Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум для СПО
.pdf
31
Метод комплексонометрии основан на реакции образования внутриком-
плексных соединений ионов металлов с некоторыми органическими веществами. При этом образуется устойчивое, хорошо растворимое в воде внутрикомплексное соединение. Наиболее часто применяют комплексон III (ЭДТА) —
динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексон III или трилон-Б), Na2С10H14О8N2 × 2H2O. Образование комплексоном III внутрикомплексного соединения с ионами Са2+ и Mg2+ происходит путем замещения металлом
атомов водорода карбоксильных групп и одновременно взаимодействия катиона
с атомами азота аминогрупп (за счет образования координационной связи):
Точка эквивалентности определяется при помощи индикаторов эриохром
черный (хромоген черный) и мурексид. Это органические красители, образующие с катионами металлов окрашенные комплексные соединения.
Индикатор хромоген черный специальный в щелочной среде образует
анион, имеющий синюю окраску. С катионами Са2+ и Mg2+ он образует комплекс
винно-красного цвета. При последующем титровании комплексоном III этот
комплекс разрушается: ионы металла связываются комплексоном в более прочное комплексонное соединение, а анионы индикатора переходят в раствор, сообщая ему синюю окраску. В результате этого винно-красная окраска раствора сменяется синей. Наиболее четко она изменяется в щелочной среде, при рН 8–10.
Поэтому к титруемому раствору добавляют аммонийную буферную смесь
(NH4OH + NH4Cl), которая нейтрализует выделяющиеся при реакции ионы Н+.
В практике химического анализа этим методом определяют жесткость
воды. Общая жесткость воды обусловлена наличием в ней ионов кальция и магния. Вода является мягкой, если жесткость ее менее 2 ммоль/л; средней жесткости, если жесткость — 2–10 ммоль/л; и жесткой, если жесткость ее более
32
10 ммоль/л. Пригодной для пищевых целей считается вода, если ее жесткость
составляет до 7 ммоль/л.
Этот метод используют для определения содержания макроэлементов
кальция и магния в молоке и молочных продуктах.
Задания для самоконтроля
1. Раскройте основные понятия титриметрического метода: титрование,
стандартный раствор, стандартизованный раствор, точка эквивалентности.
2. Сущность кислотно-основного титрования, закон эквивалентности.
3. Раскройте понятия: индикатор, область перехода, показатель титрова-
ния, правило выбора индикатора.
4. Сущность комплексонометрического титрования, индикаторы.
Экспериментальная часть
Определение молярной концентрации
эквивалента раствора соляной кислоты
1. Приготовление раствора соляной кислоты.
Находят массу вещества HCl, содержащуюся в 500 мл 0,1 н раствора:
m(HCl) = Сэ × V × Мэ;
m(HCl) = 0,1 моль/л × 0,5 л × 36,5 г/моль = 1,825 г.
Рассчитывают, в каком объеме раствора HCl с известной плотностью ρ
и массовой долей вещества содержится 1,825 г соляной кислоты:
%100
)(
)(
−
−
=
рарm
вавm
;
m(р-ра) = V × ρ, г;
%100
)(
−
=
V
вавm
;
33
−
=
%
%100)( вавm
V
, мл.
Вычисленный объем концентрированного раствора HCl отмеряют цилин-
дром, переносят его в мерную колбу вместимостью 500 мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Полученный раствор тщательно перемешивают.
2. Приготовление стандартного раствора тетрабората натрия.
В качестве установочного вещества для определения концентрации кис-
лоты наиболее удобен тетраборат натрия (бура), так как путем перекристаллизации при 60 °С и высушивания на воздухе эту соль легко получить химически
чистой, точно соответствующей формуле Na2B4О7 × 10Н2О.
fэ(Na2B4О7) = 1/2; М(Na2B4О7 × 10Н2О) = 381,4 г/моль; Мэ(Na2B4О7 ×
× 10Н2О) = 190,7 г/моль.
Рассчитывают массу навески Na2B4О7 × 10Н2О для приготовления
200 мл раствора с Сэ = 0,1 моль/л.
m(Na2B4О7 × 10Н2О) = Сэ × V × Мэ = 0,1 × 0,2 × 190,7 = 3,814 г.
Для приготовления раствора тетрабората натрия взвешивают рассчитан-
ную навеску соли. Результаты взвешивания заносят в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Результаты взвешивания
Масса пустого
стаканчика
на технических
весах (г)
Масса
стаканчика
с навеской
на технических
весах (г)
Масса
стаканчика
с навеской
на аналитических
весах (г)
Масса стаканчика
с остатками
навески
на аналитических
весах (г)
Точная
масса
навески
(г)
Масса пустого
стаканчика +
масса рассчитан-
ной навески
(из 3–4)
1. Взвешивают пустой стаканчик на технических весах.
2. Взвешивают стаканчик с навеской на технических весах.
3. Взвешивают стаканчик с навеской на аналитических весах.
4. Переносят навеску с помощью солевой воронки из стаканчика в мерную
колбу на 200 мл.
34
5. Взвешивают стаканчик с остатками навески на аналитических весах.
6. Рассчитывают точную массу навески, взятую для приготовления рас-
твора.
7. Обмывают воронку горячей дистиллированной водой из промывалки,
объем в колбе не должен превышать 1/3 колбы.
8. После полного растворения вещества в колбе охлаждают раствор под
струей холодной водопроводной воды.
9. Доводят раствор в колбе холодной дистиллированной водой так, чтобы
нижний край мениска лежал ровно на метке.
10. Закрывают колбу пробкой, раствор тщательно перемешивают в течение
3–5 мин.
11. Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента (Сэ) приготовлен-
ного раствора и титр (Т) раствора Na2B4О7 × 10 Н2О:
С
э
=
MэV
навескиm
)(
, моль/л;
Т =
V
навескиm )(
, г/мл.
3. Выбор индикатора: при достижении точки эквивалентности в рас-
творе находится слабая борная кислота.
Na2B4О7 + 2HCl + 5Н2О + 2NaOH = 2NaСl + 4Н3BO4.
Среда раствора кислая, поэтому для титрования подойдут индикаторы ме-
тиловый красный (рТ = 5,5) и метиловый оранжевый (рТ = 4).
4. Порядок титрования:
1) подготовка бюретки к работе: выливают из бюретки воду, ополаски-
вают дважды небольшим количеством приготовленного раствора соляной кислоты, наполняют бюретку этим раствором выше нулевого деления, удаляют пузырьки воздуха из капилляра бюретки. Устанавливают раствор в бюретке на нулевом делении (не забывайте снимать воронку, так как капли с воронки будут
изменять уровень жидкости в бюретке).
2) приготовление «свидетеля»: отмеряют цилиндром 40 мл дистиллиро-
ванной воды, переносят в коническую колбу, добавляют две капли метилоранжа
и приливают из бюретки 1–2 капли кислоты до появления оранжевого окрашивания. При титровании окраска титруемого раствора и «свидетеля» должна быть
одинаковой.
35
3) проведение титрования: ополаскивают пипетку Мора дважды неболь-
шим количеством раствора тетрабората натрия. В коническую колбу для титрования отмеривают пипеткой Мора 20,00 мл раствора Na2B4О7, добавляют
1–2 капли индикатора метилоранжа (светло-желтое окрашивание).
В колбу с раствором буры осторожно приливают раствор кислоты из бю-
ретки, постоянно перемешивая содержимое колбы круговыми движениями до
появления оранжевой окраски, не исчезающей в течение 30 с. По делениям бюретки определяют объем кислоты, пошедший на титрование, с точностью до сотых долей миллилитра. Титрование повторить 2–3 раза для получения сходящихся результатов (разность между титрованиями не должна превышать более
чем 0,1 мл). После каждого титрования колбу моют под струей холодной воды,
затем ополаскивают дистиллированной водой.
Доливают раствор HCl в бюретку и устанавливают на нулевом положении.
Рассчитывают средний объем кислоты, пошедшей на титрование (V
ср.
(HCl)). На
основании закона эквивалентов в титриметрическом анализе рассчитывают молярную концентрацию эквивалента раствора соляной кислоты по формуле:
С
э
(HCl) =
).(
)()(
742742
HClсрV
ОBNaVОBNaCэ
, моль/л.
Определение общей жесткости воды
1. Заполнить бюретку трилоном-Б (комплексон III) с Сэ = 0,05 моль/л.
2. В коническую колбу на 250 мл с помощью мерного цилиндра отмерить
50 мл водопроводной воды, отмерить 50 мл дистиллированной воды и тоже внести в колбу.
3. Добавить 10 мл аммонийной буферной смеси и на кончике шпателя ин-
дикатор хромоген черный (эриохром черный Т), все перемешать. Цвет раствора
должен быть винно-красный.
4. Титровать воду раствором трилона-Б до перехода винно-красной окрас-
ки в сине-зеленую. Повторить титрование 2–3 раза.
5. Рассчитать общую жесткость воды по формуле:
Ж =
1000
)(
)().(
2
OHV
БтрилонCэБтрилонVcp
, ммоль/л.
7. Сделать вывод о качестве воды.
36
Определение количества ионов Са2+
в воде (жесткость по кальцию)
1. Заполнить бюретку трилоном-Б (комплексон III) с Сэ = 0,05 моль/л.
2. В коническую колбу на 250 мл с помощью мерного цилиндра отмерить
50 мл водопроводной воды, отмерить 50 мл дистиллированной воды и тоже внести в колбу.
3. Добавить 10 мл 2 н раствора NaOH и на кончике шпателя индикатор му-
рексид, все перемешать. Цвет раствора должен быть малиновым.
4. Титровать воду раствором трилона-Б до перехода малиновой окраски
в фиолетовую.
5. Повторить титрование 2–3 раза.
6. Рассчитать жесткость воды по кальцию по формуле:
Ж =
, ммоль/л.
Определение количества ионов Mg2+
в воде (жесткость по магнию)
Для определения жесткости воды по магнию используют расчетный метод,
так как общая жесткость обусловлена совместным присутствием ионов кальция
Са
2+
и магния Mg2+. Для этого из общей жесткости воды вычитают содержание
ионов кальция Са2+ (жесткость по кальцию) по формуле:
Ж(Mg2+) = Ж
общ.
– Ж(Са2+).
1000
)(
)().(
2
OHV
БтрилонCэБтрилонVcp
37
РАЗДЕЛ 2. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Органическая химия — наука, изучающая строение и свойства углеводо-
родов и их функциональных производных.
В зависимости от структуры углеродного скелета все органические соеди-
нения делят на:
– ациклические соединения — это соединения с незамкнутой цепью атомов
углерода: алифатические (от греч. aleiphar — жир) углеводороды содержат
только атомы углерода и водорода, различают насыщенные (алканы) и ненасыщенные (алкены, алкадиены, алкины);
– циклические соединения — это соединения с замкнутой цепью атомов:
карбоциклические содержат только атомы углерода, гетероциклические кроме
атомов углерода содержат атомы других элементов — гетероатомов (от греч.
нeteros — другой, иной): азот, кислород, сера и др.
Функциональные производные углеводородов — это соединения, у которых один или несколько атомов водорода замещены на функциональные
группы — группировки, которые определяют типичные свойства данного
класса соединений (прил. 5).
Гомологи имеют сходный состав и свойства, но отличаются друг от друга
на гомологическую разность СН2 в составе углеводородного радикала, обладают
близкими химическими свойствами и закономерно изменяющимися физическими свойствами.
Изомеры имеют одинаковый состав, но разное строение. Строение органических соединений описывается с помощью структурных формул — изображения последовательности связывания атомов в молекуле. Эти формулы отражают истинное строение химического соединения.
Номенклатура представляет собой систему правил, позволяющих дать однозначное название соединению. В настоящее время общепринята систематическая номенклатура ИЮПАК (IUPAC — Международный союз теоретической
и прикладной химии). Однако до сих пор сохраняются и широко применяются
тривиальные (обыденные) названия.
Для составления названия органического соединения по заместительной
номенклатуре используют правила:
– определяют родоначальную структуру: главная цепь атомов углерода или основная циклическая структура. Она содержит максимальное число
38
заместителей (характеристических групп), максимальное число кратных связей,
максимальную длину цепи атомов углерода;
– находят все имеющиеся заместители, среди характеристических групп
определяют старшую группу, используя шкалу старшинства функциональных
групп и заместителей (прил. 5);
– проводят нумерацию так, чтобы старшая характеристическая группа
получила наименьший номер или чтобы заместители получили наименьшие
номера;
– отражают степень насыщенности суффиксами: -ан — одинарная, -ен —
двойная, -ин — тройная, -диен — две двойные связи;
– к родоначальной структуре присоединяют суффикс, обозначающий старшую характеристическую группу;
– называют заместителей, обозначаемых приставками в алфавитном порядке, положение каждого заместителя и каждой кратной связи указывают цифрами, соответствующими номеру атома углерода, с которым связан заместитель
(для кратной связи указывают только наименьший номер), цифры ставят перед
приставками и после суффиксов. При наличии в соединении нескольких одинаковых заместителей при одном и том же атоме углерода номер повторяют
столько раз, сколько имеется заместителей, с добавлением соответствующей
умножающей приставки.
Пример: дайте название соединению: СН3 – СН – СН2 – СН = СН2.
СН3
Решение: родоначальная структура (корень) — главная углеродная цепь
содержит пять атомов углерода — пент-; заместитель (приставка) — алкильный
радикал метил-; степень насыщенности (суффикс) — двойная связь -ен; нумера-
ция углеродной цепи — кратная связь имеет наименьший номер
Приставка Корень Суффикс
4-метил пент ен-1
Таким образом, название данного соединения — 4-метилпентен-1.
Задания для самоконтроля
1. Назовите основные классы органических соединений, приведите при-
меры.
2. Дайте определение: гомологи, изомеры, приведите примеры.
3. Раскройте правила номенклатуры ИЮПАК, приведите примеры.
39
Практическая часть
1. Назовите соединения по правилам номенклатуры JUPAC (ИЮПАК):
(СН3)3С – СН2 – С(СН3)3; СН2 = С(СН3) – СН = СН2; Br – СН2 – С(СН3)3;
СН3 – СН = СН – С(СН3)2 – СН2ОН; НО – СН2 – СН(СН3) – СН2 – СН2 – ОН;
СНCl3; СН3 – С(О) –СН2 – СН = СН2; СН3 – СН(ОН) – СН2 – СОН; СН3 – С(О) –
СООН.
2. Приведите структурные формулы всех возможных изомеров для соеди-
нения С6Н12, дайте названия.
2.2. УГЛЕВОДОРОДЫ
Углеводороды — это органические соединения, состоящие из атомов элементов — углерода и водорода. В зависимости от строения углеводороды делят
на различные классы (прил. 6).
Алканы — углеводороды с открытой цепью, содержат простые неполяр-
ные ковалентные -связи (sp3-гибридизация), образуют гомологический ряд с
общей формулой CnH
2n + 2
, основным химическим свойством является реакция
замещения (SR). Например, реакция нитрования (метод Коновалова):
++СН
3
СН
3
СН
СН
3
HNO
3
NO
2
H
2
O
150
0
C
8
10
ат
12
15
%
СН
3
СН
3
С СН
3
.
2-метилпропан 2-метил-2-нитропропан
В первую очередь в реакцию радикального замещения вступает третичный
атом углерода (менее гидрированый), так как он имеет наименьшее значение
энергии связи С–Н.
Алкены — углеводороды с открытой цепью, содержат кратную углеродуглеродную двойную связь, представленную одной - и одной -связями
(sp2-гибридизация), образуют гомологический ряд с общей формулой CnH2n. Алкены способны к реакциям присоединения (гидрирование, гидрогалогенирование, гидратация), окисления, полимеризации в нормальных условиях с разрывом
-связи (АЕ).
Присоединение полярных молекул к несимметричным алкенам проходит
по правилу Марковникова: протон (катион водорода Н+) присоединяется
40
к более гидрогенизированному атому углерода, например реакция гидрогалогенирования:
СН
CH
3
СН
2
HCl CH
3
Cl
CH
CH
3
.
пропен-1 2-хлорпропан
Алкины — углеводороды с открытой цепью, для которых характерна
кратная углерод-углеродная тройная связь, представленная одной - и двумя
-связями (sp-гибридизация), образуют гомологический ряд с общей формулой
CnH
2n – 2
. Алкины вступают в реакции присоединения (АЕ, АN), замещения (S)
атома водорода на металл — кислотные свойства. Например:
– присоединение галогенов (АЕ):
СНC
CH
3
Cl
2
+
Cl
2
+
Cl
СНCH
3
C
Cl
СН
СН
3
С
Cl
Cl
Cl
Cl
;
пропин 1, 2-дихлорпропен 1, 1, 2, 2-тетрахлорпропан
– присоединение спиртов (АN):
t
;
СННС С
2
Н
5
ОН
КОНтв.
0
Р
1
ат
более
СНCH
2
О С
2
Н
5
винилэтиловый
эфир
м
;
– кислотные свойства (S):
НС СН + NaNH2 → НС С−Na+ + NH3.
этин ацетиленид
Задания для самоконтроля
1. Приведите классификацию углеводородов.
2. Раскройте особенности строения алканов, приведите примеры.
3. Раскройте особенности строения алкенов, приведите примеры.
4. Раскройте особенности строения алкинов, приведите примеры.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]