Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы анализа. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
стояние между электродами, см; S – площадь поверхности каждого
электрода, см
2
.
Величина, обратная удельному сопротивлению электролита, назы-
1
вается удельной электропроводностью
единица измерения
,
См/см.
Удельная электропроводность равна электропроводности 1 см
твора, находящегося между параллельными электродами площадью
2
1 см
при расстоянии между ними 1 см.
2
называется
Эквивалентной электропроводностью
См см
,
моль экв
3
рас-
проводимость раствора, содержащего 1 моль эквивалента вещества и
находящегося между параллельными электродами, расстояние между
которыми 1 см.
Удельная и эквивалентная электропроводность взаимосвязаны соотношением
1000
где с
– молярная концентрация эквивалента, моль/л.
эк
,
с
эк
Кондуктометрический анализ проводят в двух вариантах: прямая
кондуктометрия и косвенная (кондуктометрическое титрование).
Прямую кондуктометрию используют в том случае, когда необходимо определить суммарное содержание ионов в растворе, так как
электропроводность является аддитивной величиной и определяется
присутствием всех ионов в растворе. Прямая кондуктометрия основана
на зависимости
удельной электропроводности от концентрации κ =
= f(с). Используется метод калибровочного графика. Для его построе-
ния готовят серию стандартных растворов, измеряют их электропроводность, по полученным данным строят график зависимости κ от
концентрации раствора. В этих же условиях измеряют κ анализируемого раствора, по графику находят его концентрацию и рассчитывают
массу
анализируемого вещества в пробе.
Кондуктометрическое титрование основано на проведении химической реакции, в результате чего изменяется ионный состав раствора, а
следовательно, и электропроводность. В методах кондуктометрического титрования чаще всего используют следующие реакции: нейтрализации, осаждения, комплексообразования.
61
В методах кондуктометрического титрования измеряют электропроводность раствора после добавления небольших определенных
порций титранта. Строят кривую титрования в координатах κ =
= f(V
) и по кривой титрования графическим методом находят
титранта
точку эквивалентности.
2.2.2. Экспериментальная часть
Работа 1. Определение содержания соляной кислоты
методом кондуктометрического титрования
Цель работы. Приобретение навыков работы на кондуктометре и
ознакомление с методом кондуктометрического титрования.
Основные положения. В анализируемом растворе содержатся ио-
+
и Cl–. В процессе титрования раствором NaOH протекает реак-
ны H
ция нейтрализации:
HCl + NaOH = NaCl + H
+
H
+ Cl– + Na+ + OH– = Na+ +Cl– + H2O,
+
H
+ OH– = H2O.
Таким образом, в процессе титрования в растворе находятся ионы
+
, Cl–, Na+, OH–. Электропроводность раствора будет определяться их
H
2
O,
концентрациями и подвижностями. Рассмотрим, как меняется концен-
трация каждого иона: концентрация
+
уменьшается от исходной величи-
Н
ны практически до нуля в точке эквивалентности; концентрация ОН
–,
прак-
тически равная нулю в точке эквива-
Рис. 15. Кривая титрования
сильной кислоты сильным
основанием
лентности, после точки эквивалентности растет; концентрация Cl
се титрования не меняется; концентрация Na
электропроводность раствора сначала
+
возрастает. В результате
падает (рис. 15, отрезок АВ), затем
(после точки эквивалентности) растет
–
в процес-
(рис. 15, отрезок ВС). Резкое падение
электропроводности до точки эквивалентности вызывается уменьше-
62
2
N
κ
. После точки
нием концентрации С
+
подвижность 350
Н
См см
моль экв
эквивалентности электропроводность возрастает, так как в растворе
2
увеличивается
Na
+
– 50,1
См см
c
c
и
a
OH
2
. Несимметричность ветвей обусловлена различи-
моль экв
ем в подвижностях ионов Н
, подвижность ОН– равна 199
+
и ОН– (см. рис. 15).
См см
моль экв
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.; дистилли-
3.
рованная вода.
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), 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
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 κ. Данные титрования заносят в
таблицу.
V
, мл 12345678910
NaOH
, мСм/см
Минимальное значение κ соответствует точке эквивалентности.
После κ
приливают еще 5 мл NaOH по 1 мл. По результатам титро-
min
вания строят кривую титрования в координатах κ = f(V
прогреться 3 мин.
). По кривой
NaOH
,
63
титрования определяют точку эквивалентности и V
лентности. Рассчитывают концентрацию с
растворе.
HCl
и m
в точке эквива-
NaOH
в исследуемом
НCl
В отчете привести:
1)
таблицу с результатами титрования;
кривую титрования, по которой определить κ 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
точкам эквивалентности: первая показывает V
рование сильной кислоты, а вторая – общий объем NaOH, израсходованный на титрование обеих кислот.
АВ) дано в работе № 1. После первой точки эквивалентности κ несколько возрастает (ветвь ВС), так как происходит увеличение концентрации ионов CH
наблюдается резкий рост κ, вызванный появлением в растворе ионов
ОН
комплекте с датчиком комбинированным выносным ДКВ-1; магнитная
мешалка.
+
, Cl– и молекулы CH3COOH.
В процессе титрования протекают реакции нейтрализации:
HCl + NaOH = NaCl + H
+
+ OH– = H2O,
H
CH
COOH + NaOH → CH3COONa + H2O (2-й скачок),
3
CH
COOH + OH– → CH3COO– + H2O.
3
O (1-й скачок),
2
Кривая титрования имеет два излома, которые соответствуют двум
, пошедший на тит-
NaOH
Объяснение изменения κ до первой точки эквивалентности (ветвь
COO– и Na+. После второй точки эквивалентности
3
–
с высокой подвижностью.
Приборы и реактивы
1.
Кондуктометр Анион-7020 фирмы ИНФРАСПАК-АНАЛИТ в
Бюретка на 25 мл, стакан на 150 мл, мерная колба на 100 мл.
2.
Гидроксид натрия NaOH, стандартный раствор, 0,1 н.
3.
64
Выполнение работы
κ
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, затем 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. 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 κ. 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 κ =
= f(V
). По кривой титрования определяют две точки эквивалентно-
NaOH
сти 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 κ = f(V
4)
шите V
NaOH
дованный на титрование HCl и на титрование CH
5)
рассчитайте с
растворе.
Прибору необходимо прогреться 3 мин.
, мл 12345678910
приливают еще 5 мл NaOH по 1 мл. По ре-
) и запи-
NaOH
в первой и второй точках эквивалентности, V
COOH;
3
HCl
и m
НCl
c
,
CH COOH
3
и
m
CH COOH
3
, израсхо-
NaOH
в исследуемом
Работа № 3. Определение содержания хлорида бария
Цель работы. Ознакомление с методом кондуктометрического
осадительного титрования.
Основные положения. В анализируемом растворе содержатся ио-
2+
ны Ва
и Cl–.
65
В процессе титрования протекает реакция осаждения ионов Ва2+:
BaCl
+ Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl,
2
2+
Ba
+ 2Cl– + 2Na+ +
2+
Вместо ионов Ва
ство ионов Na
2+
, κ снижается. В ТЭ все ионы Ва2+ выпадают в осадок ВаSO4 и κ
Ва
+
. Подвижность ионов Na+ меньше подвижности ионов
в растворе появляется эквивалентное количе-
минимальная. После ТЭ концентрация ионов Na
2
SO
= BaSO4 + 2Na+ + 2Cl–.
4
+
и SO
2-
повышается,
4
κ растет.
Приборы и реактивы
1.
Кондуктометр Анион-7020 фирмы ИНФРАСПАК-АНАЛИТ в
комплекте с датчиком комбинированным выносным ДКВ-1; магнитная
мешалка.
2.
Бюретка на 25 мл, стакан на 150 мл, мерная колба на 100 мл.
Сульфат натрия, раствор Na
3.
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.
В стакан опускают датчик кондуктометра (электрод), опускают
магнит, ставят его на магнитную мешалку. Бюретку на 25 мл заполняют 0,1 н. раствором Na
вишу 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 Na
и измеряют значения κ. Данные титрования заносят в
2SO4
таблицу.
V
Na SO
κ, мСм/см
24
, мл
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
. Включают кондуктометр (нажав на кла-
2SO4
66
Минимальное значение κ соответствует точке эквивалентности.
После κ
вания строят кривую титрования в координатах κ = f(V
вой титрования определяют точку эквивалентности и V(Na
ке эквивалентности. Рассчитывают концентрацию с (BaCl
в исследуемом растворе.
приливают еще 5 мл Na2SO4 по 1 мл. По результатам титро-
min
). По кри-
Na2SO
4
2SO4
) и m (BaCl2)
2
) в точ-
В отчете:
укажите ОВ, РВ;
1)
2)
запишите уравнения реакций;
3)
приведите таблицу с результатами титрования;
4)
постройте кривую титрования в координатах κ = f(
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 FeCl3 по реакции комплексообразования
Цель работы. Ознакомление с методом кондуктометрического
комплексометрического титрования.
Основные положения. При титровании раствора FeCl
трилона Б (Na
В результате ионы Fe
деляются ионы H
проводность растет и достигает максимума в точке эквивалентности.
После ТЭ электропроводность резко падает, так как ионы H
ются анионом H
Y) происходит реакция
2H2
3+
Fe
+ H2Y2– → FeY– + 2H+.
3+
+
. Так как подвижность ионов H+ велика, то электро-
Y2–:
2
связываются в комплексный ион FeY– и вы-
+
+ H2Y2– → H3Y–.
H
раствором
3
+
связыва-
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.
Раствор трилона Б, 0,1 н.
3.
Выполнение работы: см. работу № 1.
67
В отчете:
укажите ОВ, РВ;
1)
запишите уравнения реакций;
2)
приведите таблицу с результатами титрования;
3)
постройте кривую титрования в координатах κ = f(V
4)
пишите V
рассчитайте
5)
трилон Б
в ТЭ;
c
FeCl
m
и
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
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.
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 вытекает раствор, содержащий только компонент А. Но когда сорбент насытится веществом В,
ют поступать и 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 веще-
сорбции-десорбции, что обусловливает высокую эффектив-
Данные методы широко применяются в химии и химической тех-
Различают три способа выполнения хроматографического анализа.
фронтальном анализе исследуемую смесь непрерывно пода-
При
в приемник начина-
68
ство 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 А и В, которые поглощаются сорбентом. Затем
эти компоненты вытесняются более сорбирующимся веществом 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 С.
сорбируемый компонент А, а затем – компонент В, следовательно, при
вытеснительном анализе получают в чистом виде вещества двухкомпонентной (или многокомпонентной) смеси.
При
раствора, содержащего несколько компонентов (А, В, С) и непрерыв-
ный поток растворителя. В полученной хроматограмме положение
компонентов соответствует их сорбируемости, например, А В С,
т. е. нижняя зона хроматограммы содержит чистое вещество С. Затем
колонку промывают чистым растворителем и компоненты смеси перемещаются
жат сначала компонент С, затем В и наконец компонент А.
Массу каждого компонента, выделенного из смеси тем или иным
хроматографическим методом, определяют обычными химическими,
физико-химическими или физическими методами.
Сначала из колонки вытекает фракция, содержащая менее
элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемого
вдоль нее, вытесняя друг друга. Фракции фильтрата содер-
Классификация хроматографических методов:
по агрегатному состоянию фаз: газовая, жидкостная и газожид-
костная;
69
по механизму 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 А В С, выражающий относительное адсорбционное сродство
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
Рис. 17. Изотерма адсорбции
равновесие при соответствующей температуре. Зависимость количества ад-
сорбируемого вещества от его концентрации в смеси в растворе при
Т = const выражается изотермой адсорбции (рис. 17).
Изменение значения адсорбции (количества адсорбированного ве
-
щества) с увеличением концентрации вещества выражается уравнением изотермы Ленгмюра:
K с
ГГ ,
где Г – значение адсорбции; Г
станта адсорбционного равновесия; c
K с
При с 1
ГГ Г
ар
1
K с
ар
ар
K с
ар
1
– максимальная адсорбция; Kа – кон-
– равновесная концентрация.
р
K с Kс
ар
, а при c 1 Г = Г
.
Отсюда уравнение Ленгмюра показывает, что при малых с значение
адсорбции (Г) прямо пропорционально концентрации, а при больших
значениях с является постоянной величиной, соответствующей насыщению поверхности сорбента.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]