Praktikum_Solodovnik

Δω ×100% ω(%)(H2O)теор.

11. У висновку порівняйте практичний вміст (H2O)прак. в кристалогідраті ВаСl2·2Н2О з теоретичним вмістом (H2O)теор та обґрунтуйте одержану похибку.

3.3. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №14

Методи осадження. Визначення вмісту (%) Барію в кристалогідраті барій хлориду ВаСl2·2Н2О

Теоретична частина

На практиці в гравіметричному аналізі найчастіше використовують метод осадження, в процесі якого речовину, яку визначають, при взаємодії її з відповідним реактивом переводять у малорозчинну сполуку. Сполука, у вигляді якої визначуваний компонент осаджують з розчину, називається формою осадження. Після фільтрування та промивання форму осадження висушують та прожарюють до сталої маси та зважують на аналітичних терезах і цей осад певного складу називають гравіметричною (ваговою) формою.

Практична частина Завдання 1. Одержати форму осадження, з'ясувати основні операції при

одержанні форми осадження

Обладнання та реактиви

Технохімічні і аналітичні терези, бюкс, хімічна склянка (≈100 см3), мірний циліндр, бюретка, електрична плитка, водяна баня, скляна паличка з гумовим наконечником, промивалка, дистильована вода, ВаС12 · 2Н2О, Na2SO4 · 10H2O, розчин хлороводневої кислоти з молярною концентрацією речовини еквівалента 2 моль/дм3.

Виконання роботи

1. Розрахунок теоретичної наважки ВаС12 · 2Н2О.

Осад барій сульфат BaSO4 одержуємо методом осадження, відповідно до якого маса даного осаду повинна бути приблизно 0,5 г. Осаджувач – розчин кристалогідрату Na2SO4 · 10H2O. Виходячи з цього напишіть рівняння процесу осадження та розрахуйте необхідну для аналізу масу ВаС12 · 2Н2О.

2. Взяття наважки ВаС12 · 2Н2О. Візьміть на технохімічних терезах розраховану “грубу” наважку кристалогідрату барій хлориду та помістіть її в бюкс (заздалегідь вимитий, висушений, зважений) і зважте на аналітичних терезах:

81

3. Приготування розчину барій хлориду.

Кількісно перенесіть наважку в хімічний стакан місткістю ≈100 см3. Для цього пересипте сіль у стакан, а крупинки на стінках бюкса змийте дистильованою водою з промивалки 5–6 разів. Додайте в склянку стільки дистильованої води, щоб об'єм розчину в ній не перевищував 80 см3.

4. Розрахунок наважки осаджувача Na2SO4 · 10H2O.

За рівнянням процесу осадження та враховуючи масу наважки m(ВаС12 · 2Н2О), взяту для аналізу, розрахуйте необхідну масу осаджувача m(Na2SO4 · 10H2O).

Для того, щоб зменшити розчинність ВаSО4, треба брати напівкратний надлишок осаджувача.

5. Приготування розчину осаджувача.

Осадження необхідно проводити розведеним розчином осаджувача з концентрацією ω(%)(Na2SO4)=5, необхідну масу якого розрахуйте за формулою:

де V(Na2SO4 · 10H2O) – об’єм осаджувача; m(Na2SO4 · 10H2O) – маса осаджувача; ρ(Na2SO4 · 10H2O) – густина розчину осаджувача, яка приблизно дорівнює 1 г/см3; ω(%)(Na2SO4 · 10H2O) – масова частка осаджувача у вихідному розчині.

Розрахований об’єм 5 % розчину натрій сульфату залийте в бюретку.

6. Осадження.

а) до розчину барій хлориду додайте 2 – 3 см3 2 М розчину HCl; б) розчин нагрійте на електроплитці до кипіння (не кип'ятити!);

в) з бюретки по краплях до гарячого розчину барій хлориду додайте розрахований об’єм осаджувача, помішуючи скляною паличкою не торкаючись нею до стінок і дна склянки.

7. Дозрівання осаду.

Обережно, щоб не втратити осад, підніміть над склянкою паличку і ретельно промийте її з промивалки так, щоб вся вода з палички стекла в склянку. Склянку накрийте фільтрувальним папером і залиште для дозрівання до наступного заняття.

Завдання 2. Одержати гравіметричну (вагову) форму. Визначити практичний вміст (%) Барію в кристалогідраті барій хлориду ВаСl2·2Н2О.

Обладнання та реактиви Муфельна піч, сушильна шафа, порцеляновий тигель, тигельні щипці,

аналітичні терези, штатив з кільцем для лійки, піпетка, фільтр («синя стрічка»), лійка діаметром 50 мм з косо зрізаним кінцем, скляна паличка, паличка скляна з гумовим наконечником, розчин Н2SО4 з молярною концентрацією речовини еквівалента 2 моль/дм3.

Виконання роботи

1. Проба на повноту осадження. Якщо осад дозрів і відстоявся настільки, що розчин над ним став прозорим, обережно з піпетки (її кінчик має бути на відстані 1 см від поверхні розчину) введіть у прозорий розчин 1-2 краплі 2 М розчину Н2SО4 (рис. 3.3.1.). Якщо не спостерігається помутніння, то осадження повне.

82

2. Вибір фільтра. Осад ВаSО4 важкий, густий, складається з дуже дрібних кристалів. Об'єм осаду невеликий, тому слід взяти найбільш дрібнопористий фільтр («синя стрічка») діаметром 90 мм. Лійка для нього повинна мати діаметр 5060 мм, вкладений в неї фільтр не повинен торкатися її країв на 5-10 мм. Склавши фільтр вчетверо, помістивши його в лійку і змочивши дистильованою водою, пальцями притисніть його до стінок лійки. Помістіть лійку з фільтром у кільце штативу (рис. 3.3.2).

3.Фільтрування. Підставте під лійку чисту склянку і декантуйте по скляній паличці рідину на фільтр. Коли рідина над осадом буде відділена, приступіть до

промивання осаду. Для цього осад у склянці промийте декантацією 2 – 3 рази невеликими порціями (15-20 см3) промивної рідини (2-4 см3 2 М H2SO4 на 200 см3 дистильованої води). Потім новими невеликими порціями промивної рідини дуже обережно кількісно перенесіть осад на фільтр, використовуючи скляну паличку з гумовим наконечником.

4.Висушування осаду. Лійку з промитим осадом накрийте аркушем паперу, загнувши його краї до низу, зробіть маленькі отвори для прискорення видалення парів води і поставте в сушильну шафу. Не слід висушувати до кінця, оскільки сухий фільтр буде ламатися.

5.Прожарювання осаду. Підсушений осад разом із фільтром помістіть у прожарений до постійної маси та зважений на аналітичних терезах тигель, який потім обережно перенесіть з допомогою тигельних щипців в електричну муфельну піч, прожарте осад протягом 40-45 хвилин за температури 600-800°С.

6.Зважування осаду. Після прожарювання і охолодження в ексикаторі (20-40 хвилин) зважте тигель з осадом. Прожарювання і зважування осаду повторіть до постійної маси:

Форма запису:

а) маса тигля з речовиною — . . . г; б) маса порожнього тигля — . . . г; в) маса речовини m(BaSO4) — . . . г.

83

7. Розрахунок практичного вмісту (%) Барію в кристалогідраті барій хлорид – вода (½). Розрахунок проведіть з використанням значення попередньо розрахованого фактора перерахунку (аналітичного фактора) F.

а, в – стехіометричні коефіцієнти.

8. Перевірка правильності виконання аналізу. Для перевірки розрахуйте:

а) теоретичний вміст (%) Барію в кристалогідраті BaCl2·2H2O (розрахунок проведіть виходячи з молярної маси кристалогідрату) та порівняйте з практичним вмістом; б) абсолютну і відносну похибки та зробіть висновки.

3.4. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №15

Методи осадження аморфних осадів. Визначення вмісту (%) феруму в ферум(ІІІ) сульфаті

Теоретична частина

Ферум(ІІІ) осаджують при дії надлишку амоній гідроксиду і отриманий ферум(ІІІ) гідроксид Fe(OH)3 прожарюють до Fe2O3 (вагова форма).

Fe3+ + 3OH–↔ Fe(OH)3↓ to

2Fe(OH)3↓ → Fe2O3 + 3H2O

Одержаний осад ферум(ІІІ) гідроксиду є аморфним. Осаджувач – концентрований розчин амоній гідроксиду NH4OH.

Практична частина

Завдання. Одержати форму осадження та гравіметричну форму. Визначити практичний вміст (%) феруму в ферум(ІІІ) сульфаті

Обладнання та реактиви Технохімічні і аналітичні терези, бюкс, хімічна склянка (≈100 см3), мірний

циліндр, бюретка, електрична плитка, водяна баня, скляна паличка з гумовим наконечником, промивалка, дистильована вода, беззольний фільтр – “біла" або рожева стрічка” діаметром 90 мм, лійка для фільтрування, сушильна шафа, тигель, муфільна пічь, тигельні щипці, Fe2(SO4)3, NH4OHконц., НNO3конц..

Виконання роботи

1. Розрахунок теоретичної наважки Fe2(SO4)3.

Маса аморфного осаду ферум(ІІІ) гідроксиду Fe(OH)3, відповідно до даного методу, має бути приблизно 0,2-0,3 г. Осаджувач – концентрований розчин амоній гідроксиду NH4OH. Виходячи з цього розрахуйте необхідну для аналізу масу

Fe2(SO4)3.

84

2. Взяття наважки Fe2(SO4)3. Візьміть на технохімічних терезах розраховану “грубу” наважку та помістіть її в бюкс (заздалегідь вимитий, висушений, зважений)

3.Розчинення наважки Fe2(SO4)3. Кількісно перенесіть наважку в хімічний стакан місткістю ≈100 см3. Для цього треба пересипати сіль у стакан, а крупинки на

стінках бюкса змити дистильованою водою з промивалки 5-6 разів. Додайте в

склянку 0,5-1,0 см3 концентрованого розчину HNO3 та стільки дистильованої води, щоб об'єм розчину в ній не перевищував 50 см3. Присутність кислоти виключає можливість реакції гідролізу солі феруму(ІІІ) з утворенням основної солі. При цьому одержують прозорий розчин.

4.Осадження. Обережно нагрійте суміш до кипіння і приливайте по краплям

концентрований розчин NH4OH в надлишку, який можна встановити за слабким запахом амоніаку. Після встановлення, що в розчині є надлишок осаджувача, в стакан с осадом додайте 30-20 см3 гарячої дистильованої води, перемішайте і залиште суміш на 3-5 хв. Перевірте на повноту осадження додаванням 1-2 краплі

NH4OH.

5.Вибір фільтра. Осад Fe(OH)3 – аморфний та крупнозернистий, для його фільтрування візьміть беззольний фільтр – “біла або рожева стрічка” діаметром 90 мм. Лійка для нього повинна мати діаметр 50-60 мм, вкладений в неї фільтр не повинен торкатися її країв на 5-10 мм. Склавши фільтр вчетверо, помістивши його в лійку і змочивши дистильованою водою, пальцями притисніть його до стінок лійки. Помістіть лійку з фільтром у кільце штативу.

6.Фільтрування. Підставте під лійку чисту склянку та спочатку злийте на

фільтр розчин над осадом, промийте осад декантацією 3-4 рази (використовуючи кожного разу по 5-10 см3 гарячої води), потім кількісно перенисіть осад на фільтр, змиваючи його невеликими порціями води. Промивають осад на фільтрі 5-8 разів

гарячою водою, в кінці промивання проводять пробу на повноту промивання (на

2-

вміст в останніх краплинах промивнних вод іонів SO4 – додають розчин ВаCl2).

7.Висушування осаду. Лійку з промитим осадом накрийте аркушем паперу, загнувши його краї до низу, зробіть маленькі отвори для прискорення видалення парів води і поставте в сушильну шафу. Не слід висушувати до кінця, оскільки сухий фільтр буде ламатися.

8.Прожарювання осаду. Підсушений осад разом із фільтром помістіть у прожарений до постійної маси та зважений на аналітичних терезах тигель, який потім обережно перенесіть з допомогою тигельних щипців в електричну муфельну піч, прожарте осад впродовж 40-45 хвилин при температурі 800-1000°С.

9.Зважування осаду. Після прожарювання і охолодження в ексикаторі (20-40 хвилин) зважте тигель з осадом. Прожарювання і зважування осаду повторіть до постійної маси:

Форма запису:

85

10. Розрахунок практичного вмісту (%) заліза в сульфаті заліза (III).

Розрахунок проведіть з використанням значення попередньо розрахованого фактора перерахунку (аналітичного фактора) F.

де а, в – стехіометричні коефіцієнти

8. Перевірка правильності виконання аналізу. Для перевірки розрахуйте:

а) теоретичний вміст (%) заліза в сульфаті заліза (III) (розрахунок проведіть виходячи з молярної маси) та порівняйте з практичним вмістом; б) абсолютну і відносну похибки та зробіть висновки.

Запитання до модульної контрольної роботи „Гравіметричний аналіз”

1.Предмет, завдання та основні закони гравіметричного аналізу.

2.Основні прилади та посуд гравіметричного аналізу.

3.Охарактеризувати метод відгонки для визначення кристалізаційної води в кристалогідратах. Привести схему визначення на конкретному прикладі.

4.Навести приклад застосування методу виділення в гравіметричному аналізі.

5.Опишіть методику та наведіть відповідні розрахунки і рівняння для визначення Аргентуму, Алюмінію та сульфат-іонів методом осадження.

6.Які осаджувачи використовуються в гравіметричному аналізі? Чому осаджувачи повинні бути леткими. Яка кількість осаджувача потрібна для осадження і чому.

7.Кристалічні та аморфні осади, умови їх одержання. Поясніть як впливає на величину кристалів температура, розведення розчинів, швидкість додавання реактивів та перемішування.

8.В наслідок чого відбувається забруднення осадів. Як запобігти забрудненню осадів.

9.З якою метою осади промивають водою з додаванням електролітів. Приведіть приклади.

10.Вкажіть гравіметричні форми таких форм осадження: СаС2О4, СаСО3, Sr3(PO4)2, Fe(OH)3, AgCl, BaSO4.

11.Напишіть формули форм осадження, придатних для гравіметричного визначення Mg2+, Ca2+, Ba2+, Zn2+, Bi2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+ іонів.

12.Розрахувати аналітичний множник F:

86

РОЗДІЛ 4. ТИТРИМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗ

Основні поняття титриметричного аналізу

Суть методів титриметричного (об’ємного) аналізу полягає у вимірюванні об’єму розчину реактиву відомої концентрації, який витрачено на взаємодію з розчином досліджуваної речовини. Кількість останньої розраховують за рівнянням хімічної реакції. Титрований розчин поступово додають до розчину, який аналізують, до тих пір, поки кількість реагенту не стане еквівалентною кількості досліджуваної речовини. Цей момент при титруванні називають точкою еквівалентності (ТЕ). Її звичайно встановлюють за допомогою речовин, які змінюють свій колір при введенні робочого розчину в еквівалентній кількості. Речовини такого типу називають індикаторами. Залежно від способу застосування вони бувають внутрішніми і зовнішніми. Внутрішні індикатори вводять безпосередньо в розчин, який титрують. У більшості випадків користуються внутрішніми індикаторами. Зовнішні − це смужки паперу, змочені розчином індикатора. У процесі титрування поблизу точки еквівалентності краплю розчину, який титрують, наносять на індикаторний папір і спостерігають за зміною його кольору. Застосування зовнішніх індикаторів менш точне.

Точність об’ємного аналізу визначається точністю виміру об’єму, який здійснюють за допомогою бюретки. Візуально можна визначити його до 0,05 см3, а за допомогою спеціальних пристроїв можна виміряти з точністю до 0,01 см3. Титрування зразків повторюють кілька (три і більше) разів; розбіжність між отриманими даними (об’єм V, що пішов на титрування) не повинна перебільшувати 0,04 см3. Для розрахунків беруть середнє арифметичне з отриманих даних. Точність об’ємного аналізу залежить також від вірного вибору індикатора. Похибка титрування, пов’язана з вибором індикатора, не повинна перевищувати похибки, пов’язаної з точністю вимірювання об’єму.

Переваги об’ємних методів аналізу:

а) можливість використання різних типів хімічних реакцій; б) швидкість проведення аналізу; в) можливість автоматизації.

Вимоги до об’ємних методів аналізу:

а) реакція між робочим розчином і визначуваною речовиною повинна відбуватись у певних стехіометричних співвідношеннях;

б) у визначуваному розчині не повинно бути інших речовин, які реагують з робочим розчином;

в) реакція між робочим розчином та розчином досліджуваної речовини повинна проходити швидко.

Залежно від типу хімічної реакції, що відбувається при титруванні, методи об’ємного аналізу поділяють на:

а) кислотно-основного титрування (нейтралізації); б) окислення – відновлення (редоксометрії); в) осадження; г) комплексоутворення.

87

Способи визначення концентрації розчинів

При розрахунках в кількісному аналізі використовують наступні терміни та поняття, які прийняті в Міжнародній системі одиниць (СІ).

Моль (n) – кількість речовини, яка містить стільки визначених умовних одиниць, скільки атомів міститься в 12 г вуглецю 12С, тобто 6,02045·1023. Умовні одиниці – молекули, іони, електрони, радикали, а також частки молекул або частки іонів.

Молярна маса (М) – це маса 1 моль речовини. Основною одиницею молярної маси є кг/моль, на практиці використовується розмірність г/моль.

Хімічний еквівалент – це реальна або умовна частина речовини, яка взаємодіє з 1 моль атомів водню або заміщує його в реакції, а також може прийняти (віддати) 1 моль електронів в окисно-відновних реакціях.

Фактор еквівалентності (fекв). – це число, яке показує яка частка реальної частинки речовини еквівалентна одному іону водню в конкретній кислотноосновній реакції або одному електрону в конкретній окисно-відновній реакції. Фактор еквівалентності може дорівнювати одиниці або бути менше одиниці та розраховується за стехіометричним рівнянням реакції. Наприклад в реакції

2HCl+Na2CO3=NaCl+H2CO3

фактор еквівалентності fекв(Na2CO3)=1/2. А в реакції

HCl+Na2CO3=NaCl+NaHCO3

фактор еквівалентності fекв(Na2CO3)=1.

Для калій манганат(VII) в кислому середовищі фактор еквівалентності fекв(KMnO4)=1/5, а в слабкокислому, нейтральному та лужному середовищі fекв(KMnO4)=1/3 відповідно іонно-електронних рівнянь:

MnO4−+8H++5e=Mn2++4H2O

MnO4−+2H2O+3e=MnO2+4OH−

Молярна маса речовини еквівалента (М(fекв(Х)Х) або МЕ) – це маса одного моль еквівалента цієї речовини, яка пов’язана з молярною масою співвідношенням:

M(fекв.( Х )Х ) = M( Х )× fекв.( Х )

Молярна концентрація речовини Х або молярність с(X), - це кількість моль розчиненої речовини в 1 літрі розчину.

де m(X) – маса розчиненої речовини Х, г; М(X) – молярна маса речовини Х, г/моль; V – об’єм розчину, дм3; n(X) – кількість моль розчиненої речовини Х.

88

Молярна концентрація речовини еквівалента (нормальна концентрація або нормальність) с(fекв.(X)Х) - показує, скільки речовини еквівалента міститься в 1 дм3 розчину. Розчин, в 1 дм3 якого розчинений 1 еквівалент речовини, називається однонормальним розчином.

де М(fекв(Х)Х) – молярна маса еквівалента речовини Х.

Титр розчину Т(Х) – це кількість грамів речовини, яка міститься в 1 см3 або 1 мл розчину.

T (X) = mV(X) , г/мл або г/см3.

Для серійних визначень зручно використовувати в розрахунках таке поняття як титр розчину за визначуваною речовиною.

Титр розчину за визначуваною речовиною Т(Х/У) – це маса визначуваної речовини, яка еквівалентна 1 см3 стандартного розчину. Наприклад, Т(HCl/NaOH) = 0,01 г/см3 означає, що 0,01 г NaOH еквівалентний 1 см3 стандартного розчину HCl.

Масова частка речовини в розчині, ω(%) − концентрація, яка визначається кількістю грамів речовини у 100 г розчину.

w = mm(X) ×100% ,

де m(Х) − маса розчиненої речовини; m − загальна маса розчину, яка складається з маси розчиненої речовини та маси розчинника:

m = (m(Х)+ m(р-ну)) або m=ρ(р-ну)·V.

Розрахунки в титриметричному аналізі

В основі всіх обчислень у титриметричних методах аналізу лежить закон еквівалентів - речовини реагують у співвідношеннях, пропорційних їхнім хімічним еквівалентам. Згідно з цим законом для реакції А+В = B+D в ТЕ:

n(fекв. (A)А ) = n(fекв. (B)В ) ,

тобто

c(fекв. (A)А )×V (A) = c(fекв. (B)В )×V (B) .

В титриметричних методах аналізу концентрацію розчинів обчислюють до четвертої значущої цифри після коми. Нулі після коми не враховуються, а лише показують на якому місці стоїть перша значуща цифра.

89

4.1. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №16

Титриметричний аналіз. Калібрування мірного посуду

Теоретична частина

Для точного вимірювання об’ємів розчинів використовують мірні колби, бюретки, піпетки, мірні циліндри. Титриметричний аналіз є дуже точним, тому посуд потребує попереднього калібрування, тобто встановлення відповідності мітки, нанесеної на заводі, дійсному об’єму вимірювального посуду.

Мірні колби − це колби з подовженими шийками малого діаметру з пришліфованими (або без них) скляними пробкам, які використовуються для приготування робочих розчинів (рис 4.1.1.). На шийці колби нанесено колову риску, яка обмежує певний об’єм. Крім того, на бічній поверхні колби позначено її місткість у мілілітрах і температуру, при якій налитий до риски розчин займає зазначений об’єм. Об’єм таких колб розрахований на вливання. Перед використанням мірні колби старанно промивають дистильованою водою Наважку речовини переносять у колбу через лійку з широкою шийкою. Лійку старанно промивають водою, наливають у колбу воду приблизно до її половини і перемішують розчин до повного розчинення речовини. Треба мати на увазі, що розчинення часто супроводжується охолодженням або нагріванням розчину. У цих випадках треба почекати, поки температура розчину зрівняється з температурою повітря. Після цього в колбу доливають воду майже до риски. Останні краплі води треба добавляти дуже обережно, поки нижній меніск рідини в колбі досягне кільцевої риски на її шийці. Для цього зручно користуватись піпеткою або крапельницею. При спостереженні рівня меніска око спостерігача повинно бути в одній горизонтальній площині з рискою колби (рис 4.1.2.). На шийці колби вище від риски не повинні затримуватись окремі краплини води. Довівши об'єм розчину до риски, колбу закривають пробкою і старанно перемішують розчин.

Мірні колби мають на шийці в більшості випадків одну риску. Колби з двома рисками на шийці калібровані на вливання та на виливання. Об'єм розчину, налитого в колбу до верхньої риски, трохи більший за номінальний, але коли цей розчин вилити з колби, то об'єм рідини, який витече з мірної колби, точно дорівнюватиме номінальному об'єму зазначеному на колбі.

90