TITRIMETRIChESKIE_METODY_METODIChKA

41

Определение молярной концентрации рабочего раствора хлорида цинка

К 10,00 см3 титрованного раствора трилона Б прибавляют примерно 80 см3 холодной дистиллированной воды, 10 см3 ацетатного буфера с рН 5,5, вносят ксиленоловый оранжевый и титруют раствором хлорида цинка неизвестной концентрации до перехода окраски из желтой в розовую. Молярную концентрацию соли цинка рассчитывают по уравнению:

СZn СТ VТ ,

V1,Zn '

где V1,Zn´ – объем раствора соли цинка, см3, пошедшего на титрование; VТ – объем трилона Б, 10,00 см3;

СТ – концентрация трилона Б, моль/л.

Отделение железа и цинка от магния

Аликвоту 25,00 см3 раствора, содержащего смесь солей, переносят в стаканчик емкостью 100-150 см3, помещают туда кусочек бумаги Конго и осторожно нейтрализуют аммиаком (1:1), прибавляя его по каплям и перемешивая раствор до получения розовой окраски бумаги Конго от одной последней капли. Затем вносят лопаточкой при перемешивании диэтилдитиокарбаминат натрия, который осаждает хелатные комплексные соединения железа и цинка. Реактив добавляют до начала коагуляции осадка. Дают раствору с осадком постоять 5-10 минут. При правильной нейтрализации и достаточном количестве Na(ДДК) осадок оседает довольно быстро. Содержимое стакана вместе с осадком количественно переносят в мерную колбу на 100 см3, доводят раствор до метки дистиллированной водой, перемешивают и фильтруют через сухой двойной складчатый фильтр с розовой лентой в коническую колбу на 250 см3, ополаскивая ее первой небольшой порцией (5-7 см3) фильтрата.

Так как коэффициент распределения ионов щелочноземельных металлов между раствором и осадком равен единице, осадок отбрасывают, не промывая, а раствор анализируют, определяя в нем магний.

Определение магния в фильтрате после отделения железа и цинка

Определение Mg2+ (берется аликвота раствора, полученного после отделения осадка Fe (ДДК)3 и Zn(ДДК)2) проводят так, как описано в работе 3. Расчет титра раствора по магнию проводят по формуле:

где Vт – объем трилона, пошедшего на титрование, см3;

42

СТ – концентрация раствора трилона, М; V1 – объем титруемой пробы, см3;

V0 – объем раствора, полученного после осаждения железа и цинка, см3;

V – объем раствора, взятого для отделения железа и цинка от магния, см3;

МMg – молярная масса магния, г/моль.

Лабораторная работа №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЮМИНИЯ, КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ

Цель работы: приобретение навыков определения алюминия путем обратного хелатометрического титрования с ксиленоловым оранжевым, определение концентрации компонентов в анализируемой смеси.

Сущность работы.

Определение алюминия в смеси с кальцием и магнием основано на том, что при рН 5,5 он образует прочный комплекс с ЭДТА, в то время как магний и кальций при этом рН комплексы с ЭДТА не образуют, вследствие чего не мешают определению алюминия. С этой целью в раствор добавляют избыток комплексона III и определяют алюминий обратным титрованием избытка комплексона солью цинка с индикатором ксиленоловым оранжевым.

Для дальнейшего определения ионов Са2+ и Mg2+ в смеси проводят отделение алюминия при рН 5-7 с помощью диэтилдитиокарбамината натрия. После отделения алюминия суммарное содержание кальция и магния определяют прямым титрованием трилоном Б при рН 9-10 с индикатором эриохромом черным Т. Кальций определяют титрованием трилоном при рН 12 с мурексидом.

Материалы и оборудование.

1.Исследуемый раствор.

2.Трилон Б, 0,025 М стандартный раствор.

3.Хлорид цинка, ZnCl2, 0,025 М раствор.

4.Гидроксид аммония, NH4ОН, раствор 1:1.

5.Аммиачная буферная смесь с рН 9-10.

6.Ацетатная буферная смесь с рН 5,5.

7.Соляная кислота, НСl, 2 М раствор.

8. Диэтилдитиокарбаминат натрия, сухая соль.

9.Индикаторы: эриохром черный Т, ксиленоловый оранжевый, мурексид.

10.Индикаторная бумага Конго.

11.Бюретка емкостью 25,00 см3.

43

12.Мерная колба емкостью 100,00 см3.

13.Пипетки емкостью 10,00 и 25,00 см3.

14.Колбы для титрования.

15.Фильтры с розовой лентой.

Выполнение работы.

Определение алюминия

Аликвоту 10,00 см3 исходного раствора солей переносят в коническую колбу емкостью 250 см3, прибавляют 50 см3 горячей воды, 10 см3 ацетатного буфера (рН 5,5), точное, но избыточное количество трилона (из бюретки 20,00 см3) и кипятят раствор 5 мин. После кипячения колбу с раствором охлаждают до комнатной температуры под струей водопроводной воды. Прибавляют ксиленоловый оранжевый до отчетливой желтой окраски и титруют избыток комплексона раствором хлорида цинка; молярную концентрацию которого предварительно устанавливают, как описано в работе 4, по формуле для СZn.

Расчет титра алюминия проводят по формуле:

где Vт – объем прилитого избытка трилона, см3;

СZn – концентрация рабочего раствора соли цинка, устанавливаемая по известной концентрации трилона, М;

VZn – объем рабочего раствора хлорида цинка, затраченного на обратное титрование трилона, не вступившего в реакцию с ионами Аl3+, содержащимися в анализируемом растворе, см3;

СТ – концентрация трилона, М;

V – объем раствора, взятого для определения алюминия, см3; МАl – молярная масса алюминия, г/моль.

Отделение алюминия от кальция и магния диэтилдитиокарбаминатом

Аликвоту 25,00 см3 исходного раствора, содержащего смесь солей алюминия, кальция, магния, переносят в стакан на 100-150 см3, помещают туда кусочек бумаги Конго и, если бумага становится розовой, то добавляют порциями диэтилдитиокарбаминат для осаждения алюминия. Далее проводят все операции, описанные в разделе “Отделение железа и цинка от магния” работы 4.

Если раствор после титрования получился мутным, то Na(ДДК) добавлено недостаточно, и осадок не коагулировал. Для определения Са2+ и Мg2+ в прозрачном фильтрате титруют сначала сумму кальция и магния, а затем в отдельной аликвоте определяют кальций, как описано в работе 3. Расчет титра исходного раствора по кальцию и магнию проводят по формулам, приведенным в работе 3.

44

Лабораторная работа №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ СОЕДИНЕНИЙ МАГНИЯ И ЦИНКА

Цель работы: определение содержания оксида магния и цинка в препаратах методом комплексонометрии.

Сущность метода.

Препарат магния оксид (Magnesii oxydum) применяют при повышенной кислотности желудочного сока. Препарат цинка оксид (Zinci oxydum) применяют наружно в качестве вяжущего, подсушивающего и дезинфицирующего средства при кожных заболеваниях.

Препараты магния и цинка количественно определяют прямым титрованием комплексонометрическим методом с использованием индикатора эриохрома черного.

Материалы и оборудование.

1.Оксид магния, MgO.

2.Оксид цинка, ZnO.

3.Соляная кислота, HCl, 1 М раствор.

4.Аммиачный буферная смесь с рН 9-10.

5.Трилон Б, 0,025 М стандартный раствор.

6.Аммиак, NH3.

7.Метиловый красный.

8.Эриохром черный.

9.Мерная колба емкостью 250 см3.

10.Колба для титрования.

11.Пипетки емкостью 10,00 и 25,00 см3.

12.Цилиндр емкостью 50 см3.

13.Мерная колба емкостью 100,00 см3.

14.Аналитические весы, часовое стекло.

Выполнение работы.

Определение оксида магния в препарате

Навеску препарата 0,5000 г (взятую на аналитических весах) растворяют в 40 см3 1 М раствора соляной кислоты в мерной колбе емкостью 250 см3 и доводят объем раствора водой до метки. К 25 см3 полученного раствора прибавляют 20 см3 воды, 10 см3 аммиачного буферного раствора и титруют при энергичном перемешивании 0,025 М раствором трилона Б до синего окрашивания в присутствии индикатора эриохрома черного.

Массу оксида магния в препарате рассчитывают по формуле: m (MgO) = Cт· Vт· M (MgO),

46

V. ОКИСЛИТЕЛЬНО - ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ (ОКСРЕДМЕТРИЯ)

В основе метода окислительно-восстановительного титрования лежит изменение потенциала окислительно-восстановительной системы при изменении соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм в процессе титрования.

Наряду с кислотно-основными реакциями окислительновосстановительные процессы представляют собой важнейший вид обменных реакций. Окислением называют процесс отщепления электронов, восстановлением - процесс присоединения электронов. Донор электронов действует как восстановитель, акцептор электронов - как

Любой участник этих полуреакций может быть как титрантом, так и титруемым веществом. Так, если титрантом является Ох1, то титруемое вещество - Red2; если титрантом является Ох2, то титруемое вещество - Red1. Для каждой полуреакции уравнение Нернста будет иметь вид:

где Е - равновесный электродный потенциал, В; Ео - стандартный электродный потенциал, В;

R - молярная газовая постоянная (8,314Дж/моль·К); Т - абсолютная температура (К);

F - число Фарадея (96485 Кл/моль);

n - число отданных или принятых электронов; - активность иона в растворе.

47

При Т = 298 К и переходе от натуральных логарифмов к десятичным уравнение Нернста принимает вид:

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы для многих систем определены экспериментально относительно стандартного водородного электрода. Зная величины стандартных окислительновосстановительных потенциалов, можно установить, в каком направлении будет протекать та или иная реакция. Положительная разность стандартных окислительно–восстановительных потенциалов указывает на протекание реакции слева направо. При этом необходимо помнить, что обе полуреакции должны быть записаны в форме полуреакций восстановления. Вычитая одну полуреакцию из другой, составляют уравнение полной окислительно-восстановительной реакции. Разность стандартных потенциалов находят, не изменяя знаков потенциалов, приведенных в таблице окислительно-восстановительных потенциалов.

Пример. Определите, в каком направлении пойдет реакция между железом (2+) и иодидом калия?

Записывают соответствующие полуреакции и в таблице находят значения стандартных потенциалов:

Положительная разность потенциалов указывает на протекание реакции в направлении окисления иодид-иона железом (3+).

В зависимости от используемых титрантов различают несколько методов окислительно-восстановительного титрования: дихроматометрия, перманганатометрия, иодометрия и другие.

Молярная масса эквивалента окислителя или восстановителя зависит от числа принимаемых или отдаваемых электронов в данной полуреакции и численно равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности fэ:

n - число принятых или отданных электронов.

48

ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ

Метод перманганатометрии основан на реакции перманганата калия с восстановителями преимущественно в кислой среде. В этом случае ион

MnO4- восстанавливается до Mn2+ в соответствии с полуреакцией:

MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O.

Титрантом в данном методе служит перманганат калия. В процессе титрования анализируемого раствора малиново-фиолетовая окраска раствора перманганата калия обесцвечивается. Однако после достижения точки эквивалентности первая избыточная капля раствора KMnO4 окрашивает титруемый раствор в розовый цвет. Поэтому в перманганатометрии индикаторы не используют, а точку эквивалентности

Стандартный раствор перманганата калия нельзя приготовить по точной навеске, так как он содержит ряд примесей (МnO2), и его раствор неустойчив из-за реакции с водой, катализируемой диоксидом марганца на

свету:

4МnО4- + 2Н2О = 4МnО2 + 3О2 + 4ОН-.

Поэтому раствор КМnО4 стандартизируют, применяя в качестве первичного стандарта раствор щавелевой кислоты или оксалата натрия.

Лабораторная работа № 1 СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ

Цель работы: установить титр и концентрацию раствора перманганата калия, применяя в качестве первичного стандарта раствор щавелевой кислоты.

Сущность работы.

Перманганат калия взаимодействует со щавелевой кислотой в кислой среде по уравнению:

разность потенциалов пар МnО4-/ Мn2+ (Ео = 1,51В) и 2СО2/С2О42- (Ео = - 0,49В), для ускорения процесса раствор следует нагреть.

Материалы и оборудование.

1.Щавелевая кислота, 0,05М (1/2 Н2С2О4∙2H2O) стандартный раствор. 2. Серная кислота, Н2SO4, 1 М раствор.

49

3.Перманганат калия, примерно 0,05 М(1/5 КMnO4) рабочий раствор.

4.Бюретка емкостью 25,00 см3.

5.Пипетка емкостью 10,00 см3.

6.Воронка.

7.Колбы для титрования.

8.Цилиндр емкостью 25 см3.

Выполнение работы

Бюретку заполняют раствором перманганата калия, предварительно ополоснув ее дважды этим раствором. Отбирают пипеткой 10,00 см3 0,0500 М (1/2 Н2С2О4) раствора щавелевой кислоты, приготовленной из фиксанала, и переносят ее в колбу для титрования. Приливают цилиндром 10 см3 раствора серной кислоты, раствор нагревают до 70 - 80 Сo (не допуская кипения, так как в этом случае щавелевая кислота разлагается), и горячий раствор титруют перманганатом калия. Раствор титранта приливают по каплям при непрерывном перемешивании. Первоначально обесцвечивание перманганата калия происходит медленно, но затем по мере образования иона Мn2+, являющегося катализатором, реакция ускоряется. Титрование прекращают, когда от одной избыточной капли КМnО4 раствор окрасится в розовый цвет, не исчезающий в течение 30 сек. Титрование повторяют несколько раз. Различия в результатах титрования не должны превышать 0,05 см3. Полученные результаты заносят в таблицу. Концентрацию и титр раствора перманганата калия рассчитывают по формулам:

-----------------------------------------------------------------------------------------

Концентрация раствора Н2С2О4 (1/2 Н2С2О4),М ........................……….

Объем раствора Н2С2О4, взятой для титрования, см3 .................………

Объем раствора КМnО4, пошедшего на титрование, см3

1-е титрование .....................................................................................…...

2-е титрование ..............................................................................… ....….

3-е титрование ........................................................................................…

Средний объем раствора КМnО4, пошедшего на титрование, см3

-----------------------------------------------------------------------------------------

50

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В РАСТВОРЕ

Цель работы: определение содержания железа (2+) в растворе методом перманганатометрии.

Сущность работы.

Перманганатометрия - один из лучших способов определения железа в различных объектах окружающей среды. После растворения образца (руды, минерала, сплава и т.д.) железо частично переходит в ионы Fe3+, поэтому перед определением его предварительно переводят в железо (2+) хлоридом олова (2+) или металлами. Определение содержания Fe (2+) состоит в прямом титровании анализируемого раствора стандартным

раствором перманганата калия в кислой среде:

2MnO4- + 10Fe2+ + 16H+ = 2Mn2+ + 10Fe3+ + 8H2O.

Молярная масса эквивалента железа в реакции с перманганатом калия равна его молярной массе, так как fэ (Fe) = 1.

Материалы и оборудование:

1.Анализируемый раствор железа.

2.Перманганат калия, КMnO4 , стандартный раствор.

3.Серная кислота, Н2SO4, 1 М раствор.

4.Бюретка емкостью 25,00 см3.

5.Пипетка емкостью 10,00 см3.

6.Воронка.

7.Колбы для титрования.

8.Цилиндр емкостью 25 см3.

Выполнение работы.

Бюретку заполняют стандартным раствором перманганата калия, предварительно ополоснув ее дважды этим раствором. 10,00 см3 анализируемого раствора, содержащего ионы Fe2+, отбирают пипеткой и переносят в колбу для титрования. Добавляют 5 см3 1 М раствора серной кислоты, отмеренного цилиндром. Полученный раствор титруют раствором перманганата калия, добавляя титрант по каплям и тщательно перемешивая содержимое колбы. Титрование продолжают до появления бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 сек. Титрование проводят несколько раз. Различия в результатах не должны превышать 0,05 см3. Полученные данные записывают в таблицу. Используя среднее значение объема титранта, рассчитывают содержание железа, мг.

m(Fe2+), мг = C(1/5KMnO4) · V (KMnO4) ·M(Fe).