Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы химии биогенных элементов. Учебное пособие
.pdf
V(K
) · C(1/6 K2Cr2O7) = V(Na2S2O3) · C(Na2S2O3).
2Cr2O7
По результатам работы делают вывод о концентрации рабо-
чего раствора Na
2S2O3
.
Работа 2. Определение массы вещества в образце.
Цель работы: определить массу предложенной для анали-
за навески дихромата калия.
Оборудование: см. работу 1 в данном параграфе, дополнительно – мерные колбы для приготовления анализируемого
раствора из навески K
Реактивы: навеска K
каждому студенту); титрант – раствор Na
2Cr2O7
.
(выдается преподавателем
2Cr2O7
с установлен-
2S2O3
ной концентрацией (~0,02 М); раствор KI с ω(KI) = 5% – вспомогательный восстановитель; 1М раствор H
– для созда-
2SO4
ния среды; индикатор – 0,5%-й раствор крахмала.
Ход работы: готовят раствор дихромата калия. Для этого
навеску K
переносят в мерную колбу (объем колбы ука-
2Cr2O7
зывает преподаватель) и растворяют в небольшом объеме
воды. Аккуратно добавляют воду до метки (последние капли –
глазной пипеткой) и тщательно перемешивают.
Бюретку заполняют раствором тиосульфата натрия
(Na
) с известной концентрацией. С помощью мерного ци-
2S2O3
линдра в колбы для титрования вливают 10 мл 1 М раствора
H
и 5 мл раствора KI. При этом раствор должен оставаться
2SO4
бесцветным. Затем вносят с помощью пипетки Мора в колбы
для титрования по 10 мл приготовленного раствора K
2Cr2O7
.
Особенности титрования описаны в предыдущей работе 1.
Обработка результатов эксперимента: находят средний
объем раствора Na
шегося йода. Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента раствора K
C( K Cr O ) 16
2Cr2O7
227
, затраченного на титрование выделив-
2S2O3
:
VC
(Na S O ) (Na S O )
=
22 3 22 3
⋅
V
(K Cr O )
227
.
Массу дихромата калия рассчитывают по формуле:
m(K
– объем мерной колбы, т.е. объем приготовленного рас-
где V
0
твора K
2Cr2O7
По результатам работы делают вывод о массе дихромата ка-
) = C(1/6 K2Cr2O7) · M(1/6 K2Cr2O7) · V0,
2Cr2O7
, выраженный в литрах.
лия в навеске.
161
Работа 3. Анализ раствора хлорной извести.
Хлорная, или белильная, известь – это сложная смесь хлорида, гипохлорита и гидроксида кальция. Ее состав условно
выражают формулой Ca(OCl)Cl. Хлорная известь является
смешанной солью соляной и хлорноватистой кислот, ее название – гипохлорит – хлорид кальция. Она получается действием
газообразного хлора на порошок гашеной извести:
Ca(OН)
+ Cl2 = Ca(OCl)Cl + H2O.
2
Получаемая этим способом хлорная известь содержит 28–
36% «активного» хлора, т.е. хлора, выделяемого при действии
на хлорную известь серной или соляной кислоты:
Ca(OCl)Cl + H
= CaSO4 + Cl2 + H2O. (1)
2SO4
Именно выделение «активного» хлора обусловливает ее
главные окислительные, дезинфицирующие и антисептические свойства. В больших количествах хлорная известь применяется для отбеливания тканей и целлюлозы, дезинфекции
выгребных ям, обеззараживания различных отбросов и воды.
Выделяющийся хлор является сильным окислителем
0
(Cl2/2Cl–)= + 1,36B), поэтому его называют «активным». По
(e
количеству выделившегося хлора судят об окислительной способности хлорной извести.
Определение «активного» хлора в хлорной извести в йодометрии проводят с использованием метода заместительного
титрования. Для этого к подкисленному раствору хлорной извести добавляют избыточное количество йодида калия. В результате взаимодействия хлора с йодид-ионами выделяется
йод в количестве, эквивалентном количеству «активного» хлора, содержавшегося в образце хлорной извести.
+ 2KI = 2KCl + I2. (2)
Cl
2
Процессы (1) и (2) могут быть выражены одним суммарным
уравнением:
CaOCl
Выделившийся йод титруют рабочим раствором Na
по объему затраченного раствора тиосульфата натрия рассчи-
+ 2KI + H2SO4 = I2 + CaSO4 + 2KCl + H2O.
2
2S2O3
и
тывают содержание «активного» хлора в хлорной извести.
Цель работы: определить содержание «активного» хлора в
растворе хлорной извести (в граммах на 100 мл раствора).
Оборудование: см. работу 1 в данном параграфе.
162
Реактивы: анализируемый раствор хлорной извести; титрант Na
KI с ω(KI) = 5% ; 1М раствор H
с молярной концентрацией 0,02 моль/л; раствор
2S2O3
, индикатор – раствор крах-
2SO4
мала с массовой долей его 0,5%.
Ход работы: Бюретку заполняют стандартизированным
раствором Na
. В три колбы для титрования с помощью
2S2O3
пипетки Мора вносят по 10 мл раствора хлорной извести, добавляют с помощью мерного цилиндра 10 мл 1М раствора
H
и 5 мл раствора KI. Колбы оставляют стоять в темном
2SO4
месте в течение 3–5 мин для полного выделения йода.
Особенности титрования выделившегося йода рабочим
раствором Na
описаны в работе 1. Титрование проводят
2S2O3
не менее 3 раз. Из полученных результатов для расчета берут
среднее значение объема раствора Na
2S2O3
.
Обработка результатов эксперимента: в точке эквивалентности n(Na
) = n(1/2 I2) = n(1/2 Cl2) = n(1/2 CaOCl2).
2S2O3
Для расчета молярной концентрации эквивалента раствора
хлорной извести или «активного» хлора используют выражение C(Na
) · V(Na2S2O3) = C(1/2 Cl2) · V(1/2 CaOCl2).
2S2O3
Зная молярную концентрацию эквивалента «активного»
хлора, находят массу хлора в 100 мл (0,1 л) анализируемого
раствора хлорной извести:
m(Cl
) = 0,1 · C(1/2 Cl2) · M(1/2 Cl2).
2
По результатам работы делают вывод о массовой доле «активного» хлора в хлорной извести (в процентах).
Тестовый самоконтроль «Оксидиметрия»
К перечню пронумерованных вопросов (фраз) предлагается список ответов, обозначенных буквами. Каждому пронумерованному вопросу соответствует только один ответ. Буквенный ответ может быть
использован один раз, несколько раз или вообще не использован. Необходимо подобрать соответствующие пары «вопрос – ответ».
Чему равен фактор эквивалентности окислителя в следующих превращениях?
O
2
−
3
−
3
2−
→ 2Cr3+;
7
→ NO
−
→MnO2;
4
→ Br–.
−
;
2
Ответы: а) 1/2; б) 1/5; в) 1/3; г) 1/6; д) 1/4.
1) Cr
2) NO
3) MnO
4) BrO
163
Какие исходные вещества используются для стандартизации
следующих титрантов?
5) КМnО
6) NaOH;
7) Na
8) H
2S2O3
2SO4
;
4
;
.
Ответы: а) MgSO
; б) Н2С2О4 ·2Н2О; в) Na2CO3;
г) NaCl; д) К
4
2Сr2О7
.
Какие титранты необходимы для определения следующих ве-
ществ методом прямого титрования?
9) Na
10) NaCl;
11) Na
12) Na
;
2C2O4
·10Н2О;
2СО3
·5Н2О.
2S2O3
Ответы: а) КМnО
; б) СН3СООН; в) I2; г) HC1; д) AgNO3.
4
Какие пары титрантов следует использовать при определении
следующих веществ методом обратного титрования?
13) СаСО
14) K
15) Na
16) NН
3
2Cr2O7
2SО3
Cl.
4
;
;
;
Ответы: а) HCl и NaOH; б) KI и Na
в) CH
COOH и NH4OH; г) I2 и FeSO4; д) I2 и Na2S2O3.
3
Какой индикатор следует использовать для фиксирования
точки эквивалентности при титровании?
17) Н
18) CH
19) йода раствором Na
20) раствора аммиака раствором H
раствором KMnO4 в среде H2SO4;
2О2
COOH раствором КОН;
3
Ответы: а) K
;
2S2O3
2SO4
2Cr2O7
в) фенолфталеин (рТ = 9); г) крахмал;
.
; б) метилоранж (рТ = 4;)
д) индикатор не нужен.
2S2O3
;
Задачи
1. Сколько граммов Na2S2O4 ·5Н2О следует взять для приготовле-
ния 2 л раствора Na
0,02 моль/л ?
с молярной концентрацией эквивалента
2S2O3
Ответ: 9,92 г.
164
2. На титрование 20 мл раствора тиосульфата натрия израсходова-
но 20,1 мл раствора йода. Определите молярную концентрацию эквивалента раствора йода.
Ответ: 0,0194 моль/л.
3. На титрование раствора, содержащего 2,5 г технического тио-
сульфата натрия, пошло 81,5 мл раствора йода с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/л. Вычислите массовую долю Na
в техническом образце.
2S2O3
·5Н2О
Ответ: 80,85%.
4. Из 2,60 г дихромата калия приготовлен 1 л раствора. Вычислите
молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента полученного раствора, если фактор эквивалентности K
2Cr2O7
равен 1/6.
Ответ: 0,01767 моль/л; 0,1061 моль/л.
5. 0,0980 г химически чистого K
ным раствором йодида калия. На титрование выделившегося йода по-
, обработали подкислен-
2Cr2O7
шло 25,5 мл раствора тиосульфата натрия. Рассчитайте молярную
концентрацию эквивалента Na
2S2O3
.
Ответ: 0,07843 моль/л.
6. К подкисленному раствору йодида калия прилили 20 мл
0,1133М (1/5 KMnO4) раствора KMnO4 и выделившийся йод оттитровали 25,9 мл раствора тиосульфата натрия. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора тиосульфата натрия.
Ответ: 0,08749 моль/л.
Примеры решения задач по результатам заместительного
(косвенного) титрования
Задача 1. В раствор, содержащий избыток KI и подкисленный
серной кислотой, прилили 25 мл 0,05000М (1/6K
K
ра тиосульфата натрия. Вычислите молярную концентрацию Na
V (K
C(1/6 K
V(Na
C = (Na
. На титрование выделившегося йода пошло 22,80 мл раство-
2Cr2O7
2Cr2O7
2S2O3
K
2Cr2O7
Дано:
) = 25 мл
) = 0,05000 моль/л
2Cr2O7
) = 22,8 мл
) – ?
2S2O3
+ 6KI + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O; (1)
Решение. В задаче использован
прием заместительного титрования окислителя K
стандартизации основного титранта метода йодометрии – раствора
Na
. Уравнения реакций:
2S2O3
2Cr2O7
2Cr2O7
) раствора
с целью
2S2O3
165
.
2−
Cr2O
2I
2S2O
I
2
2S
Из полуреакции 2S
следовательно, M
Согласно принципу эквивалентности, при заместительном титрова-
+ 14H+ + 6ē = 2Cl3+ + 7H2O
7
–
– 2ē = I
Cr
2
2−
O
+ 6I– + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O;
7
2
I
+ 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6; (2)
2
2−
– 2 ē = S4O
3
2−
6
1
2
1
6
3
+ 2ē = 2I– 1
2−
O
+ I2 = S4O
3
2
(Na2S2O3) = M(Na2S2O3) и С(1/2 Na2S2O3) = С(Na2S2O3).
э
O
3
2
2−
6
2−
– 2 ē = S4O
+ 2I–.
2−
видно, что f
6
(Na2S2O3) = 1,
экв
нии количество йода, образовавшегося в реакции (1), эквивалентно количеству K
Следовательно, С(1/6 K
Из этого выражения находят концентрацию раствора Na
и количеству Na2S2O3 в реакции (2):
2Cr2O7
n(1/6 K
) = n(1/2 I2) = n(Na2S2O3).
2Cr2O7
) · V(1/6 K2Cr2O7) = C(Na2S2O3)·V(Na2S2O3).
2Cr2O7
2S2O3
:
C(Na S O )
22 3
,,05000 25
=
0
16
( K Cr O ) (K Cr O )
==
22,80
227 227
⋅
= 0 05482, /.
V
(Na S O )
22 3
⋅V
Ответ: 0,05482 моль/л.
Задача 2. Навеску образца хлорной извести массой 2,5615 г растерли с водой. Образовавшуюся суспензию количественно внесли в
мерную колбу объемом 250 мл и довели водой до метки. На титрование 5 мл полученной суспензии после обработки ее KI и Н
шло 17,4 мл 0,02000 М раствора тиосульфата натрия. Рассчитайте
2SO4
по-
массовую долю «активного» хлора в анализируемом образце.
Решение. Массовая доля (%) «активного» хлора в веществе равна массе
хлора, который образуется при взаимодействии 100 г хлорной извести с избытком серной или соляной кислоты:
+ H2SO4 = CaSO4 + Cl2 + H2O.
CaOCl
2
m(CaOCl
= 250 мл
V
0
V(р-р CaOCl
C(Na
V(Na
2
2S2O3
2S2O3
) = 2,5615 г
) = 17,4 мл
Дано:
) = 5,0 мл
2
) = 0,02000 моль/л
ω(1/2Cl2) – ?
166
При взаимодействии хлора с раствором йодида калия выделяется
йод в количестве, эквивалентном количеству «активного» хлора, содержащегося в навеске образца хлорной извести:
Cl
+ 2KI = 2KCl + I2.
2
В данном случае n(1/2 I
делившийся йод оттитровывается раствором тиосульфата натрия по
) = n(1/2 Cl2) = n(1/2 CaOCl2). Так как вы-
2
реакции
I
+ 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6,
2
то для расчета молярной концентрации эквивалента раствора хлорной извести или «активного» хлора используют соотношение
С(Na
)·V(Na2S2O3) = С(1/2 Cl2) ·V(1/2 CaOCl2).
2S2O3
Из этого соотношения вычисляют С(1/2 Cl2):
(1 2 C l )
V
(Na S O ) (Na S O )
=
2
⋅
22 3 22 3
V
( CaOCl)
12
0,02000 17,4
2
=
⋅
5
=
= 0,06960 / .
Вычисляют массу выделившегося «активного» хлора в 250 мл
раствора суспензии или в 2,5615 г хлорной извести:
AV
m
(l)
1212===
(l)(Cl)
2
⋅⋅
20
1000
0,0696 35,5 250
⋅⋅
1000
0,6177
.
Зная массу «активного» хлора в навеске массой 2,5615 г, рассчитывают массовую долю (%) «активного» хлора в 100 г образца хлорной извести.
ω= ==(Cl)
12
2
12
m
(CaOl )
2
⋅ ,%
2
100%
0,6177
2,5615
24 12
.
m
(l)
Ответ: 24,12%.
Глава 20. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЯ
20.1. Сущность и возможности метода
Комплексонометрия входит в группу методов титриметрического анализа, в основе которых лежат реакции комплексообразования. Эта группа методов объединяется под общим названием комплексонометрия.
167
Особенностью комплексонометрии является то, что в каче-
)
К
стве основных титрантов в ней используются специфические
вещества – комплексоны, образующие с определяемыми реагентами (катионами металлов) так называемые хелатные (вну-
трикомплексные) соединения.
Комплексонометрия находит широкое применение в практике медико-биологического, санитарно-гигиенического и
фармацевтического анализа. Она используется для определения содержания многих элементов в живых организмах (тканях и биологических жидкостях); в сочетании с другими методами аналитической химии позволяет судить о степени
экологической опасности, возникающей в результате загрязнения окружающей среды металлами и их соединениями в виде
отходов промышленного производства (анализ почвы, промышленных сточных вод); применяется для санитарно-гигиенической оценки воды (комплексонометрическое титрование
при анализе воды для определения ее жесткости).
Некоторые комплексоны применяют как консерванты при
хранении крови и для выведения из организма ионов токсичных металлов, радиоактивных изотопов и продуктов их распада. В стоматологической практике комплексоны используют
для декальцинирования зубных каналов при подготовке к
пломбированию кариозной полости. Кроме того, один из комплексонов Nа
трантом в комплексонометрических определениях, применяют
ЭДТА, раствор которого является основным ти-
2
при заболеваниях, сопровождающихся избыточным отложением солей кальция в организме.
Вообще, способностью образовывать хелаты с катионами
металлов обладают многие органические вещества. В том числе аминокислоты и их производные, белки, ферменты, гормоны, нуклеиновые кислоты и их фрагменты. Таким образом,
хелатные соединения имеют огромную значимость для организма человека.
Комплексонами же являются вещества, относящиеся к
группе аминополикарбоновых кислот. Примерами таких соединений являются:
омплексон I
нитрилотриуксусная
кислота НТА)
–
(краткое обозначение Н
168
СН2 – COOН
СН2 – COOН
N
СН
N
– COOН
2
γ
3
Комплексон II
(кр
(этилендиаминтетрауксусная
кислота – ЭДТУК)
СН2
СН2
СН2 – COOН
N
СН2 – COOН
СН
N
N
СН2 – COOН
– COOН
2
Комплексон III
(динатриевая соль ЭДТУК,
ЭДТА, торговое название –
трилон Б)
аткое обозначение Н
СН2
N
СН2
N
N
(краткое обозначение Na2H2 γ)
СН2 – COONa
СН2 – COOН
СН2 – COOН
СН2 – COONa
γ
)
4
Вышеупомянутые и подобные им третичные амины, содержащие карбоксильные группы, образуют устойчивые хелатные соединения с ионами почти всех металлов. Поэтому комплексонометрическое титрование используется для количественного
определения содержания различных катионов в растворе. При
соответствующем выборе условий с помощью комплексонометрии можно обнаружить в одном растворе до пяти катионов, что
не позволяют сделать другие методы титриметрического анализа.
Метод обладает высокой чувствительностью (до 10
–3
моль/дм3),
точен и прост, имеет высокую избирательность. Рабочие растворы устойчивы. При количественных определениях применяется
прямое, обратное и косвенное (заместительное) титрование.
Для установления точки эквивалентности существует набор
цветных индикаторов и разработаны фи зи ко-химические методы индикации. С помощью последних можно обнаруживать элементы, для которых не найдены цветные индикаторы, а также
определять последовательно несколько элементов в одном растворе без предварительного химического разделения. В таких
случаях используют потенциометрическое, кондуктометрическое, фотометрическое и некоторые другие виды титрования
комплексоном.
Особенностью метода является необходимость выбора оп-
тимального значения рН в каждом конкретном случае.
Точность титриметрических определений составляет 0,2–0,3%.
20.2. Основные титранты и первичные стандарты метода
Хотя число комплексонов в настоящее время составляет не
одну сотню, под термином «комплексонометрия» («хелатоме-
169
трия») обычно подразумевают реакции титрования солями
этилендиаминтетрауксусной кислоты, чаще всего двузамещенной натриевой солью Na
званиями комплексон (III), трилон Б. Структурно-графическая
γ·2H2O, широко известной под на-
2H2
формула этого соединения:
HOOC – CH2
– СН2 – СН2 –
N
СН2 – COONa NaOOC – CH2
N
СН2 – COOН
Анализ структуры ЭДТА показывает его способность к образованию в общей сложности шести связей с катионом металла. Четыре из них – ионные, образуются при замещении двух
ионов натрия и двух ионов водорода у карбоксильных групп
катионом определяемого металла. Кроме того, молекула ЭДТА
содержит два атома азота, имеющих по неподеленной паре
электронов, и потому обладает потенциальной возможностью
образовывать еще две связи по донорно-акцепторному механизму с этим же катионом. Исходя из изложенного, молекулу
ЭДТА можно рассматривать как гексадентатный лиганд.
Таким образом, основным рабочим раствором комплексонометрии является Na
ся в чистом виде, хорошо растворима в воде, растворы устой-
γ·2H2O. Данная соль легко получает-
2H2
чивы при хранении. В обычных условиях препарат содержит
примерно 0,3% влаги, поэтому титрованные растворы ЭДТА
можно приготовить по точной навеске (с учетом 0,3% Н
Однако обычно его концентрацию устанавливают по раствору
О).
2
соли цинка, полученному растворением точной навески металлического цинка в соляной кислоте или по раствору соли магния, приготовленному из фиксанала.
Применяемые для титрования растворы ЭДТА имеют концентрацию 0,01–0,05 моль/л и реже 0,1 моль/л.
Наиболее ценным свойством ЭДТА как титранта является
его способность реагировать с ионами металлов в соотношении 1:1, независимо от заряда катиона. Эти реакции могут
быть записаны в виде
2+
+ H2γ2– ⇄Меγ2– + 2H+;
Ме
3+
+ H2γ2– ⇄Меγ– + 2H+;
Ме
4+
+ H2γ2– ⇄Меγ + 2H+,
Ме
γ2– – анион двузамещенной соли ЭДТА.
где H
2
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]