1

0,4

0,6

0,8

1,0

вещества измеряют оптическую плотность испытуемого раствора и эталонного раствора, концентрация которого известна. Расчет проводят по формуле:

Основными преимуществами фотоколориметрических методов измерения интенсивности окраски являются быстрота и легкость определений при высокой их точности.

При массовых фотоколориметрических анализах, вычисляя концентрацию испытуемого раствора, не сравнивают каждый раз его светопоглощение со светопоглощением эталонного раствора, а предварительно строят так называемую калибровочную кривую. Для этого пользуются серией эталонных растворов различной концентрации. Имея такую кривую, при определении концентрации испытуемого раствора достаточно измерить его светопоглощение и по калибровочной кривой найти величину концентрации, соответствующую найденному светопоглощению.

Для построения калибровочной кривой нужно приготовить серию эталонных растворов, содержащих разные количества определяемого вещества. Сначала приготовляют стандартный раствор, содержащий строго определенное количество исследуемого вещества. С помощью бюретки отбирают в мерные колбы различные, точно измеренные объемы этого стандартного раствора и соответствующих реактивов, вызывающих окраску анализируемого раствора. Затем содержимое каждой мерной колбы разбавляют дистиллированной водой, доводя объем раствора до метки.

С помощью фотоколориметра измеряют оптические плотности приготовленных эталонных растворов и результаты измерений записывают в виде таблицы по нижеследующей форме.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]