ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
23
Лабораторная работа № 7
Бромометрия
Бромометрия (бромометрическое титрование), - метод определения восстановителей с применением в качестве реагента, взаимодействующего с определяемым веществом, раствора брома Br2.
В бромометрии используется способность свободного брома вступать в реакцию с некоторыми органическими соединениями по точному стехиометрическому уравнению без образования каких-либо побочных продуктов.
Растворы брома неустойчивы и очень токсичны, поэтому в качестве титранта не применяются. Источником брома является бромат-бромидная смесь KBrO3 +KBr , которая содержит бромат калия точно известной концентрации и примерно пятикратный избыток бромида калия.
При подкислении такой раствор выделяет свободный бром в количестве, эквивалентном взятому количеству бромата:
BrO3- + 5Br- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O
Определение содержания фенола
Метод основан на присоединении брома к молекуле фенола в кислой среде:
C6H5OH + 3Br2 = C6H2Br3OH + 3HBr
Избыток непрореагировавшего брома восстанавливают иодидом калия с образованием иода, который затем оттитровывают тиосульфатом натрия:
Br2 + 2KJ = J2 + 2KBr
J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6
Реактивы
Бромат-бромидная смесь KBrO3 +KBr, 0,05 н;
Кислота хлористоводородная, HCl, разбавление 1:1;
Тиосульфат натрия, Na2S2O3, 0,05 н раствор;
Калий иодистый, KI, кристаллический;
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
24
Крахмал, 1%-ный раствор.
Ход определения
Полученный в препараторской в мерной колбе исследуемый раствор доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. В
коническую колбу для титрования переносят аликвотную часть раствора,
добавляют 10 мл раствора соляной кислоты и постепенно приливают 25 мл бромат-бромидной смеси, закрывают пробкой и осторожно перемешивают в течение 10 мин до завершения реакции присоединения.
Затем обмывают стенки колбы дистиллированной водой из промывалки и добавляют 2 г иодида калия (2/3 пробирки). Выделившийся иод оттитровывают стандартным раствором тиосульфата натрия, добавляя перед концом титрования 5-6 капель крахмала. Точку эквивалентности определяют по обесцвечиванию раствора. Опыт повторяют 3-5 раз.
Расчетная часть
Содержание фенола определяют по формуле:
m |
|
|
N (V V ) V |
Э |
|
|
|
1 |
к |
|
ф |
||
|
|
|
|
|||
|
ф |
|
1000 |
V |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
п |
|
|
(г),
где: N - нормальность тиосульфата натрия;
V1 - объем раствора бромат-бромидной смеси, равный 25 мл;
V - средний объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование, мл;
Эф - эквивалентная масса фенола, равная молекулярной массе, деленной на 6, Эф = 15,68;
Vк, Vп - объем соответственно мерной колбы и мерной пипетки, мл.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
25
Лабораторная работа № 8
Комплексонометрическое титрование
Комплексонометрия или комплексонометрическое титрование - метод титриметрического анализа, основанный на использовании реакций комплексообразования между определяемым компонентом анализируемого раствора и титрантом.
Это метод анализа, основан на использовании реакций ионов металлов с комплексонами, сопровождающихся образованием устойчивых малодиссоциированных растворимых в воде внутрикомплексных (хелатных)
солей.
Одним из наиболее широко применяемых комплексонов является двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Nа-ЭДТА или трилон Б, сокращенно Na2H2Y).
HOOCCH2 |
CH2COOH |
|
|
N— CH2 — CH2—N |
|
|
|
NaOOCCH2 |
CH2COONa |
При титровании ЭДТА солей металлов протекают следующие реакции в заключительной стадии определения:
Na2H2Y 2Na+ + H2Y2–
Me2+(Ca2+) + H2Y2– MeY2– + 2H+
Me3+(In3+) + H2Y2– MeY- + 2H+
Me4+(Th4+) + H2Y2– MeY + 2H+
Согласно приведенным уравнениям, 1 моль реагирующих с Nа-ЭДТА
катионов, независимо от их степени окисления, связывает 1 моль Nа-
ЭДТА.
Титрование ЭДТА проводится при строго определенных условиях, из которых наибольшее значение имеет рН титруемого раствора. В
сильнокислых растворах при рН<3 образуются неустойчивые комплексные соединения. Образованию устойчивых комплексных соединений
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
26
способствует повышение значения рН. Однако в сильнощелочных растворах с рН>10 наблюдается образование комплексных оксосоединений или осадков гидроокисей определяемых катионов.
В качестве индикаторов (металл-индикаторов) используются органические красители, образующие с катионами сильно окрашенные комплексные соединения, менее стойкие.
Определение содержания кальция и магния при их совместном
присутствии
Определение основано на предварительном определении общего содержания ионов Са2+ и Мg2+ титрованием исследуемого раствора ЭДТА в присутствии индикатора эриохрома черного Т и последующем определении в отдельной пробе содержания ионов Са2+ титрованием ЭДТА в присутствии индикатора мурексида.
Реактивы
Аммиачно-буферная смесь, рН 9;
индикаторы: эриохром черный Т - раствор,
мурексид кристаллический;
Натрия гидроокись NaOH, 1 н раствор;
ЭДТА, 0,02 М раствор.
Методика определения
Полученный в препараторской в мерной колбе, исследуемый раствор доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.
После этого проводят 2 серии параллельных опытов.
1) Определение суммарного содержания Са2+ и Мg2+
В коническую колбу для титрования переносят аликвотную часть раствора, добавляют 5 мл аммиачно-буферной смеси, 10 капель эриохрома черного Т и титруют стандартным раствором ЭДТА до перехода красной окраски в синюю. Записывают объем ЭДТА, пошедший на образование
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
27
комплексов с ионами Са2+ и Мg2+. Опыт повторяют 3-5 раз и рассчитывают среднее значение (V 1 ).
2) Определение содержания Са2+
В коническую колбу для титрования переносят аликвотную часть раствора, добавляют 5 мл 1 н раствора NаОН и мурексида на кончике шпателя. Титруют стандартным раствором ЭДТА до перехода красной окраски раствора в фиолетовую. Записывают объем ЭДТА, пошедший на образование комплексов с ионами Са2+, поскольку при данных условиях комплекс с ионами Мg2+ не образуется. Опыт проводят 3-5 раз и рассчитывают среднее значение (V 2 ).
Расчетная часть
Содержание определяемых катионов рассчитывают по формулам:
|
|
|
M |
ЭДТА |
V |
2 |
V |
М |
С а |
m |
|
2 |
|
|
к |
|
|||
С а |
|
|
1000 V |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
(г)
|
|
|
M |
ЭДТА |
(V 1 |
V 2 ) V |
М |
Mg |
m |
|
2 |
|
|
к |
|
||
Mg |
|
|
1000 V |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
(г),
где: МЭДТА - молярность раствора ЭДТА;
МСа, МMg - атомные массы кальция и магния, равные соответственно 40
и 24;
Vк, Vп - объем соответственно мерной колбы и мерной пипетки, мл.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
28
Лабораторная работа № 9
Гравиметрический метод
Это метод количественного химического анализа, основанный на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей,
выделяемых в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений.
Все многочисленные гравиметрические определения можно разделить на три большие группы: методы выделения, осаждения и отгонки.
Метод осаждения
В анализе различают форму осаждения и гравиметрическую форму.
Соединение, в виде которого определяемое вещество осаждается из раствора, называют формой осаждения.
Соединение, в виде которого производят взвешивание, называют
гравиметрической формой.
2 |
Ba |
2 |
|
|
|
|
t |
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
SO |
BaSO |
4 |
|
BaSO |
4 |
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
кристаллический |
|
|
|
|||||
|
|
форма |
|
|
|
|
гравиметрическая |
|||
|
|
осаждения |
|
|
|
|
|
форма |
|
|
|
6(OH) |
|
|
|
|
|
t o |
|
|
|
2Fe3 2Fe(OH) |
3 |
Fe O |
3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
||||
|
|
аморфный |
|
|
|
|
|
|||
|
|
форма |
|
|
|
гравиметрическая |
||||
|
|
осаждения |
|
|
форма |
|
||||
В качестве формы осаждения в гравиметрическом анализе может быть использован далеко не любой осадок.
Требования к осадку:
1.Осадок должен быть малорастворим (т.е. осаждение должно быть достаточно полным.
2.Осадок должен быть чистым и легко фильтроваться.
3.Необходимо чтобы из формы осаждения легко получалась
гравиметрическая форма.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
29
Осадок должен быть крупнокристаллическим. На размер кристаллов оказывают влияние относительные скорости двух основных процессов:
1.скорость образования центров кристаллизации;
2.скорость роста кристаллов.
Скорость образования центров кристаллизации зависит от величины относительного пересыщения, которая выражается уравнением:
ОП
c
S S
,
где c - концентрация осаждаемого компонента;
S - его растворимость.
Для уменьшения числа центров кристаллизации в соответствии с формулой необходимо уменьшить c и увеличить S. Для этого перед осаждением раствор рекомендуется разбавить для уменьшения c и нагреть для увеличения S, а также ввести электролит или подкислить раствор.
Основные условия получения кристаллических осадков (например, BaSO4)
вгравиметрическом методе осаждения
1)Осаждение следует вести из разбавленного анализируемого раствора разбавленным раствором осадителя.
2)Раствор осадителя прибавляют медленно, по каплям (особенно в начале осаждения), при непрерывном осторожном перемешивании раствора.
3)Осаждение следует вести из горячего анализируемого раствора горячим раствором осадителя.
4)В некоторых случаях осаждение полезно вести в присутствии веществ
(например, небольших количеств кислоты), слегка повышающих растворимость осадка, но не образующих с ним растворимые комплексные соединения.
5) Выпавший осадок оставляют на некоторое время вместе с маточником для созревания осадка.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
30
Если в качестве осаждаемой формы образуется аморфный осадок, то его стремятся получить как можно более плотным, с тем чтобы улучшить его фильтрование и уменьшить потери при его промывании.
Условия получения аморфных осадков (например, Fe(OH)3).
1)К горячему концентрированному анализируемому раствору прибавляют горячий концентрированный раствор осадителя. В этих условиях происходит коагуляция коллоидных частиц и осадки получаются более плотными.
2)Горячий раствор осадителя прибавляют быстро, что уменьшает вероятность образования коллоидных растворов.
3)При необходимости в раствор вводят электролит-коагулятор.
4)Избегают длительного выдерживания осадка с маточным раствором.
Обычно условия осаждения (получения осаждаемой формы) подробно
регламентируются методикой анализа.
Определение содержания сульфат-иона
Задача сводится к связыванию сульфат-иона в нерастворимое соединение (сульфат бария) по реакции:
ВаСl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl,
которое затем с помощью типовых технических операций выделяется в чистом виде и количественно определяется путем взвешивания на аналитических весах.
Реактивы
Соляная кислота концентрированная, HCl.
Индикатор - нитрат серебра, AgNO3.
Хлорид бария, BaCl2 10%-ный раствор.
Ход определения Этап 1
Исследуемый раствор, полученный в препараторской в стакан емкостью 200-300 мл, разбавляют дистиллированной водой до 1/3 объема стакана и добавляют 10 капель концентрированной соляной кислоты. В
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
31
другой такой же стакан наливают 10 мл 10%-ного раствора хлорида бария и также разбавляют дистиллированной водой до 1/3 объема стакана.
Оба стакана с растворами нагревают до 70 oC и осторожно по каплям переносят раствор хлорида бария пипеткой в стакан с исследуемым раствором (не наоборот!) при постоянном перемешивании стеклянной палочкой (палочку из стакана не вынимать!). Осаждение ведут не менее
30-40 мин. Особенно медленно прибавляют первые капли осадителя.
Образовавшийся осадок необходимо оставить для созревания не менее чем на
24 часа.
Этап 2
После созревания осадок фильтруют через фильтр «синяя лента» и
количественно переносят на фильтр. Затем осадок промывают на фильтре от примесей дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ион с помощью индикатора. Стенки стакана и стеклянную палочку протирают небольшим куском фильтра, который аккуратно сворачивают и кладут в фильтр. Фильтр с осадком высушивают в сушильном шкафу или на воздухе и переносят в тигель.
Тигель должен быть предварительно прокален в муфельной печи до постоянной массы в течение 20 минут, затем его вынимают из печи тигельными щипцами и осторожно ставят в эксикатор для охлаждения (30-40
мин). Массу пустого тигля определяют на аналитических весах и записывают.
Этап 3
Высушенный фильтр с осадком помещают в доведенный до постоянной массы тигель, озоляют на газовой горелке (не допускать вспышки фильтра!), после чего в муфельной печи прокаливают до постоянной массы.
При этом для охлаждения тигля после прокаливания перед взвешиванием необходимо использовать эксикатор.
После доведения тигля до постоянной массы рассчитывают содержание сульфат-иона по формуле:
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
m |
SO |
2 |
|
4 |
|
|
|
32F (m1
m |
) |
2 |
|
,
где F - гравиметрический фактор (фактор пересчета), равный отношению молярной массы М(Х) определяемого компонента Х к молярной массе гравиметрической формы М(ГФ), умноженному на число молей n
определяемого компонента, из которого получается один моль гравиметрической формы.
F = n М(SO42–)/M(BaSO4);
m1 и m2 - массы соответственно пустого тигля и тигля с осадком после доведения до постоянной массы.