ВходЗнакомства для тайных встреч. Тайные знакомства для женатых мужчин. Женщины для свободных отношений без обязательств. Где лучше встречаться
Введение
Лабораторный практикум выполняется после изучения теоретического курса «Аналитическая химия и ФХМА» и служит для закрепления и углубления полученных знаний.
Задачей количественного анализа является определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте . В этом курсе рассматриваются основные методы титриметрического (объемного) анализа, способы титрования и их практическое применение.
Прежде чем приступить к выполнению лабораторного практикума, студенты проходят инструктаж по технике безопасности. Перед выполнением каждой работы студент должен сдать коллоквиум по разделам, указанным преподавателем, а также по методике проведения анализа. Для этого необходимо:
1) повторить соответствующий раздел курса;
2) подробно ознакомиться с методикой проведения работы;
3) составить уравнения химических реакций, лежащих в основе проводимого химического анализа;
4) изучить особенности проведения анализа с точки зрения техники безопасности.
По результатам работы студенты составляют отчёт, в котором должны быть указаны:
· название работы;
· цель работы;
· теоретические основы метода: сущность метода, основное уравнение, расчеты и построение кривых титрования, выбор индикатора;
· реактивы и оборудование, используемые в ходе проведения работы;
· методика анализа:
Приготовление первичных стандартов;
Приготовление и стандартизация рабочего раствора;
Определение содержания исследуемого вещества в растворе;
· экспериментальные данные;
· статистическая обработка результатов анализа;
· выводы.
ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Титриметрический метод анализа основан на измерении объема реагента точно известной концентрации (титранта), затраченного на химическую реакцию с определяемым веществом.
Процедура определения (титрование) состоит в том, что к точно известному объему раствора определяемого вещества с неизвестной концентрацией из бюретки по каплям добавляют титрант, до наступления точки эквивалентности.
где X – определяемое вещество; R – титрант, P – продукт реакции.
Точка эквивалентности (т.э.) – это теоретическое состояние раствора, наступающее в момент добавления эквивалентного количества титранта R к определяемому веществу X . На практике титрант добавляют к определяемому веществу до достижения конечной точкой титрования (к.т.т.), под которой понимают при визуальной индикации точки эквивалентности момент изменения окраски индикатора, добавленного в раствор. Кроме визуальной индикации точка эквивалентности может быть зарегистрирована инструментальными способами. В этом случае под конечной точкой титрования (к.т.т.) понимают момент резкого изменения физической величины, измеряемой в процессе титрования (сила тока, потенциал, электропроводность и т. д.).
В титриметрическом методе анализа используются следующие типы химических реакций: реакции нейтрализации, реакции окисления-восстановления, реакции осаждения и реакции комплексообразования.
В зависимости от типа применяемой химической реакции различают следующие методы титриметрического анализа:
– кислотно-основное титрование;
– осадительное титрование;
– комплексонометрическое титрование или комплексонометрия;
– окислительно-восстановительное титрование или редоксиметрия.
К реакциям, применяемым в титриметрическом методе анализа, предъявляют следующие требования:
· реакция должна протекать в стехиометрических соотношениях, без побочных реакций;
· реакция должна протекать практически необратимо (≥ 99,9 %), константа равновесия реакции К р >10 6 , образующиеся осадки должны иметь растворимость S < 10 -5 моль/дм 3 , а образующиеся комплексы – К уст > 10 -6 ;
· реакция должна протекать с достаточно большой скоростью;
· реакция должна протекать при комнатной температуре;
· точка эквивалентности должна фиксироваться четко и надежно каким-либо способом.
Способы титрования
В любом методе титриметрического анализа существует несколько способов титрования. Различают прямое титрование, обратное титрование и титрование по замещению .
Прямое титрование – к раствору определяемого вещества добавляют по каплям титрант до достижения точки эквивалентности.
Схема титрования: X + R = P .
Закон эквивалентов для прямого титрования:
C (1/ z) Х V Х = C (1/ z) R V R . (2)
Количество (массу) определяемого вещества, содержащееся в исследуемом растворе, вычисляют, используя закон эквивалентов (для прямого титрования)
m Х = C (1/z)R V R M (1/z) Х ٠10 -3 , (3)
где C (1/ z) R – молярная концентрация эквивалента титранта, моль/дм 3 ;
V R – объем титранта, см 3 ;
M (1/ z ) Х – молярная масса эквивалента определяемого вещества;
C (1/ z) Х – молярная концентрация эквивалента определяемого вещества, моль/дм 3 ;
V Х – объем определяемого вещества, см 3 .
Обратное титрование
– используют два титранта. Сначала
к анализируемому раствору добавляют точный объем первого титранта (R 1
), взятый в избытке. Остаток непрореагировавшего титранта R 1 оттитровывают вторым титрантом (R 2
). Количество титранта R 1
, израсходованного
на взаимодействие с анализируемым веществом (Х
) определяют по разности между добавленным объемом титранта R 1
(V 1
) и объемом титранта R 2
(V 2
) затраченного на титрование остатка титранта R 1
.
Схема титрования: X + R 1 фиксированный избыток = P 1 (R 1 остаток).
R 1 остаток + R 2 = P 2 .
При использовании обратного титрования закон эквивалентов записывается следующим образом:
Массу определяемого вещества в случае обратного титрования вычисляют по формуле
Способ обратного титрования применяется в тех случаях, когда для прямой реакции невозможно подобрать подходящий индикатор или она протекает с кинетическими затруднениями (низкая скорость химической реакции).
Титрование по замещению (косвенное титрование) – применяют в тех случаях, когда прямое или обратное титрование определяемого вещества невозможно или вызывает затруднения либо отсутствует подходящий индикатор.
К определяемому веществу Х добавляют какой-либо реагент А в избытке, при взаимодействии с которым выделяется эквивалентное количество вещества Р . Затем продукт реакции Р оттитровывают подходящим титрантом R .
Схема титрования: X + А избыток = P 1.
P 1 + R = P 2.
Закон эквивалентов для титрования по замещению записывают следующим образом:
Так как число эквивалентов определяемого вещества Х и продукта реакции Р одинаковы, расчет массы определяемого вещества в случае косвенного титрования вычисляют по формуле
m Х = C (1/z) R V R M (1/z) Х ٠10 -3 . (7)
Реактивы
1. Янтарная кислота Н 2 С 4 Н 4 О 4 (х.ч.) – первичный стандарт.
2. Раствор гидроксида натрия NaOH с молярной концентрацией
~2,5 моль/дм 3
3. Н 2 О дистиллированная.
Оборудование студенты описывают самостоятельно.
Ход выполнения работы:
1. Приготовление первичного стандарта янтарной кислоты HOOCCH 2 CH 2 COOH.
Янтарную кислоту готовят объемом 200,00 см 3 с молярной концентрацией эквивалента 
моль/дм 3 .
г/моль.
Уравнение реакции:
Взятие навески (взвешивание):
Масса навески
Навеску количественно
переносят в мерную колбу (
см 3), добавляют 50 – 70 см 3 дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения янтарной кислоты, доводят до метки дистиллированной водой
и тщательно перемешивают.
рассчитывают
по формуле
Реактивы
1. Карбонат натрия Na 2 CO 3 (х.ч.) – первичный стандарт.
2. Н 2 О дистиллированная.
3. Хлороводородная кислота НСl концентрации 1:1 (r=1,095 г/см 3).
4. Кислотно-основной индикатор (выбирают по кривой титрования).
5. Смешанный индикатор – метиловый оранжевый и метиленовый синий.
Ход выполнения работы:
1. Приготовление первичного стандарта карбоната натрия (Na 2 CO 3).
Раствор карбоната натрия готовят объёмом 200,00 см 3 с молярной концентрацией эквивалента 
моль/дм 3 .
Расчет массы навески, г: (масса берется с точностью до четвертого знака после запятой).
Уравнения реакции:
1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl
2) NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2
_____________________________________
Na 2 CO 3 +2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2
H 2 CO 3 – слабая кислота (K a1 = 10 -6,35 , K a2 = 10 -10,32).
Взятие навески (взвешивание):
Масса часового стекла (стакана)
Масса часового стекла (стакана) с навеской
Масса навески
Навеску количественно
переносят в мерную колбу ( см 3), добавляют 50 – 70 см 3 дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения карбоната натрия, доводят до метки дистиллированной водой
и тщательно перемешивают.
Фактическую концентрацию первичного стандарта
рассчитывают
по формуле
2. Приготовление и стандартизация титранта (раствора HCl)
Раствор хлороводородной кислоты готовят объемом примерно 500 см 3
с молярной концентрацией эквивалента примерно 0,05÷0,06 моль/дм 3)
Титрант – раствор хлороводородной кислоты приблизительной концентрацией 0,05 моль/дм 3 готовят из хлороводородной кислоты, разбавленной 1:1 (r=1,095 г/см 3).
Стандартизацию раствора HCl проводят по первичному стандарту Na 2 CO 3 прямым титрованием, способом пипетирования.
Индикатор выбирают по кривой титрования карбоната натрия хлороводородной кислотой (рис. 4).
Рис. 4. Кривая титрования 100,00 см 3 раствора Na 2 CO 3 с С = 0,1000 моль/дм 3 раствором HCl с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3
При титровании до второй точки эквивалентности используют индикатор метиловый оранжевый, 0,1%-ный водный раствор (рТ = 4,0). Изменение окраски от желтой до оранжевой (цвет «чайной розы»). Интервал перехода
(рН = 3,1 – 4,4) .
Схема 3. Стандартизация раствора HCl
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту 25,00 см 3 стандартного раствора Na 2 CO 3 (пипеткой), добавляют 2 – 3 капли метилового оранжевого, разбавляют водой до 50 – 75 см 3 и титруют раствором хлороводородной кислоты до перехода окраски из желтой в цвет «чайной розы» от одной капли титранта. Титрование проводят в присутствии «свидетеля» (исходный раствор Na 2 CO 3 с индикатором). Результаты титрования заносят в табл. 4. Концентрацию хлороводородной кислоты определяют по закону эквивалентов: .
Таблица 4
Результаты стандартизации раствора соляной кислоты
Задачи
1. Сформулируйте понятие эквивалента в кислотно-основных реакциях . Вычислите величину эквивалентов соды и фосфорной кислоты в следующих реакциях:
Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 +NaCl
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O
H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O
H 3 PO 4 + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + H 2 O
H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O
2. Напишите уравнения реакций между соляной кислотой, серной кислотой, гидроксидом натрия, гидроксидом алюминия, карбонатом натрия, гидрокарбонатом калия и рассчитайте эквивалентную массу этих веществ.
3. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 гидроксидом натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 . Выберите возможные индикаторы
4. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 акриловой кислоты (CH 2 =CHCOOH, pK a
= 4,26) с молярной концентрацией эквивалента
0,1 моль/дм 3 гидроксидом натрия с молярной концентрацией эквивалента
0,1 моль/дм 3 . Как изменяется состав раствора в процессе титрования? Выберите возможные индикаторы и рассчитайте индикаторную погрешность титрования.
5. Постройте кривую титрования гидразина (N 2 H 4 +H 2 O, pK b
= 6,03)
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 соляной кислотой
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 . В чем сходство
и различие расчетов рН и кривой титрования в сравнении с кривой титрования слабой кислоты щелочью? Выберите возможные индикаторы
и рассчитайте индикаторную погрешность титрования.
6. Вычислите коэффициенты активности и активные концентрации ионов
в 0,001 М растворе сульфата алюминия, 0,05 М карбоната натрия, 0,1 М хлорида калия.
7. Вычислите рН 0,20 М раствора метиламина, если его ионизация в водном растворе описывается уравнением
В + Н 2 О = ВН + + ОН - , К b = 4,6 ×10 - 3 , где В – основание.
8. Вычислить константу диссоциации хлорноватистой кислоты HOCl, если 1,99 × 10 - 2 М раствор имеет рН = 4,5.
9. Вычислите рН раствора, содержащего 6,1 г/моль гликолевой кислоты (СH 2 (OH)COOH, К а = 1,5 × 10 - 4).
10. Вычислите рН раствора, полученного смешением 40 мл 0,015 М раствора хлороводородной кислоты с:
а) 40 мл воды;
б) 20 мл 0,02 М раствора гидроксида натрия;
в) 20 мл 0,02 М раствора гидроксида бария;
г) 40 мл 0,01 М раствора хлорноватистой кислоты, К а =5,0 × 10 - 8 .
11. Вычислите концентрацию ацетат-иона в растворе уксусной кислоты
c массовой долей 0,1 %.
12. Вычислите концентрацию иона аммония в растворе аммиака c массовой долей 0,1 %.
13. Рассчитайте массу навески карбоната натрия, необходимую для приготовления 250,00 мл 0,5000 М раствора .
14. Рассчитайте объем раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 11 моль/л и объем воды, которые необходимо взять для приготовления 500 мл 0,5 М раствора соляной кислоты.
15. В 300 мл 0,3 %-ного раствора хлороводородной кислоты растворили 0,15 г металлического магния. Вычислите молярную концентрацию ионов водорода, магния и хлора в полученном растворе.
16. При смешении 25,00 мл раствора серной кислоты с раствором хлорида бария получено 0,2917 г сернокислого бария. Определите титр раствора серной кислоты.
17. Вычислить массу карбоната кальция, вступившего в реакцию
с 80,5 ммоль хлороводородной кислоты.
18. Сколько граммов однозамещенного фосфата натрия надо добавить
к 25,0 мл 0,15 М раствора гидроксида натрия, чтобы получить раствор с рН=7? Для фосфорной кислоты pK а1
= 2,15; pK а2
= 7,21; pK а3 =
12,36.
19. На титрование 1,0000 г дымящейся серной кислоты, тщательно разбавленной водой, расходуется 43,70 мл 0,4982 М раствора гидроксида натрия. Известно, что дымящаяся серная кислота содержит серный ангидрид, растворенный в безводной серной кислоте. Вычислить массовую долю серного ангидрида в дымящей серной кислоте.
20. Абсолютная погрешность измерения объема с помощью бюретки составляет 0,05 мл. Рассчитать относительную погрешность измерения объемов в 1; 10 и 20 мл.
21. В мерной колбе вместимостью 500,00 мл приготовлен раствор
из навески 2,5000 г карбоната натрия. Вычислить:
а) молярную концентрацию раствора;
б) молярную концентрацию эквивалента (½ Na 2 CO 3);
в) титр раствора;
г) титр по соляной кислоте.
22. Какой объем 10 %-ного раствора карбоната натрия плотностью
1,105 г/см 3 нужно взять для приготовления:
а) 1 л раствора с титром ТNa 2 CO 3 = 0,005000 г/см 3 ;
б) 1 л раствора с ТNa 2 CO 3 /HCl = 0,003000 г/см 3 ?
23. Какой объем соляной кислоты с массовой долей 38,32 % и плотностью 1,19 г/см 3 следует взять для приготовления 1500 мл 0,2 М раствора?
24. Какой объем воды нужно добавить к 1,2 л 0,25 М HCl, чтобы приготовить 0,2 М раствор?
25. Из 100 г технического гидроксида натрия, содержащего 3 % карбоната натрия и 7 % индифферентных примесей, приготовили 1л раствора. Вычислить молярную концентрацию и титр по соляной кислоте полученного щелочного раствора, считая, что карбонат натрия титруется до угольной кислоты.
26. Имеется образец, в котором может содержаться NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 или смесь названных соединений массой 0,2800 г. Пробу растворили в воде.
На титрование полученного раствора в присутствии фенолфталеина расходуется 5,15 мл, а в присутствии метилового оранжевого – 21,45 мл соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1520 моль/л. Определить состав образца и массовые доли компонентов в образце.
27. Постройте кривую титрования 100,00 см 3 0,1000 М раствора аммиака 0,1000 М раствором соляной кислоты, обоснуйте выбор индикатора.
28. Вычислите рН точки эквивалентности, начала и конца титрования 100,00 см 3 0,1000 М раствора малоновой кислоты (HOOCCH 2 COOH) 0,1000 М раствором гидроксида натрия (рК а 1 =1,38; рК а 2 =5,68).
29. На титрование 25,00 см 3 раствора карбоната натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,05123 моль/дм 3 пошло 32,10 см 3 соляной кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.
30. Сколько мл 0,1 М раствора хлорида аммония необходимо добавить
к 50,00 мл 0,1 М раствора аммиака, чтобы получился буферный раствор
с рН=9,3.
31. Смесь серной и фосфорной кислот перенесли в мерную колбу объемом 250,00 см 3 . Для титрования взяли две пробы по 20,00 см 3 , одну оттитровали раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента
0,09940 моль/дм 3 с индикатором метилоранжем, а вторую с фенолфталеином. Расход гидроксида натрия в первом случае составил 20,50 см 3 , а во втором 36,85 см 3 . Определите массы серной и фосфорной кислот в смеси.
В комплексонометрии
До точки эквивалентности =(C M V M – C ЭДТА V ЭДТА)/(V М +V ЭДТА). (21)
В точке эквивалентности = 
. (22)
После точки эквивалентности = 
. (23)
На рис. 9 показаны кривые титрования иона кальция в буферных растворах с различными значениями рН. Видно, что титрование Са 2+ возможно только при рН ³ 8.
Реактивы
2. Н 2 О дистиллированная.
3. Стандартный раствор Mg (II) с молярной концентрацией
0,0250 моль/дм 3 .
4. Аммиачный буфер с рН = 9,5.
5. Раствор гидроксида калия КОН с массовой долей 5%.
6. Эриохром черный Т, индикаторная смесь.
7. Калькон, индикаторная смесь.
Теоретические основы метода:
Метод основан на взаимодействии ионов Са 2+ и Мg 2+ с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na 2 H 2 Y 2 или Na-ЭДТА) с образованием прочных комплексов в молярном отношении M:L=1:1 в определённом интервале рН.
Для фиксирования точки эквивалентности при определении Са 2+ и Мg 2+ используют калькон и эриохром черный Т.
Определение Са 2+ проводят при рН ≈ 12, при этом Mg 2+ находится
в растворе в виде осадка гидроксида магния и не титруется ЭДТА.
Mg 2+ + 2OH - = Mg(OH) 2 ↓
Са 2+ + Y 4- « CaY 2-
При рН ≈ 10 (аммиачный буферный раствор) Мg 2+ и Са 2+ находятся
в растворе в виде ионов и при добавлении ЭДТА титруются совместно.
Ca 2+ + HY 3- « CaY 2- + H +
Mg 2+ + HY 3- « MgY 2- +H +
Для определения объема ЭДТА, затраченного на титрование Mg 2+ ,
из суммарного объёма, пошедшего на титрование смеси при рН ≈ 10, вычитают объём, пошедший на титрование Са 2+ при рН ≈ 12.
Для создания рН ≈ 12 применяют 5% – ный раствор KOH, для создания
рН ≈ 10 используют аммиачный буферный раствор (NH 3 ×H 2 O + NH 4 Cl).
Ход выполнения работы:
1. Стандартизация титранта – раствора ЭДТА (Na 2 H 2 Y)
Раствор ЭДТА готовят приблизительной концентрации 0,025 М
из ≈ 0,05 М раствора, разбавляя его дистиллированной водой в 2 раза. Для стандартизации ЭДТА применяют стандартный раствор MgSO 4
c концентрацией 0,02500 моль/дм 3 .
Схема 5. Стандартизация титранта – раствора ЭДТА
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают 20,00 cм 3 стандартного раствора MgSO 4 c концентрацией 0,02500 моль/дм 3 , добавляют ~ 70 см 3 дистиллированной воды, ~ 10 см 3 аммиачного буферного раствора с рН ~ 9,5 – 10 и вносят индикатор эриохром чёрный Т около 0,05 г
(на кончике шпателя). При этом раствор окрашивается в винно-красный цвет. Раствор в колбе медленно титрируют раствором ЭДТА до перехода окраски из винно-красной в зелёную. Результаты титрования заносят в табл. 6. Концентрацию ЭДТА определяют по закону эквивалентов: 
.
Таблица 6
Результаты стандартизации раствора ЭДТА
2. Определение содержания Са 2+
Кривые титрования Са 2+ раствором ЭДТА при рН=10 и рН=12 строят самостоятельно.
Раствор задачи в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.
Схема 6. Определение содержания Са 2+ в растворе
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту исследуемого раствора 25,00 см 3 , содержащую кальций и магний, добавляют ~ 60 см 3 воды, ~ 10 см 3 5% – ного раствора КОН. После выпадения аморфного осадка Mg(OH) 2 ↓ в раствор вносят индикатор калькон около 0,05 г (на кончике шпателя) и медленно титруют раствором ЭДТА до перехода окраски из розовой в бледно-голубую. Результаты титрования (V
1) заносят в табл.7.
Таблица 7
| № опыта | Объем ЭДТА, см 3 | Содержание Са 2+ в растворе, г | |
| 25,00 |  |
||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 |
3. Определение содержания Mg 2+
Кривую титрования Mg 2+ раствором ЭДТА при рН=10 строят самостоятельно.
Схема 7. Определение содержания Mg 2+ в растворе
В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см 3 помещают аликвоту 25,00 см 3 исследуемого раствора, содержащую кальций и магний, добавляют ~ 60 см 3 дистиллированной воды, ~ 10 см 3 аммиачного буферного раствора с рН ~ 9,5–10 и вносят индикатор эриохром чёрный Т около 0,05 г
(на кончике шпателя). При этом раствор окрашивается в винно-красный цвет. Раствор в колбе медленно титрируют раствором ЭДТА до перехода окраски из винно-красной в зелёную. Результаты титрования (V
2) заносят в табл. 8.
Таблица 8
Результаты титрования раствора, содержащего кальций и магний
| № опыта | Объем исследуемого раствора, см 3 | Объем ЭДТА, V ∑ , см 3 | Содержание Mg 2+ в растворе, г |
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 | |||
| 25,00 |
Реактивы
1. Раствор ЭДТА с молярной концентрацией ~ 0,05 моль/дм 3 .
2. Стандартный раствор Cu(II) с титром 2,00×10 -3 г/дм 3 .
3. Н 2 О дистиллированная.
4. Аммиачный буфер с рН~ 8 – 8,5.
5. Мурексид, индикаторная смесь.
Задачи
1. Вычислите α 4 для ЭДТА при pH=5, если константы ионизации ЭДТА следующие: K 1 =1,0·10 -2 , K 2 =2,1·10 -3 , K 3 =6,9·10 -7 , K 4 =5,5·10 -11 .
2. Постройте кривую титрования 25,00 мл 0,020 М раствора никеля 0,010 М раствором ЭДТА при pH=10, если константа устойчивости
К NiY = 10 18,62 . Вычислите p после добавления 0,00; 10,00; 25,00; 40,00; 50,00 и 55,00 мл титранта.
3. На титрование 50,00 мл раствора, содержащего ионы кальция
и магния, потребовалось 13,70 мл 0,12 М раствора ЭДТА при pH=12 и 29,60 мл при pH=10. Выразите концентрации кальция и магния в растворе в мг/мл.
4. При анализе в 1 л воды найдено 0,2173 г оксида кальция и 0,0927 г оксида магния. Вычислите, какой объём ЭДТА концентрации 0,0500 моль/л был затрачен на титрование.
5. На титрование 25,00 мл стандартного раствора, содержащего 0,3840 г сульфата магния, израсходовано 21,40 мл раствора трилона Б. Вычислите титр этого раствора по карбонату кальция и его молярную концентрацию.
6. На основании констант образования (устойчивости) комплексонатов металлов, приведенных ниже, оцените возможность комплексонометрического титрования ионов металлов при pH = 2; 5; 10; 12.
7. При титровании 0,01 М раствора Ca 2+ 0,01 М раствором ЭДТА при pH=10 константа устойчивости K CaY = 10 10,6 . Вычислите, какой должна быть условная константа устойчивости комплекса металла с индикатором при pH=10, если в конечной точке титрования =.
8. Константа кислотной ионизации индикатора, используемого при комплексонометрическом титровании, равна 4,8·10 -6 . Вычислите содержание кислотной и щелочной форм индикатора при pH = 4,9, если его общая концентрация в растворе составляет 8,0·10 -5 моль/л. Определите возможность использования данного индикатора при титровании раствора
с pH=4,9, если цвет его кислотной формы совпадает с цветом комплекса.
9. Для определения содержания алюминия в образце навеску образца 550 мг растворили и добавили 50,00 мл 0,05100 М раствора комплексона III. Избыток последнего оттитровали 14,40 мл 0,04800 М раствором цинка (II). Рассчитайте массовую долю алюминия в образце.
10. При разрушении комплекса, содержащего висмут и йодид-ионы, последние титруют раствором Ag(I), а висмут – комплексоном III.
Для титрования раствора, содержащего 550 мг образца, требуется 14,50 мл 0,05000 М раствора комплексона III, а на титрование йодид-иона, содержащегося в 440 мг образца, затрачивается 23,25 мл 0,1000 М раствора Ag(I). Рассчитайте координационное число висмута в комплексе, если йодид-ионы являются лигандом.
11.
Образец массой 0,3280 г, содержащий Pb, Zn, Cu, растворили
и перевели в мерную колбу на 500,00 см 3 . Определение вели в три этапа:
а) на титрование первой порции раствора объемом 10,00 см 3 , содержащего Pb, Zn, Cu, затрачено 37,50 см 3 0,0025 М раствора ЭДТА; б) во второй порции объемом 25,00 см 3 замаскировали Cu, а на титрование Pb и Zn израсходовано 27,60 см 3 ЭДТА; в) в третьей порции объемом 100,00 см 3 замаскировали Zn
и Cu, на титрование Pb затрачено 10,80 см 3 ЭДТА. Определите массовую долю Pb, Zn, Cu в образце.
Кривые титрования
В редоксметрии кривые титрования строят в координатах Е = f
(C R
),
они иллюстрируют графическое изменение потенциала системы в процессе титрования. До точки эквивалентности потенциал системы рассчитывается по отношению концентраций окисленной и восстановленной форм определяемого вещества (потому что до точки эквивалентности одна из форм титранта практически отсутствует), после точки эквивалентности – по отношению концентраций окисленной и восстановленной форм титранта (потому что после точки эквивалентности определяемое вещество оттитровано практически полностью).
Потенциал в точке эквивалентности определяется по формуле
, (26)
где – число электронов, участвующих в полуреакциях;
– стандартные электродные потенциалы полуреакций.
На рис. 10 представлена кривая титрования раствора щавелевой кислоты H 2 C 2 O 4 раствором перманганата калия KMnO 4 в кислой среде
( = 1 моль/дм 3).
Рис. 10. Кривая титрования 100,00 см 3 раствора щавелевой
кислоты H 2 C 2 O 4 с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3 раствором перманганата
калия KMnO 4 с С 1/ z = 0,1000 моль/дм 3 при =1 моль/дм 3
Потенциал полуреакции MnO 4 - + 5e + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O зависит от рН среды, так как в полуреакции участвуют ионы водорода.
Перманганатометрия
Титрантом является раствор перманганата калия KMnO 4 , являющийся сильным окислителем. Основное уравнение:
MnO 4 - +8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O, 
=+1,51 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 
г/моль.
В слабокислых, нейтральных и слабощелочных средах вследствие меньшего окислительно-восстановительного потенциала перманганат-ион восстанавливается до Mn +4 .
MnO 4 - +2H 2 O + 3e = MnО 2 ¯ + 4OH - , 
= +0,60 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 158,03/3= 52,68 г/моль.
В щелочной среде раствор перманганата калия восстанавливается
до Mn +6 .
MnO 4 - + 1e = MnO 4 2- , 
= +0,558 В.
М 1/ z (KMnO 4)= 158,03 г/моль.
Для исключения побочных реакций титрование перманганатом калия проводят в кислой среде, которую создают серной кислотой. Соляную кислоту для создания среды применять не рекомендуется, так как перманганат калия способен окислять хлорид-ион.
2Cl - – 2e = Cl 2 , = +1,359 В.
Наиболее часто перманганат калия применяют в виде раствора
с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,05 – 0,1 моль/дм 3 . Он не является первичным стандартом в силу того, что водные растворы перманганата калия способны окислять воду и органические примеси в ней:
4MnO 4- + 2H 2 O = 4MnО 2 ¯+ 3O 2 + 4OH -
Разложение растворов перманганата калия ускоряется в присутствии диоксида марганца. Поскольку диоксид марганца является продуктом разложения перманганата, этот осадок оказывает автокаталитический эффект на процесс разложения.
Твердый перманганат калия, применяемый для приготовления растворов, загрязнен диоксидом марганца, поэтому приготовить раствор из точной навески нельзя. Для того чтобы получить достаточно устойчивый раствор перманганата калия, его после растворения навески KMnO 4 в воде оставляют в темной бутыли на несколько дней (или кипятят), а затем отделяют MnO 2 ¯ фильтрованием через стеклянный фильтр (применять бумажный фильтр нельзя, так как он реагирует с перманганатом калия, образуя диоксид марганца).
Окраска раствора перманганата калия настолько интенсивна,
что индикатор в этом методе не требуется. Для того чтобы придать заметную розовую окраску 100 см 3 воды, достаточно 0,02 – 0,05 см 3 раствора KMnO 4
с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм 3 (0,02 М). Окраска перманганата калия в конечной точке титрования неустойчивая и постепенно обесцвечивается в результате взаимодействия избытка перманганата
с ионами марганца (II), присутствующими в конечной точке в относительно большом количестве:
2MnO 4 - + 3Mn 2+ + 2H 2 O « 5MnО 2 ¯ + 4H +
Стандартизацию рабочего раствора KMnO 4 проводят по оксалату натрия или щавелевой кислоте (свежеперекристаллизованной и высушенной при 105°С).
Используют растворы первичных стандартов с молярной концентрацией эквивалента С (½ Na 2 C 2 O 4) = 0,1000 или 0,05000 моль/л.
C 2 O 4 2- – 2e ® 2CO 2 , = -0,49 В
При работе с титрованными растворами должны соблюдаться следующие правила.
Вся посуда, употребляемая при работе с титрованными растворами, должна быть безукоризненно чистой.
Во всех измерительных сосудах отсчет проводится по нижней точке мениска, причем глаз наблюдателя должен находиться на одном уровне с краем мениска. Для получения более четкого очертания мениска обычно к противоположной от наблюдателя стенке сосуда прикладывают белую бумажку.
Емкость измерительных сосудов от нагревания изменяется, поэтому необходимо держать их вдали от источников тепла.
Перед наливанием титрованного раствора в промытую дистиллированной водой бюретку последнюю ополаскивают два раза рабочим раствором. Жидкость при титровании наливают по каплям, причем носик бюретки должен быть настолько узким, чтобы объем одной капли был не более 0,03 мл. Если носик бюретки слишком широк, его суживают осторожным нагреванием докрасна на пламени горелки и вытягивают. Необходимо следить, чтобы в носике бюретки не было пузырьков воздуха или кристаллов вещества. Титрование из бюретки всегда надо начинать от какого-нибудь определенного деления, лучше всего от нуля.
Для наполнения титрованным раствором пипетку держат большим и средним пальцами за верхний конец; указательный палец служит для закрывания верхнего отверстия пипетки. Объем отмеривают следующим образом. Набирают в пипетку жидкость выше метки, кончик ее вытирают кусочками фильтровальной бумаги или чистой тряпочкой, доводят уровень жидкости до метки и, прислонив кончик пипетки к стенке конической колбы, промытой дистиллированной водой, дают жидкости стечь; затем считают до десяти и только после этого отводят кончик пипетки от стенки колбы.
Титрованные растворы надо тщательно оберегать от потери влаги к от разбавления водой, так как при этом изменяется их титр. Поэтому бутыли с титрованными растворами плотно закрывают пробками, держат возможно дальше от источников тепла и защищают от прямых солнечных лучей.
При появлении в верхней части бутыли с раствором капель испарившейся воды раствор необходимо взболтать. Некоторые растворы выделяют осадок. В этом случае раствор необходимо профильтровать в совершенно чистую сухую склянку и проверить титр.
Для наливания раствора в бюретку лучше всего соединить ее при помощи стеклянного треугольника и резиновой трубки с бутылью для раствора. Наполнение бюретки проводят или путем засасывания раствора в бюретку, или самотеком, для чего бутыль с раствором помещают на полку над бюреткой, и раствор при отпускании зажима поступает в бюретку.
Установку для титрования монтируют следующим образом. Бутыль с титрованным раствором плотно закрывают резиновой пробкой с тремя отверстиями. Через одно отверстие опускают почти до самого дна бутыли стеклянную трубку (наружный диаметр 6-7 мм), согнутую под прямым углом в двух местах возле самой пробки. При помощи резиновых и стеклянных трубок и тройника соединяют ее с нижним концом бюретки. Бюретка применяется без крана (обычно вместимость ее 50 мл). Верхний конец ее прикрепляют к полке титровального стола, на котором стоит бутыль. Снизу бюретку прикрепляют к перекладине проволокой или резиновыми пластинками. Верхний конец бюретки плотно закрывают пробкой, через которую пропущена короткая стеклянная трубка.
Во второе отверстие пробки, закрывающей бутыль, пропускают короткую стеклянную трубку, соединенную резиновой трубкой с трубкой бюретки. В третье отверстие пробки вставляют хлоркальциевую трубку, наполненную натронной известью (сплав СаО и NaOH в виде гранул), предохраняющей раствор щелочи от попадания в него CO 2 из воздуха.
Пробки и трубки в приборе должны быть хорошо и плотно пригнаны. Бутыль с раствором помещают на высоте примерно 80-90 см над уровнем титровального стола.
Если описанная установка почему-либо не может быть собрана, наполнение бюретки раствором производится при помощи маленькой воронки, которую предварительно два раза ополаскивают титрованным раствором и после наполнения вынимают из бюретки.
В реакции нейтрализации при достижении точки эквивалентности происходит изменение значения рН раствора. Поэтому для фиксирования точки эквивалентности используют вещества - индикаторы, окраска которых меняется в зависимости от изменения рН. Наиболее часто используемые индикаторы приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Характеристики перехода кислотно-основных индикаторов
Приготовление растворов индикаторов. Метиловый оранжевый (0,1% в воде): 0,01 г красителя растворяют в 10 мл воды; применяют в количестве 3-4 капель на 25 мл титруемого раствора.
Метиловый красный (0,2% в 60% этаноле): 0,02 г красителя растворяют в 10 мл 60% этанола; применяют в количестве 2-3 капель.
Фенолфталеин (1% в 60% этаноле): 0,1 г красителя растворяют в 10 мл 60 % этанола; применяют в количестве 2 капель.
Бромтимоловый синий (0,1% в 20% этаноле). 0,01 г красителя растворяют в 10 мл 20% этанола.
Смешанные индикаторы. В некоторых случаях вместо одного индикатора лучше применять смесь двух индикаторов. Примером служит индикатор Ташира, представляющий собой смесь метилового красного (0,1 % в воде) и метиленового синего (0,1% в этаноле). При значениях рН раствора, меньших 4,0, цвет этого индикатора фиолетовый, а при значениях, больших 6,0 - зеленый.
Техника титрования
Титрование производится в конических колбах. Размер колбы подбирается так, чтобы общий объем жидкости в конце титрования не превышал половину объема колбы. Сам процесс титрования состоит в прибавлении титранта из бюретки к анализируемому раствору, находящемуся в колбе. Раствор из бюретки прибавляют до тех пор, пока количество прибавленного вещества не будет эквивалентно количеству вещества, находящемуся в колбе. Этот момент называется конечной точкой титрования (КТТ).
Рис. 3.3. Положение колбы при титровании.
Перед началом титрования заполняют бюретку раствором и доводят уровень жидкости до нулевой черты. В коническую колбу помещают точный объем анализируемого раствора, и добавляют нужное количество индикатора. Затем проверяют правильность установки уровня жидкости в бюретке на нулевое деление. Это надо делать обязательно перед самым началом титрования.
Подставляют колбу с титруемым раствором под бюретку. Правильное положение при титровании показано на рис. 3.3. Под колбу кладут лист белой бумаги, чтобы точнее заметить момент изменения цвета раствора. Колбу держат в правой руке, а левой открывают и закрывают кран, выпуская жидкость из бюретки.
При титровании раствор должен вытекать по каплям, сначала быстро, а вблизи конечной точки очень медленно. Во время титрования раствор в колбе следует все время перемешивать вращательными движениями.
Когда изменение окраски раствора покажет, что наступил конец титрования, прекращают прибавление раствора и определяют объем рабочего раствора, затраченного на титрование по показаниям бюретки.
Если при титровании нельзя сказать с уверенностью, что достигнута конечная точка, то следует записать показания бюретки, прибавить еще одну каплю раствора и наблюдать, происходит ли изменение в окраске титруемого раствора.
Записывают результаты титрования с точностью до второго десятичного знака, например: 10,53 мл; 11,20 мл; 9,00 мл.
Необходимо брать такое количество анализируемого раствора, чтобы объем рабочего раствора, затраченного на титрование, составлял не менее 1/3 объема бюретки. Наиболее точные результаты получаются в том случае, когда при титровании из бюретки вместимостью 25 мл прибавляют от 10 до 20 мл рабочего раствора, а из бюретки вместимостью 50 мл—от 20 до 40 мл рабочего раствора.
Чтобы убедиться в правильности результатов титрования проводят параллельное определение. Для этого в другую коническую колбу помещают такое же количество титруемого раствора, наполняют бюретку рабочим раствором и повторяют титрование. Если результаты двух определений расходятся не более чем на 0,1 мл для бюреток вместимостью 25 или 50 мл, то их можно считать правильными. В случае расхождения полученных результатов титрование повторяют. В ответственных случаях проводят 3 параллельных определения. Для расчета берут среднее арифметическое полученных результатов.
Вычисление результатов по методу отдельных навесок. В этом случае взвешивают на аналитических весах точную навеску m (A ) вещества А, переносят ее в колбу для титрования, растворяют, прибавляя в колбу некоторое количество растворителя, и тируют полученный раствор.