2.3.6. Определение концентрации серной кислоты и сульфата меди методом кондуктометрического титрования (работа № 17)

Цель работы: изучение метода кондуктометрического титрования; определение количества серной кислоты и сульфата меди в растворе.

Сущность метода. Способность проводить электрический ток является одним из важнейших физико-химических свойств водных растворов электролитов. Электропроводность растворов зависит от концентрации и природы присутствующих заряженных частиц, поэтому измерение электропроводности может быть использовано для количест-венного определения химического состава раствора.

Оборудование: 1) кондуктометр ОК-102/1; 2) магнитная мешалка; 3) ячейка для титрования (стакан на 300 см³); 4) три бюретки (для раство-ров H₂SO₄, CuSO₄ и NaOH); 5) цилиндр на 300 см³ – 2 шт.; 6) промывалка; 7) кристаллизатор; 8) штатив для бюреток.

Реактивы: 1) 0,01 н. раствор гидроксида натрия; 2) 0,01 н. раствор сульфата меди; 3) 0,0100 н. раствор серной кислоты (из фиксанала).

Ход работы. Приготовление раствора гидроксида натрия и его стандартизация. Взвешивают на технических весах 0,2 г NaOH и раство-ряют в 0,5 дм³ воды. Полученный ~0,01 н. раствор заливают в бюретку. Его точную концентрацию устанавливают кондуктометрическим титрованием.

В ячейку отмеряют пипеткой 5,00 см³ 0,0100 н. раствора H₂SO₄, доливают дистиллированную воду, чтобы отверстия на электроде были погружены в раствор. Включают магнитную мешалку и через 1 – 2 мин проводят измерение начальной электропроводности раствора. Содержимое ячейки титруют раствором NaOH порциями по 0,5 см³. После прибавления каждой порции перед измерением электропроводности следует выждать 1 – 2 мин. Первое титрование можно провести с повышенной скоростью, приливая по 1 см³ титранта. При последующих титрованиях вблизи точки эквивалентности порции титранта уменьшают до 0,5 см³. После точки излома определяют электропроводность еще в 4 – 5 точках. Титрование повторяют до получения трех сходящихся (т.е. отличающихся не более чем на 0,1 см³) результатов. Полученные данные заносят в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Титрование раствора серной кислоты кондуктометрическим методом (V(H₂SO₄) = 5,00 см³; С_н(H₂SO₄) = 0,0100 моль/дм³)

Титрование 1		Титрование 2		Титрование 3
V(NaOH), см3	1/R, Ом –1	V(NaOH), см3	1/R, Ом –1	V(NaOH), см3	1/R, Ом –1
…	…	…	…	…	…

Строят график зависимости электропроводности от объема раствора NaOH (рис. 2.16). По резкому перегибу на кривой находят точку эквива-лентности, определяют эквивалентный объем титранта V_экв(NaOH).

Рис. 2.16. Зависимость электропроводности раствора серной кислоты от объема прилитого раствора гидроксида натрия

Из трех параллельных определений находят среднее значение экви-валентного объема раствора гидроксида натрия и рассчитыва-ют концентрацию NaOH с точностью до четырех значащих цифр:

.

Определение концентрации раствора сульфата меди. В ячейку от-меряют из бюретки 5,00 см³ раствора сульфата меди и доливают дистилли-рованную воду до полного погружения отверстий на электроде в раствор. Содержимое ячейки титруют раствором гидроксида натрия, концентрация которого теперь известна, порциями по 0,5 см³. Анализ выполняется так же, как титрование раствора серной кислоты. Определение повторяют до получения трех сходящихся результатов. Полученные данные заносят в таблицу, аналогичную табл. 2.6. Вычерчивают кривую кондуктометричес-кого титрования (рис. 2.17), по графику определяют точку эквивалент-ности. По трем параллельным определениям находят среднее значение эквивалентного объема раствора гидроксида натрия и концен-трацию раствора сульфата меди с точностью до четырех значащих цифр:

Рис. 2.17. Зависимость электропроводности раствора сульфата меди от объема прилитого раствора гидроксида натрия

Учебная задача. Для проверки правильности работы выполнить титрование смеси известного состава. В ячейку отбирают из бюретки произвольные объемы растворов серной кислоты и сульфата меди. Значения записывают в тетрадь (например, 4,30 см³ раствора H₂SO₄ и 6,50 см³ раствора CuSO₄). Приготовленную смесь титруют раствором NaOH до получения трех сходящихся результатов. Полученные данные заносят в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Титрование раствора серной кислоты и сульфата меди кондуктометрическим методом

(V(H₂SO₄) = 4,30 см³; V(CuSO₄) = 6,50 см³;

С_н(H₂SO₄) = 0,0100 моль/дм³; С_н(CuSO₄) = … моль/дм³)

Титрование 1		Титрование 2		Титрование 3
V(NaOH), см3	1/R, Ом –1	V(NaOH), см3	1/R, Ом –1	V(NaOH), см3	1/R, Ом –1
…	…	…	…	…	…

Вычерчивают кривую кондуктометрического титрования (рис. 2.18). По графику определяют две точки эквивалентности. По трем параллель-ным определениям находят средние значения эквивалентных объемов раствора гидроксида натрия, израсходованные на титрование соответ-ственно H₂SO₄ V₁(NaOH) и CuSO₄ V₂(NaOH).

Рис. 2.18. Кривая кондуктометрического титрования

раствора серной кислоты и сульфата меди

Поскольку до первой точки эквивалентности титруется только серная кислота, то

V₁(NaOH) = V_экв1

После первой точки эквивалентности c гидроксидом натрия реагирует сульфат меди, поэтому

V₂(NaOH) = V_экв2 – V_экв1

Рассчитывают исходные объемы растворов серной кислоты и сульфата меди с точностью до четырех значащих цифр:

Если экспериментально найденные значения объемов растворов H₂SO₄ и CuSO₄ совпадают с исходными (допустима относительная ошибка 0,2 – 0,3%), то можно приступить к контрольной задаче.

Контрольная задача. Исследуемый раствор количественно перено-сят в ячейку, добавляют воду и титруют точно так же, как в учебной задаче. Заполняют таблицу, аналогичную табл. 2.7. Строят график зависи-мости электропроводности от объема прилитого раствора гидроксида натрия. Находят точки эквивалентности и рассчитывают объемы растворов серной кислоты и сульфата меди, взятых для приготовления задачи.

Вычисляют массы серной кислоты и сульфата меди в задаче:

;

,

где М_экв(H₂SO₄) и M_экв(CuSO₄) – молярные массы эквивалентов соответ-ственно серной кислоты и сульфата меди, г/моль (фактор эквивалентности для каждого из веществ равен ½). По результатам трех параллельных определений рассчитать среднеквадратичную ошибку и доверительный интервал для полученных величин (доверительная вероятность 95%).

Порядок работы на кондуктометре ОК-102/1 (см. с. 94).

Задание

1. Построить кривые титрования, найти точки эквивалентности, определить для каждого титрования эквивалентные объемы (см. приложе-ние 3).

2. Рассчитать концентрацию раствора гидроксида натрия.

3. Рассчитать концентрацию раствора сульфата меди.

4. Определить объемы стандартных растворов серной кислоты и суль-фата меди в контрольной задаче.

5. Вычислить массу H₂SO₄ и CuSO₄ в контрольной задаче.

6. При наличии нескольких параллельных измерений проводят ста-тистическую обработку результатов анализа: рассчитывают среднее арифметическое значение, среднеквадратичную ошибку, доверительный интервал, относительную ошибку определения (см. приложение 2).

Контрольные вопросы (см. также вопросы к работе № 16).

1. Можно ли по виду кривых кондуктометрического титрования с участием сильной кислоты и сильного основания, записанных для одних и тех же растворов в одинаковых условиях, определить порядок сливания реагентов?

2. Объясните ход кривой кондуктометрического титрования смеси ионов Ni²⁺ и Са²⁺ раствором этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Как по кривой титрования определить объемы раствора ЭДТА, необходи-мые для расчета концентрации ионов никеля и кальция?

3. Обсудите влияние разбавления титруемого раствора титрантом на результаты химического анализа, проведенного методом кондуктометри-ческого титрования.

Литература

1. Худякова, Т.А. Теория и практика кондуктометрического и хро-нокондуктометрического анализа / Т.А. Худякова, А.П. Крешков. М., 1976.

2. Грилихес, М.С. Кондуктометрия, контактная кондуктометрия / М.С. Грилихес, Б. Филановский. Л., 1980.