Praktikum_Solodovnik

Виконання роботи

1. Приготування розчину AgNO3 з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3

а) Розрахувати теоретичну наважку кристалогідрату AgNO3 для приготування 100 см3 розчину з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3 за формулою:

m (AgNO3) = c ( fекв. (AgNO3)) × M E (AgNO3) ×V (AgNO3) . 1000

Для розрахунку попередньо записати рівняння реакції взаємодії AgNO3 з натрій хлоридом урівняти та визначити для них фактори еквівалентності речовини та молярні маси еквівалентів.

б) Взяття наважки. Розраховану кількість AgNO3 зважують на технічних

маса речовини m(AgNO3) – ... г.

в) Приготування розчину. Для розчинення необхідно кількісно перенести наважку в мірну колбу (100 см3) і розчинити в невеликому об’ємі дистильованої води, після чого долити дистильованою водою до мітки, перемішати та встановити точну концентрацію за первинним стандартним розчином NaCl (див. п.2 та п.3).

2. Приготування первинного стандартного розчину NaCl з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3

а) Розрахувати теоретичну наважку кристалогідрату NaCl для приготування 50 см3 розчину з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3 за формулою:

m (NaCl) = с ( fекв (NaCl)) × M E (NaCl) ×V (NaCl) 1000

б) Взяття наважки. Розраховану кількість NaCl зважують на аналітичних терезах: Форма запису:

маса бюкса з речовиною – ... г; маса порожнього бюкса – ... г; маса речовини m(NaCl) – ... г.

в) Приготування розчину. Для розчинення необхідно кількісно перенести наважку в мірну колбу (50 см3) і розчинити в невеликому об’ємі дистильованої води, після чого долити дистильованою водою до мітки, перемішати та розрахувати точну концентрацію NaCl в одержаному розчині.

3. Стандартизація розчину AgNO3 за первинним стандартним розчином NaCl

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 розчину AgNO3, потім заповнити її цим розчином та встановити рівень в бюретці на нуль. Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа=25,00 см3 розчину натрій хлориду, мірною пробіркою приблизно

1,00 cм3 5% розчину K2CrO4.

111

б) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби і закінчувати перемішування тоді, коли жовтий колір осаду зміниться на цегляно-червоний від однієї краплі AgNO3. Титрування повторити три рази, а для розрахунку взяти середній об’єм Vсер. (різниці між об’ємами не повинна перевищувати 0,04 см3).

Форма запису:

в) Розрахувати характеристики робочого розчину аргентум нітрату(V) – AgNO3: (с(fекв(AgNO3), Т(AgNO3).

Завдання 2. Визначити вміст (%)Cl–-іонів в технічній солі NaCl за методом

Мора і порівняти з теоретичним вмістом

Обладнання та реактиви

Терези технохімічні та аналітичні, бюкс, лійка, мірна колба з притертою пробкою (місткістю 100 см3), штатив для титрування, колби для титрування, бюретка, градуйована піпетка (місткістю 25 cм3), мірна пробірка, стандартний розчин AgNO3 з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3, кристалічна технічна сіль NaCl, 5% розчин K2CrO4.

Виконання роботи

1. Приготування розчину технічної солі NaCl з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3

а) Розрахувати теоретичну наважку NaCl для приготування 100 см3 розчину з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,02 моль/дм3.

m(NaCl) = c( fекв. (NaCl)) × M E (NaCl) ×V (NaCl)

1000

Для розрахунку попередньо записати рівняння реакції взаємодії AgNO3 з натрій хлоридом урівняти та визначити для них фактори еквівалентності речовини та молярні маси еквівалентів.

б) Взяти розраховану наважку солі NaCl на аналітичних терезах. Форма запису:

маса бюкса з речовиною – ... г; маса порожнього бюкса – ... г; маса речовини m(NaCl) – ... г.

в) Для приготування розчину в мірну колбу на 250 см3 кількісно перенести наважку, довести до мітки дистильованою водою, ретельно перемішати.

2. Визначення вмісту (%) Cl–-іонів в технічній солі NaCl

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 стандартного розчину AgNO3 (який було приготовлено в попередній роботі), потім

112

заповнити бюретку цим розчином та встановити рівень на нуль. Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа = 25,00 см3 приготовленої солі NaCl, мірною пробіркою близько 1,00 cм3 5% розчину K2CrO4.

б) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби і закінчувати перемішування тоді, коли жовтий колір осаду зміниться на цегляно-червоний від однієї краплі AgNO3. Титрування повторити три рази, а для розрахунку взяти середній об’єм Vсер. (різниці між об’ємами не повинна перевищувати 0,04 см3).

Форма запису:

в) За даними титрування та законом еквівалентів розрахувати практичний вміст (%) Cl–-іонів в технічній солі NaCl:

ω%(Cl− )практ. = m(Cl− )наважка ×100% .

mнаважки

г) Розрахувати теоретичний вміст (%) Сl–-іонів у технічній солі NaCl.

д) У висновку порівняти одержаний результат з теоретичними розрахунками.

4.7. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 22

Методи комплексоутворення. Трилонометрія

Теоретична частина

Реакції утворення комплексних і малодисоційованих сполук є основою методів визначення ряду іонів. Найчастіше в об’ємному аналізі використовується комплексоутворення іонів металів з галогенідта псевдогалогенід-іонами (SCN–, CN–), а також з рядом поліамінокарбонових кислот – «комплексонів». Для визначення точки еквівалентності використовують такі способи:

а) У розчин вводять речовину, яка є індикатором на один з реагуючих іонів і утворює з ним забарвлену або малорозчинну сполуку. Забарвлення або осад з’являється після зв’язування практично всіх визначуваних іонів в комплексну сполуку.

б) Еквівалентне співвідношення реагуючих речовин визначають за зміною рН розчину. У цьому випадку для визначення точки еквівалентності застосовують звичайні кислотно-основні індикатори.

Всі методи комплексоутворення поділяються на 2 основних типа:

113

1. Меркуриметрія. Метод ґрунтується на утворенні малодисоційованих галогенідів або псевдогалогенідів меркурій (ІІ)-іонів. За допомогою цього методу проводять визначення іонів Cl–, Br–, I–, SCN–, CN–, а також солей меркурію(ІІ). Робочим розчином (титрантом) даного метода є меркурій(ІІ) нітрат – Hg(NO3)2. Іони меркурію(ІІ) зв’язуються визначуваними іонами у малодисоціовані сполуки:

Hg2++2Br– = HgBr2

Індикатором може бути розчин натрію нітропрусиду (в точці еквівалентності – білий осад) або дифенілкарбазиду чи дифенілкарбазону (в точці еквівалентності утворюються забарвлені в фіолетово-рожевий колір сполуки). Найбільшого практичного застосування набуло меркуриметричне визначення хлорид-іонів.

2. Комплексонометрія. Даний метод грунтується на використанні реакцій комплексоутворення метал-іонів з хелатоутворюючими органічними реагентами – комплексонами. Найбільш поширеним представником комплексонів є двозаміщена натрієва сіль етилендіамінтетраацетатної кислоти (скорочено ЕДТА), яка відома також під назвою трилону Б:

Схематичне позначення трилону Б – Na2H2Y·2H2O.

Трилон Б реагує з великою кількістю катіонів (Cu2+, Bi3+, Pb2+, Cd2+, Fe2+, Ni2+, Co2+, Ba2+, Mg2+ та інш.), утворюючи стійкі комплексні сполуки, тому він є дуже цінним для кількісного аналізу. Реакції взаємодії катіонів з трилоном Б в розчині можна

представити рівняннями:

Ca2++H2Y2– =CaY2–+2H+

Bi3++H2Y2– =BiY–+2H+

Th4++H2Y2– =ThY+2H+

Незалежно від заряду катіона утворюються комплекси зі співвідношенням компонентів 1:1. Тому, молекулярна маса речовини еквівалентна ЕДТА та іона, який визначається, дорівнюють їх молекулярним масам. Точку еквівалентності в даному методі визначають візуально або використовують інструментальні методи аналізу. При візуальному визначенні ТЕ використовують металоіндикатори – це органічні речовини, що утворюють з катіонами металів забарвлені комплексні сполуки і не реагують з іонами робочого розчину. Як приклад можна навести індикатор хромоген чорний Т (інша назва еріохром чорний Т).

OH HO

O OS N=N

OH

O2N

114

Забарвлення хромогену чорного Т залежить від рН розчину. При рН в

інтервалі 7-11 індикатор забарвлений у синій колір. У цьому інтервалі іони багатьох металів (Mg2+, Ca2+, Zn2+, Cd2+, Co2+, Cu2+ та інш.) утворюють з цим

індикатором комплекси винно-червоного кольору, а з трилоном Б – більш стійкі, часто безбарвні комплекси.

Практична частина Завдання 1. Приготувати та встановити молярну концентрацію речовини

еквівалента та титр розчину динатрій етилендіамінтетраацетат-вода(1/2) - Na2H2Y·2H2O ( трилону Б)

Обладнання та реактиви

Терези технохімічні та аналітичні, бюкс, лійка, мірна колба з притертою пробкою (місткістю 100 см3), штатив для титрування, колби для титрування, бюретка, градуйована піпетка (місткістю 5 cм3), мірна пробірка, кристалічний динатрій етилендіамінтетраацетат-вода(1/2), амоніачний буферний розчин, фіксанал для приготування розчину MgSO4·7Н2О з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3, суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl (1:100).

Виконання роботи

1. Приготування розчину Na2H2Y·2H2O з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3

а) Розрахувати теоретичну наважку кристалогідрату Na2H2Y·2H2O для приготування 100 см3 розчину з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3 за формулою:

Для розрахунку попередньо записати рівняння реакції взаємодії Na2H2Y·2H2O з магній-іонами урівняти та визначити для них фактори еквівалентності речовини та молярні маси еквівалентів.

б) Взяття наважки. Розраховану кількість Na2H2Y·2H2O зважують на технічних

маса речовини m(Na2H2Y·2H2O) – ... г.

в) Приготування розчину. Для розчинення необхідно кількісно перенести наважку в мірну колбу (100 см3) і розчинити в невеликому об’ємі дистильованої води, після чого долити дистильованою водою до мітки, перемішати та перелити в спеціально підготовлену склянку. Для приготування розчину ЕДТА рекомендовано використовувати бідистилят, щоб виключити присутність метал-іонів комплексоутворювачив.

115

2. Стандартизація розчину Na2H2Y·2H2O за первинним стандартним

розчином MgSO4·7Н2О, який приготовлено з «фіксаналу».

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 розчину Na2H2Y·2H2O, потім заповнити її цим розчином та встановити рівень в бюретці на нуль. Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа=3,00 см3 розчину MgSO4·7Н2О з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3, мірною пробіркою приблизно 2,00 cм3 амоніачного буферного розчину (рН≈10), воду до загального об’єму 15 cм3, на кінчику шпателя суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl. Перемішати до розчинення індикатора.

б) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби і закінчувати перемішування тоді, коли вишневий колір зміниться на синьо-фіолетовий.

Завдання 2. Трилонометрія. Визначити загальну твердість питної води

Теоретична частина

Загальна твердість води зумовлена присутністю розчинних солей кальцію і магнію. Твердість води виражається в ммоль-екв./дм3 і за даними Всесвітньої організації охорони здоров’я (1994 р.) оптимальна твердість складає 3-4 ммольекв./дм3. Для визначення твердості води використовують індикатор хромоген чорний Т, який в лужному середовищі іонізує з утворенням аніонів HInd2–(синій колір) які з Mg2+- і Ca2+-іонами утворюють комплекси винно-червоного кольору:

Ca2++HInd2– = CaInd–+H+

винно-червоний

Mg2++HInd2– = MgInd–+H+

винно-червоний

Після додавання в розчин трилону Б комплекси CaInd– і MgInd– руйнуються з утворенням безбарвних комплексів CaY2– і MgY2–, а колір розчину змінюється на синій завдяки накопиченню аніонів HInd2–.

MgInd–+ H2Y2–↔ MgY2–+ HInd2–+ H+

синій

CaInd–+ H2Y2–↔ CaY2–+ HInd2–+ H+

синій

116

Практична частина

Обладнання та реактиви

Штатив для титрування, колби для титрування, бюретка, аліквотна піпетка (місткістю 100 cм3), мірна пробірка, стандартний розчин Na2H2Y·2H2O (трилону Б) з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3, амоніачний буферний розчин, суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl (1:100).

Виконання роботи

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 розчину Na2H2Y·2H2O, потім заповнити її цим розчином та встановити рівень в бюретці на нуль. Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа=100,00 см3 питної води, мірною пробіркою приблизно 15,00 cм3 амоніачного буферного розчину (рН≈10), на кінчику шпателя суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl. Перемішати до розчинення індикатора.

б) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби і закінчувати

ммоль - екв/1дм3Н2О

г) Визначити рівень твердості води та зробити висновок, виходячи з того, що загальна твердість: до 2,5 ммоль-екв./дм3 – вода з незначною твердістю; 2,5- 10 ммоль-екв./дм3 – вода із середньою твердістю; більше 10 ммоль-екв./дм3 – вода з високою твердістю.

Завдання 3. Трилонометрія. Визначити вміст Mg2+- і Ca2+-іонів у водній ґрунтовій витяжці

Теоретична частина

Сутність даного визначення в тому, що спочатку визначається сумарний вміст Mg2+- і Ca2+-іонів при титруванні водної витяжки з ґрунту розчином Na2H2Y·2H2O (трилон Б) в присутності індикатора хромогену чорного. Потім проводять визначення вмісту тільки Ca2+-іонів при титруванні розчином Na2H2Y·2H2O в присутності індикатора мурексиду – С8Н8N6O6 (амонійна сіль пурпурної кислоти). За різницею цих двох визначень знаходять вміст іонів Mg2+.

117

Практична частина

Обладнання та реактиви Технічні та аналітичні терези, ступка для розтирання, сито, колба (місткістю

1000 cм3), воронка, фільтрувальний папір, штатив для титрування, колби для титрування, бюретка, аліквотні піпетки (місткістю 50, 100 cм3), мірна пробірка, стандартний розчин Na2H2Y·2H2O з молярною концентрацією речовини еквівалента 0,05 моль/дм3, амоніачний буферний розчин, суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl (1:100), суміш індикатору мурексиду та кристалічного NaCl (1:100).

Виконання роботи

1. Приготування водної витяжки з ґрунту.

а) Повітряно-сухий грунт розтерти в ступці та просіяти крізь сито з діаметром отворів 1 мм.

б) Взяти наважку ґрунту 50 г та перенести в колбу на 1 дм3, додати 500 cм3 дистильованої води, яку попередньо прокип’ятити, закрити пробкою та ретельно перемішати 3-5 хвилин. Одержану суспензію профільтрувати.

2. Визначення сумарного вмісту Mg2+- і Ca2+-іонів.

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 розчину Na2H2Y·2H2O, потім заповнити її цим розчином та встановити рівень в бюретці на нуль.

б) Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа=50,00 см3 водної витяжки з грунту, мірною пробіркою приблизно 5,00 cм3 амоніачного буферного розчину (рН≈10), на кінчику шпателя суміш індикатору хромогену чорного Т та кристалічного NaCl. Перемішати до розчинення індикатора.

в) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби і закінчувати перемішування тоді, коли вишневий колір зміниться на синьо-фіолетовий.

3. Визначення вмісту Ca2+-іонів.

а) Титрування. Перед початком титрування сполоснути бюретку 2-3 cм3 розчину Na2H2Y·2H2O, потім заповнити її цим розчином та встановити рівень в бюретці на нуль.

б) Далі взяти три конічні колби і в кожну з них піпеткою відібрати Vа=50,00 см3

118

водної витяжки з грунту, мірною пробіркою приблизно 2,5 cм3 розчину NaОН, на кінчику шпателя суміш мурексиду та кристалічного NaCl. Перемішати до розчинення індикатора.

в) При титруванні слід енергійно перемішувати вміст колби до появи синьо-

4. Визначення вмісту Mg2+-іонів.

Вміст Mg2+-іонів в 100 г ґрунту, або відповідно в 1000 cм3 розчину розрахувати за формулою:

n(Mg2+ ) = n(Ca2+ , Mg2+ ) − n(Ca2+ ) .

Запитання до модульної контрольної роботи „Титриметричний аналіз”

1.Основний принцип титриметричного аналізу.

2.Охарактеризувати та навести приклади первинних стандартних розчинів.

3.Охарактеризувати та навести приклади вторинних стандартних розчинів.

4.Основні операції титриметричного аналізу.

5.Класифікація методів титриметричного аналізу.

6.В чому сутність титрування: а) прямого; б) зворотнього; в) титрування замісника. Приведіть приклади.

7.Мірний посуд в титриметричному аналізі.

8.Що таке титровані розчини та приготування їх з “фіксаналів”.

9.Методи кислотно-основного титрування та їх використання. Навести приклади.

10.Ацидиметрія та алкаліметрія. Навести приклади.

11.Способи визначення точки еквівалентності.

12.Охарактеризувати індикатори методу кислотно-основного титрування.

13.Пояснити фізичний зміст інтервалу переходу та показника титрування індикаторів

14.Вказати основні помилки титрування та вказати причини їх виникнення.

15.Актуальна та потенціальна кислотність ґрунту

16.Способи визначення загальної твердості води.

17.Охарактеризувати спосіб окремих наважок та спосіб піпеткування.

18.Сутність стандартизації розчинів.

119

ЧАСТИНА ІІІ

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

Всі інструментальні методи аналізу ґрунтуються на використанні залежності будь-якої фізико-хімічної властивості речовини (тобто аналітичного сигналу) від природи речовини та її вмісту у пробі, яка аналізується. Вони використовуються для визначення невеликого вмісту речовин (10-5…10-10%) та для них характерно: низьке значення межі виявлення; експресність, тобто високий темп одержання результатів; можливість проведення аналізу на відстані (аналіз місячного грунту за допомогою ренгенофлуоресцентного пристрою); можливість автоматизації аналізу (автоматичні газоаналізатори контролюють склад повітря у шахтах); виконання аналізу без руйнування зразка (не деструктивний аналіз) − він може виконуватись на ренгенофлуоресцентних та радіоактивазиційних пристроях (медична криміналістика); можливість виконання локального аналізу, тобто визначення елементів в даній точці зразка (металоведення, мінералогія). Виконується рентгено спектральним методом та лазерною мікроспектроскопією. Особливість інструментальних методів аналізу полягає в тому, що для їх виконання потрібні еталони, стандартні розчини та калібрувальні графіки.

Найбільшого практичного значення набули такі інструментальні методи :

а) оптичні методи аналізу (атомно-абсорбційний, емісійний спектральний, люмінесцентний та фотометричний аналіз). Ґрунтуються оптичні методи аналізу на вимірюванні ефектів, які спостерігаються при взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням;

б) електрохімічні методи (вольтамперометрія, потенціометрія, кондуктометрія, кулонометрія, амперометрія) ґрунтуються на вимірюванні електропровідності, електродних потенціалів, сили струму, кількості електрики;

в) хроматографічні методи (це газова та газорідинна хроматографія, рідинна розподільча хроматографія, тонкошарова, іонообмінна) ґрунтуються на розподіленні близьких за властивостями рідких і газоподібних сумішей завдяки різній сорбції їх компонентів в динамічних умовах;

г) кінетичні методи ґрунтуються на вимірюванні швидкості реакції і використанні її величини для визначення концентрації речовин.

РОЗДІЛ 5. ОПТИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

До оптичних методів аналізу відноситься сукупність методів якісного та кількісного аналізів за інтенсивністю інфрачервоного (ІЧ), видимого та ультрафіолетового (УФ) електромагнітного випромінювання. Це фотометричний аналіз, атомно-абсорбційний, емісійний, люмінесцентний аналізи, а також

турбидиметрія, нефелометрія. При використанні цих методів відбувається реєстрація поглинання світла молекулами визначуваного компонента в ІЧ, видимій та УФ ділянках спектру.

Фотометричний аналіз включає спектрофотометрію, фотоколориметрію та візуальну фотометрію, яку зазвичай називають колориметрією. Фотометричний аналіз дуже розповсюджений в зв’язку з використанням відносного простого

120