Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы анализа Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие
.pdf
В стакан опускают датчик кондуктометра (электрод), опускают
магнит, ставят его на магнитную мешалку. Бюретку емкостью 25 мл
заполняют 0,1 н. раствором NaOH. Включают кондуктометр (нажав на
клавишу ON) и мешалку. Прибору необходимо прогреться 3 мин.
На экране прибора высветится значение температуры и удельной
электропроводности раствора. Запишите значение удельной электропроводности раствора до начала титрования. Затем при
включенной
мешалке добавляют в исследуемый раствор из бюретки по 1 мл 0,1 н.
раствора NaOH и измеряют значения χ. Данные титрования заносят в
таблицу:
V
, мл 12345 678910
NaOH
χ, мСм/см
Минимальное значение χ соответствует точке эквивалентности.
После χ
вания строят кривую титрования в координатах χ =
титрования определяют точку эквивалентности и
лентности. Рассчитывают концентрацию
растворе.
приливают еще 5 мл NaOH по 1 мл. По результатам титро-
min
f(V
V
NaOH
с
и m
HCl
НCl
). По кривой
NaOH
в точке эквива-
в исследуемом
В отчете привести:
1) таблицу с результатами титрования;
кривую титрования, по которой определить χ и V
2)
в точке эк-
NaOH
вивалентности;
расчет с
3)
HCl
и m
в исследуемом растворе.
НCl
Работа № 2. Определение содержания HCl и CH3COOH
Цель работы. Кондуктометрическое определение содержания HCl
COOH в смеси.
и CH
3
Основные положения. В анализируемом растворе содержатся
+
ионы H
, Cl– и молекулы CH3COOH.
В процессе титрования протекают реакции нейтрализации:
HCl + NaOH = NaCl + H
+
H
+ OH– = H2O,
COOH + NaOH → CH3COONa + H2O (2-й скачок),
CH
3
CH
COOH + OH– → CH3COO– + H2O.
3
O (1-й скачок),
2
61
Кривая титрования имеет два излома, которые соответствуют двум
χ
V
точкам эквивалентности: первая показывает
, пошедший на тит-
NaOH
рование сильной кислоты, а вторая – общий объем NaOH, израсходованный на титрование обеих кислот.
Объяснение изменения χ до первой точки эквивалентности (ветвь
АВ) дано в работе № 1. После первой точки эквивалентности χ не-
сколько возрастает (ветвь ВС), так как происходит увеличение концентрации ионов CH
наблюдается резкий рост χ, вызванный появлением в растворе ионов
–
с высокой подвижностью.
ОН
COO– и Na+. После второй точки эквивалентности
3
Приборы и реактивы
1. Кондуктометр Анион-7020 фирмы ИНФРАСПАК-АНАЛИТ в
комплекте с датчиком комбинированным выносным ДКВ-1; магнитная
мешалка.
Бюретка на 25 мл, стакан на 150 мл, мерная колба на 100 мл.
2.
Гидроксид натрия NaOH, стандартный раствор, 0,1 н.
3.
Выполнение работы
Полученный в мерной колбе на 100 мл исследуемый раствор
(задача) доводят дистиллированной водой до метки, перемешивают и
переливают в стакан емкостью 150 мл.
В стакан опускают датчик кондуктометра (электрод) и магнит, за-
тем ставят стакан на магнитную мешалку. Бюретку на 25 мл заполняют
0,1 н. раствором NaOH. Включают кондуктометр (нажав на клавишу
ON) и мешалку.
На экране прибора высветится значение температуры и удельной
электропроводности раствора (рис. 15). Запишите значение удельной
электропроводности раствора до начала титрования. Затем при включенной мешалке добавляют в исследуемый раствор из бюретки по 1 мл
0,1 н. раствора NaOH и измеряют значения χ. Данные титрования заносят в таблицу:
V
NaOH
, мСм/см
По достижении первого скачка титрование продолжают до получения второго скачка. Затем
зультатам титрования строят кривую титрования в координатах
Прибору необходимо прогреться 3 мин.
, мл 12345678910
приливают еще 5 мл NaOH по 1 мл. По ре-
62
χ = f(V
). По кривой титрования определяют две точки эквивалент-
NaOH
ности и объемы NaOH, соответствующие этим точкам.
В отчете:
1) укажите ОВ, РВ;
запишите уравнения реакций;
2)
приведите таблицу с результатами титрования;
3)
постройте кривую титрования в координатах χ = f(V
4)
V
шите
в первой и второй точках эквивалентности, V
NaOH
дованный на титрование HCl и на титрование CH
рассчитайте с
5)
HCl
и m
НCl
,
c
CH COOH
и
m
3
CH COOH
COOH;
3
3
) и запи-
NaOH
, израсхо-
NaOH
в исследуемом
растворе.
Работа № 3. Определение содержания хлорида бария
Цель работы. Ознакомление с методом кондуктометрического
осадительного титрования.
Основные положения. В анализируемом растворе содержатся
2+
ионы Ва
В процессе титрования протекает реакция осаждения ионов Ва
Вместо ионов Ва
ство ионов Na
2+
Ва
минимальная. После ТЭ концентрация ионов Na
растет.
Приборы и реактивы
1. Кондуктометр Анион-7020 фирмы ИНФРАСПАК-АНАЛИТ в
комплекте с датчиком комбинированным выносным ДКВ-1; магнитная
мешалка.
2.
3.
и Cl–.
BaCl
+ Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl,
2
2+
+ 2Cl– + 2Na+ +
Ba
2+
+
. Подвижность ионов Na+ меньше подвижности ионов
в растворе появляется эквивалентное количе-
, χ снижается. В ТЭ все ионы Ва2+ выпадают в осадок ВаSO4 и χ
2
SO
= BaSO4 + 2Na+ + 2Cl–.
4
+
и SO
2-
повышается, χ
4
2+
:
Бюретка на 25 мл, стакан на 150 мл, мерная колба на 100 мл.
Сульфат натрия, раствор Na
2SO4
, 0,1 н.
Выполнение работы
Полученный в мерной колбе на 100 мл исследуемый раствор (задача) доводят дистиллированной водой до метки, перемешивают и переливают в стакан емкостью 150 мл.
63
В стакан опускают датчик кондуктометра (электрод), опускают
χ
магнит, ставят его на магнитную мешалку. Бюретку на 25 мл заполняют 0,1 н. раствором Na
. Включают кондуктометр (нажав на кла-
2SO4
вишу ON) и мешалку. Прибору необходимо прогреться 3 мин.
На экране прибора высветится значение температуры и удельной
электропроводности раствора (см. рис 15). Запишите значение удельной электропроводности раствора до начала титрования. Затем при
включенной мешалке добавляют в исследуемый раствор из бюретки по
1 мл 0,1 н. раствора Na
и измеряют значения χ. Данные титрования
2SO4
заносят в таблицу:
V
, мл
Na SO
24
, мСм/см
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Минимальное значение χ соответствует точке эквивалентности.
После χ
вания строят кривую титрования в координатах χ =
вой титрования определяют точку эквивалентности и
ке эквивалентности. Рассчитывают концентрацию
в исследуемом растворе.
приливают еще 5 мл Na2SO4 по 1 мл. По результатам титро-
min
f(V
V(Na
с (BaCl
). По кри-
Na2SO
4
) в точ-
2SO4
) и m (BaCl2)
2
В отчете:
1) укажите ОВ, РВ;
запишите уравнения реакций;
2)
приведите таблицу с результатами титрования;
3)
постройте кривую титрования в координатах χ = f(
4)
запишите
5)
V
Na SO
в ТЭ;
24
рассчитайте с (BaCl
) и m (BaCl2) в исследуемом растворе.
2
V
Na SO
) и
24
Работа № 4. Определение содержания Fe3+ в растворе
FeCl
Цель работы. Ознакомление с методом кондуктометрического
комплексометрического титрования.
Основные положения. При титровании раствора FeCl
трилона Б (Na
по реакции комплексообразования
3
Y) происходит реакция
2H2
3+
+ H2Y2– → FeY– + 2H+.
Fe
64
раствором
3
В результате ионы Fe
деляются ионы H
+
. Так как подвижность ионов H+ велика, то электро-
проводность растет и достигает максимума в точке эквивалентности.
После ТЭ электропроводность резко падает, так как ионы H
ются анионом H
Y2–.
2
3+
связываются в комплексный ион FeY– и вы-
+
связыва-
+
+ H2Y2– → H3Y–.
H
Приборы и реактивы
1. Кондуктометр Анион-7020 фирмы ИНФРАСПАК-АНАЛИТ в
комплекте с датчиком комбинированным выносным ДКВ-1; магнитная
мешалка.
Бюретка на 25 мл, стакан на 150 мл, мерная колба на 100 мл.
2.
3.
Раствор трилона Б, 0,1 н.
Выполнение работы: см. работу № 1.
В отчете:
1) укажите ОВ, РВ;
запишите уравнения реакций;
2)
приведите таблицу с результатами титрования;
3)
постройте кривую титрования в координатах χ = f(V
4)
пишите
5)
рассчитайте
V
трилон Б
в ТЭ;
c
FeCl
и
m
3
FeCl
.
3
трилон Б
) и за-
3. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
АНАЛИЗА
3.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Хроматографические методы анализа основаны на разделении отдельных составляющих многокомпонентных смесей сорбцией в динамических условиях. В простейшем виде эти условия создаются при
прохождении потока смеси газов, паров, жидкостей или раствора через
колонку со слоем сорбента (или жидкости), которые представляют собой неподвижную фазу. При этом происходит многократное повторение актов
ность разделения веществ.
нологии, биологии, медицине, физике для разделения и выделения
сорбции-десорбции, что обусловливает высокую эффектив-
Данные методы широко применяются в химии и химической тех-
65
растительных и животных пигментов, изотопов, радиоактивных элементов, разделения веществ, близких по их физико-химическим свойствам, для селективного извлечения веществ из сложных смесей,
очистки от примесей, концентрирования и т.д.
Различают три способа выполнения хроматографического анализа.
фронтальном анализе исследуемую смесь непрерывно пода-
При
ют в верхнюю часть колонки сорбента. Если раствор двухкомпонентный, т. е. содержит вещества
А и В, то первым из колонки вытекает
чистый растворитель, а после насыщения сорбента менее сорбирующимся веществом
А. Но когда сорбент насытится веществом В, в приемник начинают по-
ступать и компонент
А вытекает раствор, содержащий только компонент
А, и компонент В, т. е. оба компонента исходного
раствора. Таким образом, при фронтальном анализе удается получить в
чистом виде только одно наименее сорбирующееся вещество двухкомпонентной (или многокомпонентной) смеси, полного разделения смеси
на отдельные компоненты не происходит (рис. 16).
а б
Рис. 16. Хроматограммы фронтального (а) и вытеснительного (б)
способов
При вытеснительном анализе в колонку вводят порцию раствора,
содержащего вещества
эти компоненты вытесняются более сорбирующимся веществом
А и В, которые поглощаются сорбентом. Затем
С, т. е.
компоненты вытесняются в соответствии с их избирательной сорбируемостью. Вследствие этого компоненты
А и В перемещаются вдоль
слоя сорбента со скоростью, равной скорости движения вытесняющего
вещества
сорбируемый компонент
С. Сначала из колонки вытекает фракция, содержащая менее
А, а затем – компонент В, следовательно, при
вытеснительном анализе получают в чистом виде вещества двухкомпонентной (или многокомпонентной) смеси.
66
При элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемого
раствора, содержащего несколько компонентов (
ный поток растворителя. В полученной хроматограмме положение
компонентов соответствует их сорбируемости, например,
т. е. нижняя зона хроматограммы содержит чистое вещество
колонку промывают чистым растворителем и компоненты смеси перемещаются вдоль нее, вытесняя друг друга. Фракции фильтрата содержат сначала компонент
Массу каждого компонента, выделенного из смеси тем или иным
хроматографическим методом, определяют обычными химическими,
физико-химическими или физическими методами.
С, затем В и наконец компонент А.
А, В, С) и непрерыв-
А В С,
С. Затем
Классификация хроматографических методов:
по агрегатному состоянию фаз: газовая, жидкостная и газожид-
костная;
по механизу разделения: адсорбционная (газовая, жидкостная),
распределительная, ионообменная, осадочная, окислительно-восстановительная;
по способу проведения процесса: колоночная, капиллярная, плос-
костная (бумажная, тонкослойная).
Адсорбционная хроматография (газовая и жидкостная) основана
1.
на законе адсорбционного замещения М. С. Цвета: «Вещества, растворенные в определенной жидкости, образуют определенный адсорбционный ряд
ство его членов к адсорбенту». Каждый предыдущий член ряда с большим адсорбционным сродством вытесняет из сорбента последующий
член с меньшим адсорбционным сродством. По Ленгмюру, на поверхности сорбента образуется мономолекулярный слой сорбируемого вещества. Каждой концентрации адсорбируемого вещества отвечает определенное адсорбционное равновесие
при соответствующей температуре.
Зависимость количества адсорбируемого вещества от его концентрации в
смеси в растворе при
жается изотермой адсорбции (рис. 17).
(количества адсорбированного веще-
А В С, выражающий относительное адсорбционное срод-
Т = const выра-
Изменение значения адсорбции
Рис. 17. Изотерма адсорбции
67
ства) с увеличением концентрации вещества выражается уравнением
R
изотермы Ленгмюра:
K с
ГГ ,
ар
K с
ар
1
где Г – значение адсорбции; Г
станта адсорбционного равновесия;
K с
При
с 1
ГГ Г
ар
1
K с
Отсюда уравнение Ленгмюра показывает, что при малых
– максимальная адсорбция; Kа – кон-
c
– равновесная концентрация.
р
, а при c 1 Г = Г
ар
K с Kс
ар
.
с значение
адсорбции (Г) прямо пропорционально концентрации, а при больших
значениях
с является постоянной величиной, соответствующей насыще-
нию поверхности сорбента.
В качестве
неподвижной фазы – адсорбента используются: акти-
вированный уголь, силикагель, окись алюминия, природные и искусственные силикаты, алюмосиликаты (цеолиты).
В качестве
подвижной фазы в адсорбционно-жидкостной хрома-
тографии применяют органические и неорганические растворители
(бензол, пентан, ацетонитрил, водные растворы солей и т.д.).
В газоадсорбционной хроматографии – подвижная фаза: газоноситель – азот, аргон, воздух, СО
, гелий и др.
2
При пропускании смеси газов в колонке происходит разделение
компонентов вдоль колонки на отдельные зоны с получением выходной кривой – хроматограммы (рис. 18). На рисунке:
1 – нулевая линия;
2 – пик несорбирующего компонента; 3 – пики анализируемых
t
веществ;
– мертвое время колонки, мин; tR – время выхода компо-
м
нента, мин; h – высота пика; – ширина пика; b – расстояние между
соседними пиками.
На практике для
время удерживания
качественного анализа используют приведенное
'
t
t
–
=
или приведенный объем удерживания
R
tм
'
= VR – Vм,
V
R
где
V
= t
F
R
; Vм = t
к
R
F
(Fк – объемная скорость потока газоносителя,
м
к
мл/мин). В исследуемую смесь вводят стандартное вещество и снимают хроматограмму, из нее определяют относительное время (объем)
68
1
R
R
R
R
R
удерживания t
t
(V
отн
) сравнивают с табличными данными и относят пик к опреде-
отн
отн
(V
отн
): t
отн
=
t
. Полученные значения
1
t
станд
'
1
t
,
V
и
ленному веществу.
Рис. 18. Хроматограмма
Для количественного анализа из хроматограммы определяют высоту пика
h, площадь S =
h или величину h
0,5
1
V
. Для расчета исполь-
зуют метод внутренней нормализации, т. е. приведение к 100 % суммы
приведенных
ства
h, S или h
1
V
. Тогда концентрация определяемого веще-
kS
ii
c
i
n
kS
i
ii
100 %
,
k
– калибровочные коэффициенты к площади пиков определяемых
где
i
cS
ст
веществ (
дартом);
i
k
i
с S
S
– площадь пика i-компонента.
i
, которые определяют из бинарной смеси со стан-
ст
i
При определении концентрации веществ также используются методы внутреннего стандарта и абсолютной калибровки (метод калибровочного графика).
При выполнении анализа по методу внутреннего стандарта используют формулу
69
kS
ii
где
S
– площадь пика i-компонента; ki – калибровочный коэффициент
i
kS
ст ст
R
100 %
,
i-компонента; R – отношение массы внутренненго стандарта к массе
анализируемой пробы;
– площадь пика станадарта; k
ст
– калибро-
ст
S
вочный коэффициент стандарта.
2.
Распределительная хроматография основана на использова-
нии различных коэффициентов распределения отдельных компонентов
анализируемой смеси между двумя несмешивающимися жидкостями.
По способу проведения процесса она подразделяется на колоночную,
бумажную, тонкослойную.
Колоночная хроматография – в качестве сорбента используется
неподвижный растворитель, удерживаемый на твердом носителе (силикагеле, алюмогеле и др.). Пробу раствора вносят в колонку, а затем колонку промывают подвижным растворителем, при этом происходит перераспределение вещества смеси компонентов между двумя жидкими
фазами в соответствии со значениями коэффициентов распределения
с
н
K
,
с
п
где
с
и сп – концентрации компонента в неподвижной и подвижной
н
K:
фазах.
Наибольшая скорость движения наблюдается у того компонента,
который имеет меньшее значение коэффициента распределения. Скорость движения фронта зоны
1
l
()
VKV
VA
где
l – высота зоны, содержащей определяемый компонент, мм; V –
пн
объем хроматографируемого раствора, мл;
ного и неподвижного растворителя, приходящихся на 1 мл колонки;
А – поперечное сечение колонки, мм
2
; K – коэффициент распределения.
,
V
и Vн – объемы подвиж-
п
Скорость смещения зоны
1
VKV
пн
зависит от значения
R
K, поэтому каждая зона движется со своей скоро-
стью, что и является условием разделения компонентов смеси.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]