Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практикум. Учебное пособие
.pdf
и из воздуха свинец попадает и накапливается в растениях. Не удивительно, что содержание этого металла оказывается повышенным в растениях, растущих вблизи автодорог. Для здоровья человека особую
опасность представляет повышенное содержание свинца в овощах
и фруктах, выращенных вблизи автострад, а также в молоке коров, которым скармливалась загрязненная трава. Эту
тему мы выбрали потому,
что в настоящее время в современном мире остро стоит проблема загрязнения окружающей среды, в частности воздуха. Состояние среды
обитания человека существенно влияет на его здоровье и на живые организмы.
К числу крайне опасных для здоровья человека элементов можно
также отнести медь и ее соединения,
которые широко применяются
в различных отраслях промышленности: текстильной, машиностроительной, авиационной и электротехнической. В почве соединения меди
могут накапливаться при использовании в сельском хозяйстве медного
купороса. Соединения меди могут накапливаться в снежном покрове,
а затем попадать в почву или источники воды. Необходимо отметить,
что медь является микроэлементом, имеющим большое значение для
организма человека, так как ионы меди входят в состав ферментов в теле
человека, благодаря которым проходят многие биохимические процессы. Однако избыток меди приводит к отравлению этим элементом.
Медь разрушительно действует в первую очередь на эритроциты крови
человека, вызывая повреждения мембран красных кровяных телец, что
вызывает их разрушение. В связи
с этим в кровь поступает значительное
количество гемоглобина. При отравлении медью страдают также клетки
печени. Повреждается нервная система и легкие. Развивается почечная
недостаточность.
Цель работы. Качественный анализ талых вод на загрязнение
ионами Cl
–
, SO
2–
, Pb2+, Cu2+.
4
Объект исследования. Образцы снежного покрова, отобранные в
городской местности.
Реактивы. Азотная кислота 25 % р-р, нитрат серебра 1 % р-р, соля-
ная кислота 20 %, хлорид бария 5 % р-р, уксусная кислота 50 % р-р, дихромат калия 10 % р-р, сульфид натрия 5 % р-р.
Приборы и материалы. Штатив со стеклянными пробирками,
фильтровальная бумага «синяя лента», воронка для фильтрования, стеклянный стакан 200 мл, мерный цилиндр 10 мл или пробирки с градуировкой объема, пипетки пластиковые одноразовые.
51
ХОД РАБОТЫ
После отбора пробы снега были растоплены в лаборатории при комнатной температуре без использования подогревающих средств. Для
проведения химических исследований пробу подвергают фильтрованию через бумажный фильтр синяя лента. Бумагу взвешивают до и после титрования и определяют массу влажных твердых примесей в воде.
Качественное обнаружение хлорид-ионов Cl–
К 10 мл пробы прибавляют три-четыре капли азотной кислоты
и приливают 0.5 мл нитрата серебра. Примерное содержание хлоридиона определяют по осадку или мути в соответствии с табл. 6.
AgNO
+ Cl– →AgCl↓ + NO
3
Примерное содержание Cl
Характеристика осадка или мути Содержание Cl
Опалесценция, или слабая муть 1...10
Сильная муть 10…50
Образование хлопьев, осаждаемых не сразу 50…100
Белый объемный осадок Более 100
Качественное обнаружение сульфат-ионов SO
–
.
3
–
2–
4
Таблица 6
–
, мг/л
В пробирку с 10 мл пробы вносят 0.5 мл соляной кислоты и 2 мл
раствора хлорида бария. Примерное содержание сульфат-ионов определяют по осадку, или мути в соответствии с табл. 7.
–2
BaСl
+ SO
2
→BaSO4↓+2Cl–.
4
Таблица 7
Примерное содержание SO
Характеристика осадка или мути Содержание SO
2–
4
2–
, мг/л
4
Отсутствие мути Меньше 5
Слабая муть 5…10
Белый осадок Более 10
52
Качественное обнаружение ионов свинца Pb2+
В пробирку с пробой вносят 1 мл раствора уксусной кислоты, перемешивают. Добавляют 0.5 мл раствора дихромата калия. Примерное содержание ионов свинца определяют по осадку или мути в соответствии
с табл. 8.
2+
+ 2CH3COOH → Pb(CH3COO)2 + 2H+,
Pb
K
2Cr2O7
Опалесценция 0.1…20
Слабая муть 20…100
Желтый осадок Более 100
Качественное обнаружение ионов меди Cu
+ 2Pb(CH3COO)2 + Н2О→ 2PbCrO4 + 2CH3COOK +
+ 2CH
Примерное содержание ионов свинца Pb
Характеристика осадка или мути Содержание Pb
COOH.
3
Таблица 8
2+
2+
2+
, мг/л
К исследуемому раствору воды объемом 2 мл прибавляют раствор
сульфида натрия 1 мл. Если в исследуемом растворе присутствуют ионы
меди, то наблюдают образование черного осадка сульфида меди, если
отсутствуют какие-либо изменения, то содержание ионов меди слишком мало:
2+
+ Na2S →CuS↓+ 2Na+.
Cu
По окончании работы составляется отчет о содержании ионов в талой воде.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Какова концентрация раствора азотной кислоты, используемой
в работе?
2. Какова концентрация раствора нитрата серебра, используемого
в работе?
3. Какие манипуляции проводят с объектом исследования для про-
ведения химических исследований?
53
4. Как определяют массу влажных твердых примесей в исследуемом
объекте?
5. Какова концентрация раствора соляной кислоты, используемой
в работе?
6. Какова концентрация раствора азотной кислоты, используемой
в работе?
7. Какова концентрация раствора азотной кислоты, используемой
в работе?
8. Какие изменения, происходящие с объектом исследования при
добавлении реактивов, будут говорить вам о нахождении в
нем ионов,
которые вы пытаетесь обнаружить?
9. Что такое качественный анализ?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение качественному анализу. В чем его принципи-
альное отличие от количественного анализа?
2. Дайте пояснение к сути протекающих качественных реакций.
3. Дайте определение понятиям «произведение растворимости»,
«растворимость».
4. Опишите влияние одноименного иона и ионной силы раствора
на растворимость малорастворимых соединений.
5. Объясните необходимость исследования снежного покрова
с точки зрения экологии.
2. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ.
ПЕРМАНГАНАТНАЯ ОКИСЛЯЕМОСТЬ ВОДЫ
Перманганатная окисляемость – количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических
и неорганических веществ под действием раствора перманганата калия
при нагревании в кислой среде. Поскольку окисляемые неорганические
вещества, как правило, в воде присутствуют в незначительных количествах, принято считать, что перманганатная окисляемость отражает общее содержание в воде органических
веществ.
Перманганатная окисляемость воды является важной характеристикой, показывающей содержание органических соединений в питьевых
водах, а также водах естественных водоемов, рек, озер, защищенных
от попадания промышленных сточных вод. Это связано с тем, что пер-
54
манганат калия – сильный окислитель, легко вступающий в химические
окислительно-восстановительные взаимодействия с широким рядом органических и неорганических соединений. Таким образом, при загрязнении последними перманганатная окисляемость может не полностью
соответствовать содержанию органических примесей в воде.
Окисление проводят раствором KMnO
в кислой среде. Перманганат
4
при этом превращается согласно полуреакции:
–
MnO
+ 8Н+ + 5е– ↔ Мn2+ + 4Н2O.
4
Перманганат калия в избытке добавляют к анализируемой воде, содержащей органические соединения. Например, для окисления щавелевой кислоты реакция протекает в соответствии с уравнением
5H
+ 2KMnO4 + 3H2SO4 ↔ 10СO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Н2O.
2C2O4
В ионном виде уравнение выглядит следующим образом:
5С
2O4
–
+ 2MnO
–
+ 16H+ ↔ Mn2+ + 10CO2 + 8Н2O.
4
Так как перманганат калия содержится в избытке, он не полностью
реагирует с органическим веществом, часть его остается в растворе. Избыток перманганата калия восстанавливают избытком щавелевой кислоты, непрореагировавший остаток которой оттитровывают стандартным раствором перманганата калия.
Методика предназначена для анализа проб питьевых (в том числе
расфасованных в емкости), природных (
в том числе поверхностных
и подземных источников водоснабжения) и сточных вод (в том числе
очищенных и ливневых). Методика может быть использована для анализа проб воды бассейнов и аквапарков, а также воды горячего водоснабжения.
Методика применима для вод с содержанием хлорид-ионов менее
3
300 мг/дм
Наличие железа (II) и сероводорода в пробе при значениях перман-
ганатного индекса до 2 мг/дм
.
3
в наибольшей степени может оказать вли-
яние на результат анализа. Такой состав пробы наиболее характерен для
подземных вод.
Цель работы. Определение перманганатной окисляемости воды на
примере раствора модельного органического соединения.
Объект исследования. Исследуемая проба воды.
55
Реактивы. 40 % р-р H
, 0.01 н. раствор KMnO4, 0.01 н. раствор
2SO4
щавелевой кислоты.
Приборы и материалы. Пипетка мерная на 20 мл, бюретка вмести-
мостью 25 мл; коническая колба вместимостью 250 мл; электроплитка.
ХОД РАБОТЫ
В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают с помощью
соответствующих пипеток:
5 мл исследуемой пробы;
100 мл дистиллированной воды;
5 мл раствора серной кислоты;
20 мл 0.01 н. раствора перманганата калия.
Смесь нагревают так, чтобы она закипела не позднее чем через 5 минут, и кипятят 10 ± 1 мин, закрыв маленькой конической воронкой для
уменьшения испарения.
Часть прибавленного перманганата калия расходуется при кипячении на окисление органических примесей воды. Окраска раствора светлеет. Если раствор полностью обесцветился, следовательно, количество
добавленного раствора перманганата калия было недостаточным. Опыт
следует повторить
, увеличив объем вносимого в анализируемую воду
перманганата калия.
После кипячения осветленный раствор нужно убрать с электроплитки и добавить в него точно 20 мл 0.01 н. раствора щавелевой кислоты; смесь хорошо взболтать. Раствор обесцвечивается, так как щавелевая кислота взаимодействует с избытком перманганата калия, не израсходованного на окисление органических примесей
воды. Обесцвеченный горячий раствор титруют 0.01 н. раствором перманганата калия
до появления устойчивой светло-розовой окраски.
Таким образом, раствор перманганата калия прибавлялся к исследу-
емой воде дважды: в начале и в конце опыта, когда раствор KМnO
вы-
4
ступал в качестве титранта щавелевой кислоты. Поэтому в холостом
опыте определяется количество раствора перманганата калия, необходимого для окисления объема 0.01 н. раствора щавелевой кислоты, равного объему раствора щавелевой кислоты, добавленного в пробу воды.
Холостой опыт проводится аналогично, за исключением добавления
пробы исследуемого раствора. В коническую колбу 250 мл помещают
с помощью соответствующих пипеток:
105 мл дистиллированной воды;
56
5 мл раствора серной кислоты;
X
20 мл 0.01 н. раствора щавелевой кислоты.
После добавления реактивов смесь нагревают и кипятят 10 ± 1 мин,
закрыв маленькой конической воронкой для уменьшения испарения.
По истечении времени колбу убирают с нагревательного прибора и медленно титруют горячий раствор щавелевой кислоты 0.01 н. раствором
перманганата калия до появления устойчивой светло-розовой окраски.
Перманганатную окисляемость воды х (
мг O2 на 1 л Н2О) рассчиты-
вают по формуле
()8VVN
1
x
где
V
2
V
– общий объем 0.01 н. раствора перманганата калия, добавлен-
1
,
ного в пробу воды при определении, мл; V – объем 0.01 н. раствора перманганата калия, израсходованный на окисление 20 мл 0.01 н. раствора
щавелевой (холостая проба), мл; N – нормальность раствора перманга-
V
ната калия, моль ∙ экв/л;
– объем исследуемой воды, взятый для опре-
2
деления, мл; 8 – молярная масса эквивалента кислорода, г/моль; φ – фактор разбавления исследуемой пробы.
Определение перманганатной окисляемости проводится 3 раза
и затем результаты обрабатываются. Для обработки нужно вычислить
среднее значение и стандартное отклонение от него. Ответ нужно запи-
сать в виде
XS не забывая про число значащих цифр!
сред
,
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. С помощью какого реактива проводят определение перманганат-
ной окисляемости?
2. Каким химическим реактивом проводят титрование?
3. Какие химические реактивы требуются для определения перман-
ганатной окисляемости воды?
4. В каком количестве добавляют перманганат калия при анализе?
5. Как набирают химические реактивы в мерные пипетки?
6. Какие действия проводят с анализируемой смесью для определе-
ния перманганатной окисляемости?
7. Какие реактивы присутствуют в работе?
8. Какие проборы и оборудование используют в работе?
57
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Дайте определение понятию «перманганатная окисляемость».
2. Приведите примеры органических веществ, которые легко окис-
ляются раствором KMnO
. Составьте уравнения реакций окисления
4
этих веществ перманганатом калия в кислой среде.
3. Приведите примеры органических веществ, которые не окисля-
ются раствором KMnO
.
4
4. С какой целью проводят холостой опыт?
5. Почему титрование раствором KMnO
надо проводить очень мед-
4
ленно в начале процесса?
6. Рассчитайте теоретическую перманганатную окисляемость эти-
лового спирта.
7. Известно, что в растворе содержится одно легкоокисляющееся
органическое вещество, например этанол. Можно ли рассчитать его
массовую долю в растворе, если экспериментально определена перманганатная окисляемость?
3. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ (II) МЕТОДОМ ЙОДОМЕТРИИ
Несмотря на свою распространенность в земной коре, в воду медь
попадает в основном с шахтными водами, стоками химических и металлургических предприятий или при очистке водоемов от водорослей
с использованием альдегидных реагентов. В центральном водопроводе
примесь может появиться при вымывании этого компонента из арматуры и стенок труб.
Эксперты относят медь
к веществам третьего класса опасности. Особенно токсичны соединения этого вещества. При остром отравлении медью симптомы легко перепутать с ОРВИ: раздражение слизистых, неприятный сладковатый привкус во рту, головная боль, слабость, конъюнктивит, боли в мышцах, повышенная температура и потоотделение.
Одновременно с этим резкие боли в желудочно-кишечном тракте
и вздутие живота.
Если постоянно употреблять воду с повышенным содержанием солей меди, то будут происходить серьезные нарушения в работе центральной нервной системы, почек и печени. Избыток вещества способствует разрушению зубов, возникновению тяжелых дерматитов, гастрита и язвенных болезней.
58
Превышенная концентрация меди в воде негативно сказывается и на
использовании ее в быту. Во-первых, портятся органолептические свойства воды: она становится голубоватого цвета и имеет металлический
вяжущий привкус. К тому же такая вода может окрашивать белье при
стирке и придавать светлым волосам зеленоватый оттенок во время
мытья головы. На поверхностях
из нержавеющей стали остается темный
несмываемый налет.
Очевидно, очистка воды от слишком большого количества меди
очень важна для здоровья человека. Чтобы определить ее концентрацию, проводят химический анализ воды. В зависимости от величины показателя для удаления избытков медных соединений в воде используют
фильтры комплексной очистки или фильтры на основе
обратного ос-
моса.
Цель работы. Определить содержание меди (II) в контрольном рас-
творе.
Объект исследования. Контрольный раствор CuSO
.
4
Сущность работы. Йодометрический метод анализа основан
на окислительно-восстановительных реакциях, связанных с восстановлением I
до I–-ионов или с окислением I–-ионов до I2:
2
I
+ 2е = 2I–, Eº = 0.536.
2
Методом йодометрии можно определять как окислители, так и восстановители.
Определение Cu(II) методом йодометрии основано на следующих
реакциях:
2CuSO
Реактивы. Стандартный раствор Na
раствор KI; контрольный раствор соли CuSO
+ 4KI = 2CuI↓ + I2 + 2K2SO4,
4
I
+2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.
2
(0.05 моль-экв/л); 10 %-й
2S2O3
4
; раствор крахмала; ди-
стиллированная вода.
Приборы и материалы. Бюретка для титрования объемом 25 мл;
пипетка Мора объемом 10 мл; капельная пипетка; мерная колба объемом 100 мл; колба для титрования; мерный цилиндр.
59
ХОД РАБОТЫ
X
1. Подготавливают бюретку к работе. Бюретку промывают дистиллированной водой, а затем ополаскивают два раза небольшим количеством стандартного раствора Na
Na
, удаляют пузырьки воздуха и устанавливают уровень жидкости
2S2O3
. Наполняют бюретку раствором
2S2O3
на нуле по нижнему краю мениска.
2. Получают у преподавателя контрольный раствор CuSO
объемом
4
100 мл. В чистую коническую колбу переносят пипеткой 10 мл соли
, предварительно ополоснув пипетку этим же раствором.
CuSO
4
3. Титрование контрольного раствора. В коническую колбу с разбавленным раствором соли CuSO
добавляют мерным цилиндром 10 мл
4
10 %-го раствора KI. Накрыв колбу часовым стеклом, оставляют смесь
в темноте на 3…5 минут. После этого титруют стандартизованным раствором тиосульфата до перехода бурой окраски в светло-желтую. Затем
прибавляют 20 капель раствора крахмала и продолжают титрование
до исчезновения синей окраски титруемого раствора от одной капли
раствора Na
(взмученный осадок CuI после окончания титрования
2S2O3
должен иметь белый цвет).
4. Титрование повторяют до получения трех одинаковых результатов.
5. Рассчитывают массу
(CuSO )
m
М CV
4
m(CuSO
(CuSO) (NaSO) (NaSO)
4 н 22 3 22 3
), г:
4
1000
V
V
к
алик
.
Затем находят стандартное отклонение среднего значения для опре-
деленного значения массы сульфата меди. Найденное значение записывают в виде
XS
.
ср
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Вред и польза меди для человека.
2. Как готовят контрольный раствор?
3. Опишите ход работы.
4. Какие реактивы присутствуют в работе?
5. Какие приборы и оборудование используют в работе?
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]