Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая и аналитическая химия. Практикум
.pdf
Таблица 9
Интервалы перехода важнейших кислотно-основных индикаторов
Окраска
Индикатор
Фенолфталеин Бесцветная Красная 8,2÷10,0
Феноловый красный Желтая Красная 6,8÷8,0
Лакмус Красная Синяя 5,0÷8,0
Метиловый красный Красная Желтая 4,4÷6,2
Метиловый оранжевый Розовая Желтая 3,0÷4,4
Бромфеноловый синий Желтая Синяя 3,0÷4,6
кислотной
формы
щелочной
формы
Интервал
перехода
рН
Значения рН в точке эквивалентности зависят от силы
электролитов, применяемых в анализе.
Различают следующие случаи титрования:
1. Титрование сильной кислоты сильным основанием
(или наоборот): HCl + NaOH = NaCl + H2O.
Сокращенное ионное уравнение H+ + OH- = H2O.
В момент окончания реакции в точке эквивалентности
рН 7, среда нейтральная, т. к. соль NaCl гидролизу не подвергается.
2. Титрование слабой кислоты сильным основанием
(или наоборот): CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O.
Образующаяся соль ацетат натрия подвергается гидролизу:
CH3COO- + HOH CH3COOH + OH
-
CH3COONa + H2O CH3COOH + NaOH
В растворе появляется избыток ионов (OH) -, поэтому
в точке эквивалентности среда раствора щелочная, рН > 7.
3. Титрование слабого основания сильной кислотой
(или наоборот):
NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O
образующаяся соль – хлорид аммония – также гидролизуется:
+
NH
+ HOH NH4OH + H
4
+
NH4Cl + H2O NH4OH + HCl
91
В растворе накапливаются ионы H+, поэтому в точке эквивалентности среда раствора кислая (рН<7).
В зависимости от значения рН в точке эквивалентности
выбирают индикатор. Индикатор выбирают таким образом,
чтобы значение рН в точке эквивалентности совпадало с областью перехода индикатора.
Лабораторная работа № 7.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЭКВИВАЛЕНТА И ТИТРА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
ПО БУРЕ
Цель работы: определить молярную концентрацию эк-
вивалента и титр раствора соляной кислоты методом титрования.
Исходным веществом, наиболее удобным для установления Сэк и Т соляной кислоты, считают тетраборат натрия
(буру) Na2B4O7·10H2O. Водные растворы этой соли благодаря гидролизу имеют щелочную реакцию:
Na2B4O7 + 7H2O = 2 NaOH + 4H3BO
3
В ходе титрования протекает реакция:
Na2B4O7 + 2HCl+ 5H2O = 2NaCl + 4H3BO
3
Следовательно, рН раствора в точке эквивалентности
будет меньше 7, и для титрования следует выбирать индикатор, который имеет область перехода при рН<7, например,
метиловый оранжевый или метиловый красный.
Ход работы
1. Тщательно вымытую бюретку дважды ополосните
небольшими порциями раствора HCl для удаления остатков воды. Пользуясь воронкой, наполните бюретку раствором соляной кислоты так, чтобы мениск его был несколько
выше нулевого деления. Заполните раствором оттянутую
трубку, вытеснив из неё пузырьки воздуха, убирая воронку,
92
выпуская лишнюю кислоту, установите нижний край мениска на нулевое деление.
В таком состоянии бюретка подготовлена к работе.
2. Чистую пипетку ёмкостью 10 мл ополосните раствором буры и отмерьте 10 мл раствора в коническую колбу
для титрования. Последнюю каплю жидкости из пипетки не
выдувают, а прикасаются её концом к стенке колбы.
3. Для удобства титрования в другой конической колбе
готовят раствор «свидетеля»: отмеряют в неё 20 мл дистиллированной воды, прибавляют 1 каплю метилового оранжевого и несколько капель соляной кислоты. Раствор «свидетеля» должен быть слаборозовым. На плоскость штатива
кладут лист белой бумаги (экран) и ставят колбу с раствором «свидетеля».
4. В раствор буры добавьте 1 каплю метилового оранжевого (раствор окрашивается в желтый цвет) и титруйте
раствором соляной кислоты до тех пор, пока цвет раствора
«свидетеля» и цвет раствора буры не станут одинаковыми.
Титрование проводят 3–4 раза до получения сходящихся результатов.
5. По закону эквивалентов для реагирующих растворов
вычислите молярную концентрацию эквивалентов раствора
соляной кислоты:
экэк
)()()()( бурыVбурыCHC lVHClC
Зная Cэк (HCl), можно вычислить титр этого раствора:
МэкСэкТ
,
1000
где Cэк – молярная концентрация эквивалентов соляной
кислоты;
Мэк – молярная масса эквивалентов соляной кислоты.
M
)(
HClМэк
г/моль
5,36
1
93
Приготовленный раствор соляной кислоты используют
для дальнейшей работы.
Лабораторная работа № 8.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
И МАССЫ ЩЕЛОЧИ В ЗАДАННОМ РАСТВОРЕ
В исследуемый раствор добавьте 1–2 капли метилоранжа
и титруйте раствором соляной кислоты, молярная концентрация эквивалентов которой определена по буре в предыдущей работе, до перехода жёлтой окраски в слаборозовую.
Молярную концентрацию эквивалентов щелочи рассчитайте по закону эквивалентов для реагирующих растворов:
Cэк (щ) ·Vщ = Cэк (HCl) ·V (HCl),
где Vщ – объем щелочи, взятый на анализ, мл;
Cэк (HCl) – молярная концентрация эквивалентов соля-
ной кислоты;
V (HCl) – объем соляной кислоты, израсходованной на
титрование, мл.
Массу щелочи рассчитайте из соотношения:
щm
)(
C
эк
,
МV
экщ
где m (щ) – масса щелочи;
Vщ – объем раствора щелочи;
Mэк (щ) – молярная масса эквивалентов щелочи.
Задания для самостоятельной работы
1. Вычислите молярную и молярную концентрацию эквивалентов 12%-го раствора серной кислоты, плотность которой ρ = 1,08 г/мл.
2. Рассчитайте объем 38,3%-го раствора соляной кислоты (ρ = 1,19 г/мл), необходимый для приготовления 10 л
0,1 н раствора.
94
3. Рассчитайте объем воды, который нужно добавить
к 0,5 л 8,8 н раствора CuSO4, чтобы получить 0,2 н раствор.
4. При титровании навески NaOH массой 0,1102 г (растворенной в произвольном объеме воды) израсходовано 24
мл раствора соляной кислоты. Рассчитайте Cэк (HCl) и титр
раствора.
5. Определите массу Ca (OH)2, необходимую для нейтрализации 0,5 моль эквивалентов кислоты.
6. На нейтрализацию 12 мл раствора HNO3 с титром
0,008505 г/мл израсходовано 36 мл раствора Ca (OH)2. Рассчитайте Сэк раствора Ca (OH)2.
7. Для нейтрализации 1 т сточных вод требуется 158,7
мл 30%-го раствора соляной кислоты, плотность которой
1,15 г/мл. Определите молярную и моляльную концентрацию гидроксида натрия в растворе.
8. Упарили вдвое (по объему) 4 л 10%-го раствора хлорида натрия, плотность которого 1,07 г/см3. Определите молярную и моляльную концентрации нового раствора.
9. Определите объем 1 м раствора щелочи, которая пойдёт на нейтрализацию 10 мл 10%-го раствора азотной кислоты, плотность которой 1,056 г/см3.
10. К раствору, содержащему 1 г H2SO4, прибавлено 10 мл
2 м раствора NaOH. Определите, какую среду имеет полученный раствор, что и в каком количестве находится в избытке.
11. Определите, сколько граммов H2SO4 содержится
в 1 л раствора, если на титрование 15 мл этого раствора расходуется 18,6 мл гидроксида калия, содержащего 0,0102 г/мл
KOH.
12. Определите, в каком из перечисленных титрований
точка эквивалентности соответствует рН 7, рН>7, рН<7:
а) HNO3 + NaOH; б) HCOOH + NaOH; в) KOH + HCl;
г) KCN + HCl; д) Na2CO3 + HCl.
13. Определите, какой из индикаторов (метиловый
оранжевый, фенолфталеин или лакмус) пригоден для титро-
95
вания: а) HNO3 + NaOH; б) KCN + HCl; в) Na2CO3 + 2HCl;
KMnO4,
H+ + 5ē Mn2+ бесцветный
раствор
раствор
H2O + 3ē Mn+O2 бурый
осадок
OH- + 1ē K2Mn+6O4 зеленый
MnO
бурый осадок
г) Na3PO4 + 2HCl; д) HCOOH + NaOH.
14. Навеску щелочи массой 0,531 г, содержащей 92%
NaOH, растворили в мерной колбе на 100 мл.
Определите молярную концентрацию и титр HCl, если
на титрование 15 мл NaOH израсходовано 19,5 мл HCI.
15. Навеску H2C2O4·2H2O массой 0,6 г растворили в мерной колбе на 100 мл. На титрование 20 мл полученного раствора израсходовано 18,34 мл NaOH. Определите молярную
концентрацию раствора NaOH и его титр.
Оксидиметрические (редоксиметрические) методы
объемного анализа
В основе этих методов лежат окислительно-восстановительные реакции. По рабочим растворам (титрантам), применяемым в анализе, их делят на:
а) перманганатометрию (раствор KMnO4 в кислой среде);
б) хроматометрию (раствор K2CrO4 в щелочной среде);
в) йодометрию (раствор KJ или J2 в нейтральной среде) и др.
Метод перманганатометрии
Перманганатометрией называют метод титриметрического анализа, в котором рабочим раствором является раствор KMnO4. Перманганат калия проявляет окислительные
свойства в кислой, щелочной и нейтральной средах. Схематически процесс окисления KMnO4 в различных средах
можно выразить следующим образом:
раствор
малиновофиолетового
цвета
раствор;
96
Особенности метода
1. Перманганатометрия проводится в кислой среде, так
как окислительные свойства KMnO4 в кислой среде гораздо
выше, чем в щелочной и нейтральной. Кроме того, только
в кислой среде в результате реакции образуются бесцветные
ионы Mn2+. При окислении в щелочной и нейтральной среде
выпадает осадок MnO2, сильно затрудняющий фиксирование момента окончания реакции.
2. В перманганатометрии не применяются индикаторы,
так как в точке эквивалентности одна избыточная капля рабочего раствора (KMnO4) вызывает появление розовой окраски. Таким образом, раствор KMnO4 является индикатором.
Лабораторная работа № 9.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЭКВИВАЛЕНТОВ И ТИТРА ПЕРМАНГАНАТА
КАЛИЯ ПО ЩАВЕЛЕВОЙ КИСЛОТЕ
В качестве стандартного вещества для определения концентрации раствора KMnO4 используют щавелевую кислоту. При титровании протекает реакция, которая может быть
описана уравнением:
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 10CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
восстановитель (C2O4) 2- – 2ē→2CO2 5 процесс
окисления
окислитель Mn7+ + 5ē→Mn
2
2 процесс
восстановления
Ход работы
1. В коническую колбу наливают 20 мл 2 н H2SO4 и 10 мл
0,02 н раствора щавелевой кислоты.
2. Смесь нагревают до 70…800C, не доводя до кипения,
т. к. при кипении щавелевая кислота разлагается.
97
3. Горячий раствор титруют из бюретки раствором
KMnO4. Первые капли приливают медленно, добавляя каждую из них после обесцвечивания предыдущей. По мере
накопления в растворе продуктов реакции обесцвечивание
KMnO4 происходит быстрее, так как Mn2+ катализирует реакцию.
4. Титрование считается законченным, когда появляется
устойчивая розовая окраска, не исчезающая в течение минуты. Титрование проводят 3–4 раза до получения сходящихся
результатов.
Рассчитывают средний объем раствора KMnO4 и молярную концентрацию эквивалентов KMnO4, используя закон
эквивалентов:
Cэк (KMnO4) ·Vср (KMnO4) = Cэк (H2C2O4) ·V (H2C2O4)
эк
KMnOСэк
)(
4
KMnOV
ср
)(
4
)()(
OCHVOCHC
422422
Зная молярную концентрацию эквивалентов KMnO4,
можно вычислить его титр:
МэкСэкТ
,
1000
где Мэк – молярная масса эквивалентов KMnO4.
Мэк
M
)KMnO(
4
5
5
6,31
г/моль
158
Лабораторная работа № 10.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЭКВИВАЛЕНТОВ И МАССЫ ЖЕЛЕЗА
В СОЛИ МОРА
Соль Мора – это двойная соль, имеющая состав
(NH4)2SO4·FeSO4 или (NH4)2Fe (SO4)2. С перманганатом калия реагирует только FeSO4, поэтому уравнение реакции
можно записать следующим образом:
98
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 =
= 2MnSO4 + 5Fe2 (SO4) 3 + K2SO4 + 8H2O
восстановитель 2Fe2+ – 2ē→2Fe3+ 5 процесс окисления
окислитель Mn7+ + 5ē→Mn
2+
2 процесс восстановления
Ход работы
1. В исследуемый раствор добавляют 20 мл H2SO4 и титруют раствором KMnO4, эквивалентная концентрация которого уже определена в предыдущей работе. Титрование
ведут до бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение
1–2 мин.
2. Титрование повторяют три раза до сходящихся результатов, рассчитывают средний объём.
3. Для расчета используют закон эквивалентов:
C
2
эк
)Fe(
V
VCVC
VC
срэк
рар
44
,
)KMnO()KMnO()Fe(
442срэкрарэк
)KMnO()KMnO(
,
где Vр-ра – объем раствора, взятого на титрование;
V (KMnO4) – средний объём раствора KMnO4.
Массу железа (Fe2+) рассчитывают из соотношения
2
Fem
C
2
эк
)Fe(
)(
2
VFeM
)(
рарэк
222
VFeMFeCFem
)()()(
рарэкэк
Задания для самостоятельной работы
1. Окислительно-восстановительное титрование, его
сущность, классификация.
2. Уравняйте следующие реакции, рассчитайте молярную массу эквивалентов окислителей и восстановителей:
а) KJ + H2O2 + HCl→J2 + KCl + H2O;
99
б) K2Cr2O7 + KJ + H2SO4→Cr2 (SO4) 3 + J2 + K2SO4 + H2O;
в) Na2SO3 + J2 + H2O→Na2SO4 + HJ;
г) FeSO4 + HNO3 + H2SO4→NO + Fe2 (SO4) 3 + H2O;
д) CrCl3 + H2O2 + NaOH→Na2CrO4 + NaCl + H2O;
е) K2CrO4 + HCl→Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O;
ж) KMnO4 + Cr2 (SO4) 3 + KOH→K2CrO4 + MnO2 + K2SO4
+ H2O.
3. Определите массу перманганата калия, необходимую для
приготовления 1 л раствора, титр которого Т = 0,008348 г/мл.
4. Навеску KMnO4 m = 1,875 г растворили в 500 мл. Вычислите Сэк (KMnO4) для проведения реакции: а) в кислой
среде; б) в щелочной среде.
5. На окисление 25 мл 0,02 н раствора соли Мора требуется 40 мл раствора KMnO4. Определите Сэк и титр раствора KMnO4.
6. Определите массу KMnO4, необходимую для окисления 0,3 моль-эк щавелевой кислоты в кислой среде.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]