Часть 2. Определение количественного состава веществ

Цель работы

Изучение количественных методов определения состава веществ.

Оборудование и реактивы

Бюретки, воронки, колбы, штатив.

Растворы жесткой воды, серная кислота H₂SO₄ (2 н.); титрованные растворы: гидроксид натрия NаOH (0,02 н), соляная кислота HCl (0,1 н.), перманганат калия KMnO₄ (0,02 н.), соль Мора (NH₄)₂SO₄∙FeSO₄∙6H₂O (0,01 н. или 0,02 н.); индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Метод нейтрализации. Определение концентрации кислоты

Заполните через воронку, закрепленную в штативе бюретку (вместе с наконечником) титрованным 0,02 н. раство­ром NaOH. Установите уровень жидкости в бюретке на нулевом делении и снимите воронку. Наберите пипеткой 10 мл исследуемого (0,1 н.) раствора HCl, перенесите его в чистую коническую колбу, добавьте в него 2–3 капли рас­твора фенолфталеина. Подведите колбу с раствором кислоты под наконеч­ник бюретки и подложите под нее лист белой бумаги.

Произведите титрование, приливая к кислоте по каплям и при постоян­ном перемешивании титрованный раствор щелочи из бюретки до тех пор, пока не появится не исчезающее при взбалтывании бледно-розовое окрашивание. Изменение окраски индикатора указывает на окончание реакции.

Отметьте объем щелочи, пошедшей на титрование. Титрование повторите три раза, начиная всегда отсчет объема щелочи с нулевого деления. Результаты титрований запишите по схеме:

Титрование	Объем взятого раствора кислоты, мл	Объем титрованного раствора щелочи, мл	Среднее значение объема щелочи, мл
Первое	10,0
Второе	10,0
Третье	10,0

Вычислите нормальность и титр раствора соляной кислоты, использую для расчетов формулы: V₁ / V₂ = Н₂ / Н₁ и Т_к = Н_к ∙М_Эк / 1000, где V₁ и V₂ – объемы (мл), затраченных на реакцию растворов, Н₁ и Н₂ – их нормальности (моль/л); Т_к, Н_к и М_Эк – титр, нормальность и молярная масса эквивалента кислоты соответственно.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Метод нейтрализации. Определение карбонатной жесткости воды

Наполните бюретку титрованным 0,1 н. раствором HCl. Отмерьте 100 мл жесткой воды и перелейте ее в колбу для титрования, добавив туда 2–3 капли раствора метилового оранжевого.

Приливайте к жесткой воде (по каплям) титрованный раствор HCl до тех пор, пока от прибавления одной капли кислоты окраска не изменится от бледно-желтой до бледно-розовой. Изменение окраски указывает на момент достижения реакции:

Са(НСО₃)₂ + НСl → ____________________________________________________

Отметьте объем кислоты, потраченной на титрование. Повторите титрование три раза. Результаты титрований запишите по схеме:

Титрование	Объем взятой жесткой воды, мл	Объем титрованного раствора НСl, мл	Среднее значение объема раствора НСl, мл
Первое	100,0
Второе	100,0
Третье	100,0

Вычислите нормальность (моль/л) образца жесткой воды по формуле:

Н_жест.в. = V_к ∙ Н_к / V_жест.в., где Н_жест.в. – нормальность образца воды (т.е. масса, соответствующая эквиваленту Са(НСО₃)₂ в 1 л воды), V_к и Н_к – объем (мл) и нормальность кислоты, затраченной на титрование жесткой воды, V_жест.в. – объем (мл) титрованного образца воды.

________________________________________________________________________________

Расчет карбонатной жесткости: Ж = Н_жест.в. ∙ 1000, где Ж – жесткость образца жесткой воды, Н_жест.в. – нормальность образца воды.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Перманганатометрия. Определение содержания железа в соли Мора

Налейте в мерную колбу на 250 мл 0,01 н. (или 0,02 н.) раствор соли Мора (NH₄)₂SO₄∙FeSO₄∙6H₂O, долейте колбу дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте. Наберите пипеткой 25 мл раствора, перенесите его в колбу для титрования и подкислите 10–12 мл 2 н. раствора H₂SO₄.

Наполните бюретку титрованным (0,02 н) раствором KMnO₄ и тит­руйте, добавляя его к подкисленному раствору соли Мора (по каплям при пере­мешивании) до появления бледно-розового окраши­вания, не пропадающего 1–2 мин., означающее, что весь восстановитель окислен:

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ →

________________________________________________________________________________

Повторите титрование три раза. Результаты титрований запишите по схеме:

Титрование	Объем взятого раствора соли Мора, мл	Объем титрованного раствора KMnO4, мл	Среднее значение объема раствора НСl, мл
Первое	25,0
Второе	25,0
Третье	25,0

Вычислите: 1) концентрацию FeSO₄ в растворе соли Мора (см. опыт № 2);

________________________________________________________________________________

2) число граммов железа в 250 мл раствора соли Мора по формуле:

Х = Аr(Fе) ∙ Н(FeSO₄) ∙ Vр(FeSO₄), где Х – это число граммов железа, Аr(Fе) – относительная атомная масса же­леза, Н(FeSO₄) – нормальность раствора FeSO₄ (в моль/л), Vр(FeSO₄) – использованный объем (в л) раствора сульфата железа.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Сколько хлороводородной кислоты (пл. 1,19 г/мл) потребуется для получения 1,5 л 0,2 н. раствора?

2. Можно ли определить в какой из пробирок находятся растворы нитрата алю­миния и гидроксида калия, не пользуясь другими реактивами? Написать уравнения?

3. С помощью какого одного реактива можно определить следующие соли: Na₂CO₃, Na₂SO₃, NaNO₃. Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

4. Можно ли ион Cr³⁺ окислить в ион Cr₂O₇^2–, действуя ионом NO₃^–, что последний перешел в NO?

5. Вычислить произведение растворимости хромата серебра, зная, что в 100 мл на­сыщенного раствора содержится 0,002156 г хромата серебра.

6. Осуществить превращения по схеме и назвать вещества:

Ni → Ni(NO₃)₂ → Ni(OH)₂ → (NiOH)₂SO₄ → Ni₂SO₄ → NiHSO₄

7. Рассчитать объем воды и массу MgSO₄∙7H₂O для приготовления 440 г раствора с массовой долей растворенного вещества MgSO₄ 8%.

8. Закончить уравнения реакций: a) B + HNO₃(конц.) →

б) KI + H₂O₂ + H₂SO₄ →

в) KOH + P₂O₅ →

9. Составить уравнения химических реакций термического разложения NH₄NO₂ и NH₄NO₃, NH₄Cl.

10. Осуществить превращения по схеме и назвать вещества:

Al(OH)₃ → Na₃[Al(OH)₆] → Al(OH)₃ → Al₂O₃ → Al₂(SO₄)₃

11. При сгорании технической серы массой 10 г выделился газ, который поглотили 300 г раствора NaOH массовой долей 8%. Рассчитать массовую долю серы в исходном образце.

12. Закончить уравнения реакций: a) Al + NaOH + H₂O →

б) Fe(OH)₂ + H₂O₂ →

в) FeSO₄ + O₂ + H₂O →

13. Чем объясняется факт, что нерастворимые в воде PbCl₂ и Pb(OH)₂ растворяются соответственно в избытке конц. хлороводородной кислоты и щелочи? Написать соответствующие уравнения реакций.

14. Осуществить превращения по схеме и назвать вещества:

Al(OH)₃ → Na₃[Al(OH)₆] → AlCl₃ → Al → NaAlO₂

15. Через раствор, содержащий 80 г NaOH, было пропущено 160 г оксида серы (IV). Какая соль и какой массы образовалась?

16. Закончить уравнения реакций: a) P + HNO₃(конц.) →

б) PbO₂ + H₂O₂ →

в) NO₂ + Ba(OH)₂ →

17. Осуществить превращения по схеме и назвать вещества:

Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe(OH)SO₄ → Fe₂(SO₄)₃

18. К раствору массой 250 г с массовой долей растворенного вещества 32% прилили 250 мл воды. Рассчитать массовую долю растворенного вещества в растворе.

19. Закончить уравнения реакций: a) KMnO₄ + HCl →

б) FeS₂ + O₂ →

в) P + Mg →

20. С помощью уравнений реакций описать следующие процессы. На сплав Pd–Pt подействовали азотной кислотой. Образовавшийся раствор отфильтровали, а нерастворившийся осадок растворили в царской водке.

Пример. При нагревании смеси нитратов натрия и свинца образовался оксид свинца (II) массой 22,3 г и выделились газы объемом 6,72 л (н.у.). Рассчитайте массу смеси исходных веществ.

Решение

Дано: m(PbO) = 22.3 г V(газов) = 6,72 л m(смеси) – ?

Решение: t 1) 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑ 2) 2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2↑ + O2↑ M(NaNO3) = 85 г/моль, M(Pb(NO3)2) = 332 г/моль M(PbO) = 223 г/моль υ (PbO) =22,3 / 223 =0,1 моль, υ (газов) = 6,72 / 22,4 = 0,3 моль, υ(Pb(NO3)2) = 0,1 моль или 0,1 • 332 = 33,2 г, υ(NO2 и O2) = 0,20 + 0,05 = 0,25 моль, υ (O2) = 0,30 – 0,25 = 0,05 моль, υ(O2) = 6,72/22,4 = 0,30 моль Следовательно, в состав смеси входит 2 • 0,05 = 0,1 моль NaNO3 или 0,1 • 85 = 8,5 г Общая масса смеси составит 33,2 + 8,5 = 41,7 г Ответ: m(смеси) = 41,7 г

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________