Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрологическое обеспечение лабораторных работ по аналитической химии. Учебное пособие.pdf
Способы выражения концентрации веществ
измерения
Количество (масса) вещества g г
в 100 г раствора
Титр (Ст )
г/мл
g г в 1 мл раствора
вещества в 1 л раствора
Таблица 6
Концентрация
Единицы
Определение
Процентная (С%) г/100 г
Число молей (количество
Молярная (См) моль/л
вещества кратное одному молю)
Титриметрия. Титриметрические методы основаны на
постепенном добавлении (по каплям) одного раствора (титранта) к
другому раствору (титруемое вещество) до достижения точки
эквивалентности. Как правило, титруемый раствор является
анализируемым. Точка эквивалентности характеризуется состоянием,
при котором в реакционной смеси присутствуют исключительно
продукты реакции. Также она характеризуется равенством
n(1/z
X) = n(1/z2R), (29)
1
где n(1/z
n(1/z
X) – число молей-эквивалентов титруемого вещества;
1
R) – число молей-эквивалентов титранта, необходимого для
2
достижения точки эквивалентности. Равенство (29) является
основным законом титриметрии и носит название соотношения
эквивалентов.
Точка эквивалентности, как правило, фиксируется с помощью
индикаторов. В некоторых случаях она фиксируется за счет
безындикаторного окрашивания раствора. Например, в
перманганатометрии – за счет избыточной капли титранта. Также она
может фиксироваться инструментально, но это уже в контексте
физико-химических методов анализа.
По реакции взаимодействия титранта и титруемого вещества
различают титрование:
‒ кислотно-основное, когда используются кислотно-основные
индикаторы (метиловый оранжевый, фенолфталеин и т.д.), меняющие
свою окраску в зависимости от значений рН раствора;
91
‒ окислительно-восстановительное, когда используются редокс-
индикаторы (дифениламин, метиленовый синий и т.д.), меняющие
свою окраску в зависимости от значений потенциала системы, при
этом зачастую применяются вспомогательные реактивы, например
соль Мора и H
(см. работу 5.9);
2SO4
‒ комплексонометрическое, когда за счет добавления
лигандообразующего титранта определяются концентрации ионов
металлов, чаще в качестве титранта используют раствор
этилендиаминтетраацетата натрия Na
Y•2Н2О, где Y– условное
2
обозначение аниона
.
Реактив Na
Y•2Н2О имеет следующие тривиальные названия: ЭДТА,
2
трилон-Б, комплексон-III.
В зависимости от определяемого иона металла к
анализируемому раствору добавляют раствор соответствующего
вспомогательного реактива для создания определенного значения рН
раствора и подбирается соответствующий металл-индикатор.
Например, при определении концентраций ионов Cu
используют индикатор мурексид, но в случае Cu
аммиачный буферный раствор с рН≈9, а в случае Ni
2+
– с рН>9.
2+
и Ni2+
2+
добавляется
92
5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ХИМИЧЕСКИМ
МЕТОДАМ АНАЛИЗА
5.1. Определение соотношения объемов растворов
гидроксида натрия и хлороводородной кислоты
Цель работы:
• Определение соотношения объемов реагентов с
относительной нормой погрешности 3% при надежности данных Р =
0,95;
• Приобретение навыков титрования.
Оборудование:
1. Бюретка 25,0 мл 2 шт;
2. Коническая колба для титрования 200 мл;
Реактивы:
1; Раствор NaOH;
2; Раствор HCl;
3; Дистиллированная вода;
4. Индикатор метиловый оранжевый.
Теория:
Уравнение реакции:
HCl + NaOH = NaCl + H
Факторы эквивалентности реагентов: HCl
O.
2
= 1, NaOH
(1/Z)
(1/Z)
= 1.
Методика:
1. Подготовка к титрованию. В бюретку для титрования
заполняется раствор HCl. В другую бюретку (обычно через сифон
связанную с бутылью с раствором реагента) заполняется раствор
NaOH.
2. Титрование. Для определения соотношения объемов между
растворами реагентов в колбу наливают из бюретки заданный объем
раствора NaOH (см. табл.
7), добавляют 1-2 капли индикатора и
титруют раствором HCl до перехода окраски реакционного раствора
из желтой в оранжевую (объем титранта представлен в табл.
Титрование проводят не менее трех раз.
7).
3. Обработка данных. По программе МП-343 с использованием
данных табл. 7 (V
HCl/VNaOH
, n = 3, Р = 0,95, при этом коэффициент
Стьюдента выбирается автоматически) проводится расчет среднего и
абсолютного и относительного доверительного
93
Эксперимент:
V
NaOH
, мл
V
HCl
, мл
V
HCl/VNaOH
6,00
3,95
0,658
7,00
4,60
0,658
8,00
5,30
0,662
Таблица 7
Определение соотношения объемов реагентов
Заключение:
V
HCl/VNaOH.
=0,659 ± 0,006 (1%)
Результаты работы оцениваются на отлично, поскольку
доверительный интервал результата измерения не больше нормы
погрешности, систематическая погрешность незначима (см. разд. 3.2 и
3.3) и отсутствуют промахи.
5.2. Стандартизация раствора хлороводородной кислоты
Цель работы:
Измерение концентрации хлороводородной кислоты методом
пипетирования с относительной нормой погрешности 3%.
Оборудование:
1. Аналитические весы (цена деления 0,0001 г);
2. Бюретка 20,0 мл;
3. Пробирка с пробкой;
4. Химический стакан емкостью 50 – 100 мл;
5. Мерная колба 200,0 мл (V
);
K
6. Воронка;
7. Пипетка 20,0 мл (V
);
A
Реактивы:
1. Раствор HCl (концентрация приблизительно 0,1 моль/л);
2. Na
марки «xч» (установочное вещество);
2CO3
3. Фенолфталеин;
4. Метиловый оранжевый;
5. Дистиллированная вода.
Теория Na
NaHCO
+HCl=NaHCO3+NaCl
2CO3
+HCl=H2CO3+NaCl
3
m(Na
)=C(HCl)*V(HCl)*M(1/2*Na2CO3)*10
2CO3
Концентрацию HCl рассчитывают, используя уравнение:
С(HCl)=m(Na
1000*VА/V(HCl)*M(1/2*Na2CO3)*V
2CO3)*
94
-3
VK/VA,
*
K
Методика:
V(Na2CO3)
, МЛ
V
HCl, МЛ
C(HCl),моль/л
20,00
13,00
0,1374
20,00
12,95
0,1379
20,00
13,05
0,1369
20,00
13,10
0,1364
20,00
13,00
0,1374
1. Взятие навески проводят методом взвешивания по разности
исходной массы пробирки с установочным веществом и его же после
отсыпания установочного вещества в стакан.
2. Растворение навески Na
. Из стакана с помощью воронки
2CO3
навеску количественно переносят в мерную колбу, доводят до метки
дистиллированной водой и с помощью пипетки отбирают аликвотную
часть раствора в колбу для титрования. В колбу добавляют 1-2 капли
индикатора и титруют раствором HCl.
3. Титрование раствора Na2CO3 ведут до совпадения окраски
титруемого раствора с окраской «свидетеля». Данные заносят в
таблица 8. Проводят пять титрований.
4. Обработка данных. При помощи программы МП-343 на
основе данных таблица 8 проводят метрологическую обработку
данных.
Эксперимент:
Таблица 8
Стандартизация раствора HCl
Заключение:
С(HCl)=0,1372±0,0007(0,5%), моль/л. Работа оценивается на
неудовлетворительно (достоверное значение С(HCl)=0,116 моль/л).
Приложение к разделу 5.2.
Tеория:
Во избежание ошибки за счет взвешивания малых навесок
применяют метод пипетирования. Так как HCl непосредственно
взаимодействует с Na
При титровании Na
2CO3
используют прием прямого титрования.
2CO3,
раствором HCl наблюдаются две стадии
реакции (им соответствуют два скачка рН). Первая точка
эквивалентности фиксируется с помощью индикатора фенолфталеина
(ΔpH = 8,00÷9,36; pT = 9). Вторая точка эквивалентности по
метиловому оранжевому (ΔpH = 3,1÷4,4; pT = 4). Для стандартизации
95
обычно используется второй скачок, поскольку он сопровождается
более резким изменением окраски.
Соответственно уравнению M(1/Z
молярную массу эквивалента Na
M(1/2
*Na2CO3
)=1/2*M(Na2CO3)=1/2*106,0=53,0 г/моль.
2CO3
X) = 1/Z*M(X) рассчитывают
*
:
При использовании бюретки на 20,0 мл рассчитывают пределы,
в которых можно взять массу навески исходя из того, что
максимальный объем равен 20,0 мл, а минимальный – 10,0 мл, по
уравнению:
=0,1*10*53,0 *10
m
min
m
=0,1*20*53,0 *10
max
-3
200/20=0,53 г.
*
-3
200/20=1,06 г.
*
Mетодика:
Выбор способа стандартизации. Готовят приблизительно 0,1 н
раствор HCl, а затем его концентрацию точно определяют по
первичному стандартному веществу. В качестве первичного
стандартного вещества берут безводный Na
(марки «хч»).
2CO3
Для взятия навески необходимо:
1. Взвесить пробирку с Na
2. Отсыпать в химический стакан Na
0,53÷1,06 г. Рассчитать навеску Na
на аналитических весах.
2CO3
2CO3
по разности между массой
2CO3
в количестве
пробирки до отсыпания и после. Например, масса пробирки до
отсыпания: m
11,1450 г, m(Na
Растворение навески Na
(Na2CO3) = 12,0918 г, а после отсыпания: m2(Na2CO3) =
1
) = 12,0918-11,1450 = 0,9468 г.
2CO3
проводят в химическом стакане. C
2CO3
помощью воронки количественно переносят раствор в мерную колбу
на 200,0 мл. Доводят до метки дистиллированной водой, закрывают
колбу пробкой и раствор перемешивают. Далее с помощью пипетки
отбирают аликвотные части раствора в чистые конические колбы.
Пипетку предварительно ополаскивают этим же раствором (Na
2CO3
).
В каждую колбу добавляют 1-2 капли метилового оранжевого и
титруют раствором HCl до перехода окраски из желтой в оранжевую.
Для получения правильных результатов необходимо
приготовить "свидетель", т. е. раствор, имеющий переходную окраску
индикатора. Для этого в отдельную колбу наливают 10,0 мл
дистиллированной воды, 1-2 капли HCl.
Заключение:
Работа оценивается на неудовлетворительно, из-за наличия
систематической погрешности (достоверное значение С (HCl )=0.116
моль/л).
96
5.3. Стандартизация раствора хлороводородной кислоты
в которых можно взять массу навески исходя из того, что
Цель работы:
Измерение концентрации хлороводородной кислоты методом
отдельных навесок с относительной нормой погрешности 3%.
Оборудование:
1. Аналитические весы (цена деления 0,0001 г);
2. Бюретка 20,0 мл;
3. Пробирка с пробкой;
Реактивы:
1. Раствор HCl (концентрация приблизительно 0,1 моль/л);
2. Na
марки «xч» (установочное вещество);
2CO3
3. Метиловый оранжевый.
Теория:
См. раздел 5.2.
При использовании бюретки на 20,0 мл рассчитывают пределы,
максимальный объем равен 20,0 мл, а минимальный – 10,0 мл, по
уравнению: m
0,106 г. Максимальная относительная погрешность за счет
взвешивания составляет: 0,0001•100/0,053 = 0,2%, что незначимо по
сравнению с относительной нормой погрешности.
Методика:
1. Взятие навески проводят методом взвешивания по разности
исходной массы пробирки с установочным веществом и его же после
отсыпания установочного вещества в колбу для титрования.
2. Далее в колбу с навеской установочного вещества
добавляется 20 – 40 мл дистллята и 2 – 4 капли индикатора.
3. Титрование раствора Na
титруемого раствора с окраской «свидетеля». Данные заносят в
таблица 9. После титрования содержимое колбы выливается и
споласкивается дистиллятом. Далее работа проводится по п. 1 (всего
пять раз).
4. Обработка данных. При помощи программы МП-343 на
основе данных таблица 9 проводят метрологическую обработку
данных.
=0,1•10•53,0•10-3=0,053 г, m
min
ведут до совпадения окраски
2CO3
= 0,1•20•53,0•10-3=
max
97
Эксперимент:
m(Na2CO3), г
V
HCl, МЛ
C
HCl
,моль/л
0,0735
0,117
0,0941
0,137 (промах)
0,0689
0,115
0,1013
0,116
0,7570
0,113
Стандартизация раствора HCl.
Заключение:
С(HCl)=0,115±0,003(2,4%), моль/л. Работа оценивается на
хорошо из-за наличия одного промаха.
5.4. Определение содержания слабых оснований
Цель работы:
Измерение содержания аммиака с относительной нормой
погрешности 3%.
Оборудование:
1. Мерная колба 200,0мл.
2. Бюретка 20,0 мл.
3. Пипетка 20,0 мл (V
4. Коническая колба (V
)
A
).
К
Реактивы:
1. Стандартный раствор HCl С
=0,115 моль/л.
HCl
2. Метиловый оранжевый.
3. Дистиллированная вода.
Теория:
Водный раствор аммиака - слабое основание (К
тех случаях, когда К
≥10-7, возможно прямое титрование:
ВОН
=1,76*10-5). В
ВОН
Таблица 9
NH
O+HCl=NH4Cl+H2O
3•H2
Скачок титрования находится в области pH=4,00-6,25. Согласно
уравнению реакции, молярная масса эквивалента аммиака равна:
M(1NH
O)=M(NH3•H2O)=35,5 г/моль.
3•H2
Содержание аммиака рассчитывают по уравнению:
m(NH
3•H2
O)=C
HCl*VHCl*
M(1/Z*NH3•H2O)*10
-3
VK/VA. (30)
*
98
Методика:
№ п/п
V
HCl
, мл
m(NH3•H2O), г
1
27,0
0,998
2
26,5
0,980
3
25,5
0,943
1. Полученный в мерной колбе для анализа раствор аммиака
доводят до метки дистиллированной водой. Пипеткой отбирают
аликвоту (20,0 мл) в коническую колбу и добавляют 1-2 капли
индикатора.
2. Титрование раствором хлороводородной кислоты ведут до
изменения окраски индикатора с желтого на оранжевый. Проводят три
параллельных титрования.
3. С помощью программы МП-343, используя данные таблица
10 производят расчёт среднего, абсолютного и относительного
доверительного интервала.
Эксперимент:
Таблица 10
Объем титранта в точке эквивалентности и рассчитанное по
уравнению (30) содержание NH
3•H2
O
Заключение:
m(NH
)=0,974±0,071(7,3%), г
3
Оценка выставлена «неудовлетворительно», так как
относительный доверительный интервал превышает норму
погрешности 7,3%>3% (данная оценка является следствием малого
количества определений, что привело к невозможности анализа на
наличие промахов).
5.5. Определение содержания меди(II)
Цель работы:
Измерение содержания меди(II) в анализируемом образце с
относительной нормой погрешности 5%.
Оборудование:
1. Мерная колба 200,0 мл (V
2. Пипетка 20,0 мл (V
).
П
Реактивы:
1. Стандартный раствор N2S2О3 С(Na2S2О3)= 0,0893 моль/л.
2. Раствор KJ 15%.
3. Раствор крахмала 5%.
).
K
99
Теория:
m(Cu)= С(Na2S2О3)*V(Na2S2О3)*M
Cu*
10-3*VK/VП.
(31)
№ п/п
V(Na2S2О3), мл
m
Cu(II)
, г
1
3,2
0,182
2
3,3
0,187
3
3,5
0,199
Используется прием титрования по заместителю,
заключающийся в получении эквивалентного количества по
отношению к анализируемому веществу (Cu(II)) соединения I
согласно уравнению
2+
+ 4I– = 2CuI + I2.
2Сu
MCu=63,55.
Методика:
1. Полученный в мерной колбе для анализа раствор Cu(II)
доводят до метки дистиллированной водой. Пипеткой отбирают
аликвоту (20,0 мл) в колбу для тирования и добавляют 3 мл KJ. Для
завершения реакции полученный раствор помещают в темное место
примерно на 5 мин.
2. Титрование раствором Na
окраски (добавляется не более 2 мл титранта). Прерывают тирование и
добавляют 1 – 2 мл крахмала. Далее продолжают титрование до
исчезновения синего цвета и сохранения цвета слоновой кости у
раствора в течение не менее 30 с.
3. Обработка данных. С помощью программы МП-343,
используя данные таблица 11, производят расчёт среднего,
абсолютного и относительного доверительного интервала.
Эксперимент:
ведут до светло-желтой
2S2О3
2
Таблица 11
Объем титранта в точке эквивалентности и содержание Cu(II)
Заключение: m(Cu)=0,189±0,022(12%), г.
Оценка выставлена «неудовлетворительно», так как
относительный доверительный интервал превышает норму
погрешности (данная оценка является следствием малого расхода
объема титранта и малого количества определений, что привело к
невозможности анализа на наличие промахов).
Приложение к разделу 5.5.
100