Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрологическое обеспечение лабораторных работ по аналитической химии. Учебное пособие.pdf
Теория:
Судя по значениям стандартных окислительно-
восстановительных потенциалов E
(Cu2+/Cu+)=0,15 В; E0(J2/2J–)=0,54 В
0
реакция должна протекать в обратном направлении. Однако
выпадение в осадок иодида меди(I) смещает равновесие реакции, что
делает возможным прямое направление реакции. J
количестве, эквивалентном количеству Cu(II), оттитровывают
раствором тиосульфата натрия: J
+2S2O
2
2–
=2J–+S4O
3
, выделившийся в
2
2-
.
6
5.6. Определение общей жесткости воды
Цель работы:
Измерение общей жесткости воды при надежности Р=0,95 c
относительной нормой погрешности 5%.
Оборудование:
1. Бюретка 20,0 мл;
2; Набор пипеток 10,0; 20,0; 50,0 (V
);
П
3; Лопаточка;
Реактивы:
1. Аммиачный буферный раствор;
2. Индикатор ЭХЧТ;
3. Стандартный раствор ЭДТА C
=0,0281 моль/л.
1/2ЭДТА
Теория:
Карбонатную жесткость воды определяют гидрокарбонаты и
карбонаты магния и кальция, обладающие значительной
растворимостью, а постоянную жесткость – хлориды и сульфаты
кальция и магния. Сумма карбонатной и постоянной жесткости
составляет общую жесткость.
Определение общей жесткости проводят путем титрования воды
стандартным раствором ЭДТА. Mg
2+
(Ca2+)+H2Y2-=MgY2-+2H+
Применяется прямое титрование в среде аммиачного буферного
раствора. Рассчитывают общую жесткость воды по формуле: О.Ж.= C
1/2ЭДТА*VЭДТА
*1000/VП
Методика:
1. Пипеткой отбирают 10,0 мл исследуемой воды, разбавляют
дистиллированной водой примерно до 50,0 мл. Затем добавляют 3,04,0 мл аммиачного раствора, половину лопаточки ЭХЧТ.
2. Титруют раствором ЭДТА до перехода окраски из винно-
красной в синюю (без фиолетового оттенка). Значение V
ЭДТА
представлено в таблица 12. При расходе титранта менее 5 мл
101
необходимо для отбора пробы воды применить пипетку большего
№ п/п
V
ЭДТА, МЛ
О.Ж. 1 1,37
1,92
2
1,41
1,96
3
1,49
2,09
объема, а результат анализа анулировать и провести работу по п.1.
методики.
3. С помощью программы МП-343 на основе данных таблица
12 проводят метрологическую обработку данных.
Эксперимент:
Таблица 12
Результаты определений
Заключение:
О.Ж.=1.99±0.22(11%), ммоль/л
Оценка выставлена «неудовлетворительно», так как
относительный доверительный интервал превышает норму
погрешности (данная оценка является следствием неправильного
выбора объема пипетки и малого количества определений, что
привело также к невозможности анализа на наличие промахов).
Приложение к разделу 5.6.
Теория: Жесткость выражается в миллимолях эквивалентов Ca
2+
и Mg
(по водороду 1/Z=1/2) на 1 литр воды [59]. По величине
2+
жесткости различают следующие типы вод: мягкие - до 4,0; среднежесткие-4,0-8,0; жесткие-8,0-12,0; очень жесткие - свыше
12,0 ммоль/л. Жесткость питьевой воды не должна превышать
14,0 ммоль /л. Молярная масса эквивалентов по водороду равна:
M
1/2ЭДТА
=1/2M
=1/2*392,2=186,1 г/моль. M(1/2Me2+)=1/2M(Me2+).
ЭДТА
5.7. Измерение карбонатной жесткости воды
Цель работы:
Измерение карбонатной жесткости воды кислотно-основным
титрованием с относительной нормой погрешности 3% при
заданной надежности Р=0,95
Оборудование:
1. Пипетка 50,0 мл (V
);
П
2. Бюретка 20,0 мл.
Реактивы:
102
1. Индикатор метиловый оранжевый.
К.Ж.=C
HCl*VHCl
*1000/VП.
(32)
№
V(HCl), мл
К.Ж., ммоль/л
1
0,79
1,83
2
0,81
1,88
3
0,86
2,00
2. Стандартный раствор HCl, С
=0,116 моль/л.
HCl
Теория:
При определении карбонатной жесткости воды в качестве
титранта используют стандартный раствор HCl.
Уравнение реакции
Mg(HCO
+2HCl=MgCl2+H2CO3.
3)2
Прием титрования - прямое титрование.
Карбонатная жесткость воды вычисляется по формуле
Методика:
1. Подготовка к титрованию. В колбу для титрования с
помощью пипетки отбирают 50,0 мл исследуемой воды, затем
добавляют 1-2 капли индикатора.
2. Титрование. Титруют стандартным раствором HCl до
перехода окраски из желтой в оранжевую. Объем титранта (V
HCl
) в
точке эквивалентности и рассчитанная по уравнению (32) карбонатная
жесткость воды представлены в табл. 13.
3. Обработка данных. С помощью программы МП-343
проводится метрологическая обработка данных с использованием
данных табл. 13, производится расчет среднего, абсолютного и
относительного доверительного интервалов.
Таблица 13
Объем титранта в точке эквивалентности и рассчитанная по
уравнению (32) карбонатная жесткость воды.
Заключение:
Тип воды - мягкий.
К.Ж.=0,190±0,022(11%), ммоль/л.
Оценка выставлена неудовлетворительно, так как
103
относительный доверительный интервал превышает норму
погрешности (данная оценка является следствием неправильного
выбора концентрации титранта и малого количества определений, что
привело также к невозможности анализа на наличие промахов).
5.8. Измерение массовой доли железа(II) в техническом образце соли Мора
Цель работы:
Измерение процентной концентрации Fe
2+
в образце из трех
параллельных опытов с относительной нормой погрешности 3% при
заданной надежности P=0,95.
Оборудование:
1. Бюретка 20,0 мл.
Реактивы:
1. Раствор H
2. Стандартный раствор KMnO
2SO4
(1:4).
, C(KMnO4) = 0,119 моль/л.
4
Теория: Прием титрования - прямое титрование. Метод
титрования – метод отдельных навесок.
Уравнение реакции: 5Fe
2+
+ MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Массовую долю железа в процентах вычисляют по формуле:
С
=C(KMnO4)/5*V(KMnO4)*M
Fe
Fe*
-3
10
100/mСM,%.
*
Методика:
1. Подготовка к титрованию. Навеску образца соли Мора (m
СM
),
взятую в пределах 0,4-0,8 г растворяют в дистиллированной воде
(60,0-70,0мл). Далее добавляют 2-5 мл H
2. Титрование проводят стандартным раствором KMnO
2SO4
.
до
4
появления устойчивой розовой окраски. При попадании первой
избыточной капли титранта титрование прекращают.
3. Обработка данных. При помощи программы МП-343
проводится метрологическая обработка данных, используя данные
таблица 14, производится расчёт среднего, абсолютного и
относительного доверительного интервала.
104
Эксперимент:
mСM, г
V(KMnO4), мл
СFe,%
0,9277
13,3
9,5
0,4231
7,1
11,2
0,4642
7,2
10,3
Таблица 14
Масса навески соли Мора, объем титранта, концентрация железа
в объекте анализа
Заключение: СFe=10,3±2,0(20%), ммоль/л.
Оценка выставлена «неудовлетворительно», так как
относительный доверительный интервал превышает норму
погрешности (данная оценка является следствием погрешности
взвешивания образца соли Мора и малого количества определений,
что привело также к невозможности анализа на наличие промахов).
Приложение к разделу 5.8.
Теория: Молярная масса эквивалента железа(II):
M
(1Fe)=M(Fe)
=55,85 г/моль.
Молярная масса эквивалента соли Мора:
M(1(NH4)2SO4*FeSO4*6H2O)=M{(NH4)2SO4*FeSO4•6H2O}=
392,1 г/моль.
Расчет минимальной и максимальной массы навески соли Мора
ведут по уравнениям: m
m
=0,1*20*392,1*10-3=0,8 г.
max
=0,1*10*392,1*10-3=0,4 г,
min
Методика:
Пример: Навеска соли Мора. Масса пробирки с веществом до
отсыпания: m=15,1208 г. Масса пробирки с веществом после
отсыпания: m
=14,1931 г. Масса взятой навески соли Мора:
1
Δm=15,1208-14,1931=0,9277 г.
5.9. Измерение содержания окислителей
Цель работы:
Измерение содержания дихромата калия в исследуемом
растворе с нормой погрешности 3% при P=0,95.
Реактивы:
1. Раствор K
2Cr2O7
, M
2. Стандартный раствор KMnO
1/z*X
.
, C(KMnO4) = 0,119 моль/л.
4
3. Раствор соли Мора.
4. Раствор H
2SO4
(1:4).
105
Оборудование:
1. Колба для титрования.
2. Бюретка.
3. Мерная колба емкостью 200,0 мл.
4. Пипетка(V
).
П
Теория:
Применяется титрование по остатку, так как прямое
взаимодействие между растворами K
Вспомогательный реагент – раствор соли Мора (Fe
и KMnO4 невозможно.
2Cr2O7
2+
). Реакции и
вычисления:
6Fe
5Fe
m(K
2+
+Cr2O
2+
2Cr2O7
2--
+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2О;
7
+MnO
–
+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O
4
)=С(KMnO4)*{Vꞌ-V}*M
1/z*X*VК/VП
Методика:
1. Подготовка к титрованию. В колбу для титрования с
помощью бюретки отбирают 10,0 мл раствора соли Мора, добавляют
4,0-5,0 мл H
2. Титрование. Титруют раствором KMnO
2SO4
(1:4).
до появления
4
розовой окраски раствора. Далее записывают объем перманганата
калия, израсходованного на титрование (Vꞌ).
3. Определение окислителя. В мерную колбу получают раствор
окислителя, доводят содержимое мерной колбы до метки
дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Отбирают с
помощью пипетки V
мл раствора H
(20,0 мл) в колбу для титрования, добавляют 5,0
П
(1:4) и 10,0 мл соли Мора. Окраска раствора
2SO4
меняется от желто-оранжевой до зеленой. Записывают объем V,
пошедший на титрование и рассчитывают содержание окислителя.
4. Обработка данных. При помощи программы МП-343
проводится метрологическая обработка данных, используя данные
таблица 15, производится расчёт среднего, абсолютного и
относительного доверительного интервала.
106
Эксперимент:
№
V(KMnO4), мл
m(K2Cr2O7), г
1
4,29
0,211
2
4,34
0,196
3
4,41
0,187
Объем KMnO
окислителя
Таблица 15
, пошедший на титрование и содержание
4
Заключение: (K2Cr2O7)=0,199±0,0023(2,6%).
Оценка выставлена «удовлетворительно», так как число
промахов равно 1, а доверительный интервал в относительной форме
не превышает нормы погрешности.
107
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ МЕТОДАМ АНАЛИЗА
6.1. Хроматография. Качественный анализ смесей
предельных углеводородов
Цель работы: Установление наличия пентана, гексана, гептана,
октана в смесях Х
1 и Х2
.
Оборудование:
1. Газожидкостной лабораторный хроматограф ЛХМ-10.
2. Дозатор 10 мкл.
3. Секундомер.
Реактивы:
Эталонные вещества: гексан, гептан, октан, пентан.
Теория: Вид и основные параметры хроматограмм
представлены на рис. 14 приложения к разделу 6.1.
Качественные характеристики состава образцов:
– время удерживания компонента.
1. t
R
2. µ
полуширина хроматографического сигнала.
0,5 –
3. Форма хроматографического сигнала (симметричная,
асимметричная: фронт резкий или тыл резкий).
Методика:
1. Получение хроматограмм. Поочередно дозатором отбираются
2–5 мкл эталонные и испытуемые образцы и вводятся прокалыванием
прокладки в хроматограф. В этот момент включается секундомер. Не
выключая секундомера производится измерение t
компонентов
R
образца при наличии максимума хроматографического сигнала.
Эксперимент заканчивается при получении сигнала от компонента
имеющего наибольшее значение t
(в данной работе это октан).
R
2. Получение качественных характеристик.
Определение значения t
описано в п.1 методики. µ
R
0.5
определяется по хроматограмме в относительных единицах при
помощи линейки (измеряется расстояние от базисной линии до
максимума сигнала, это расстояние делится пополам и в точке
половины высоты сигнала измеряется ширина сигнала, половина
которого равна µ
, см. также рис. 14). Форма сигнала
0,5
устанавливается визуально (субъективно). Данные представлены в
таблица 16.
3. Заключение о составе испытуемых образцов. На основании
сравнения качественных характеристик эталонных и испытуемых
108
образцов (данные представлены в таблица 16) делается вывод о
Форма
сигналов
Пентан
13,5
2
Фронт резкий
Гексан
21,5; 21
3,1
Фронт резкий
Гептан
44; 41,5
5,5
Фронт резкий
Октан
63,5
7,9
Симметричный
Смесь х1
15,5; 24,3
1,8; 2,9
3; 4,5;
8,1
составе Х
1 Х2
.
Эксперимент:
Таблица 16
Качественные характеристики эталонных и испытуемых
образцов
Образец
Время удерживания
(t
), с
R
μ
0.5
, о.е.
хроматографических
Смесь х2 18,8; 34,5; 67
Заключение: Состав меси Х1 – пентан, гексан. Состав смеси Х2 –
гексан, гептан, октан. (Результаты оценены на отлично).
Приложение к разделу 6.1.
Теория:
τ – время удерживания компонента; число теоретических
тарелок N =5,54 (∆τ/µ
)2; высота условной теоретической тарелки Н =
0,5
L/N, где L – длина хроматографической колонки.
Рис. 14. Хроматограмма двухкомпонентной смеси.
109
6.2. Хроматография. Количественный анализ смеси
предельных углеводородов
Цель работы: Определение процентной концентрации гексана и
октана в смесях Х
, Х4 с показателем сходимости 20%.
3
Оборудование: См. раздел 6.1 (секундомер в данной работе не
используется).
Реактивы: Эталонные смеси см. в таблица 17.
Теория: Количественными характеристиками концентрации
гексана и октана в объектах исследования являются высота или
площадь хроматографического сигнала. Более предпочтительной
является высота хроматографического сигнала из-за простоты ее
измерения, а также предварительными экспериментами показана
большая точность результатов при ее использовании. Для устранения
из расчетов объема вводимой пробы (2-5 мкл) используется не
анализируемый компонент гептан, концентрация которого постоянна
(30,0%). Этот компонент называется внутренним стандартом.
Методика:
1. Способ получения хроматограмм образцов указанных в
таблица 17 описан в п.1 методики разд. 6.1.
2. Определение значения высоты хроматографического сигнала
производится по хроматограмме в относительных единицах,
например, при помощи линейки (измеряется расстояние от базисной
линии до максимума сигнала). Эти данные представлены в виде h в
таблица 17.
3. Расчет приведенных сигналов. Высоты сигналов гексана и
октана делится на сигнал гептана (метод внутреннего стандарта),
которые представлены в таблица 17 (h
4. Обработка данных. По программе МП-343 рассчитываются
градуировочные характеристики зависимости h
концентрации. По h
/
анализируемых компонентов в испытуемых
/
).
/
гексана и октана от их
образцах проводится расчет параметров указанных в цели работы и
оценка результатов измерений.
110