Лабораторная работа № 13 Комплексонометрическое определение общей жесткости воды

Цель работы: определение общей жесткости воды, то есть общее содержание в ней солей кальция и магния.

Ход работы

Определение содержания ионов Ca²⁺ и Mg²⁺.

Получить у преподавателя контрольный раствор в мерную колбу на 100 мл. Разбавить раствор водой до метки, закройте пробкой и тщательно перемешайте. Отмерьте пипеткой 20 (25) мл полученного раствора в коническую колбу для титрования. Разбавьте дистиллированной водой до 50-70 мл, прибавьте 5 мл аммонийной буферной смеси и около 20 мг индикатора ЭХЧ – Т. Оттитруйте комплексоном III до перехода винно-красной окраски в синюю с зеленоватым оттенком. Повторите титрование 2-3 раза.

Вычислите средний объем комплексона III, пошедший на титрование, и вычислите результат, то есть количество эквивалентов Ca²⁺ (Mg²⁺) в 100 мл раствора:

n ( Ca²⁺) = С ( трилон Б) ∙ V (трилон Б) ∙ ,

где n – количество эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺,

С (трилон Б) – концентрация комплексона III, моль/л,

V (трилон Б) – объем рабочего раствора, измеренного по бюретке, мл,

V_м.к. – объем мерной колбы (100 мл),

V_п. – объем пипетки, мл.

Контрольные вопросы:

1. На чем основан метод комплексонометрии?

2. Какое соединение в комплексонометрии обозначают через ЭДТА?

3. Что такое металлоиндикаторы? На чем основано их применение?

4. Что такое общая жесткость воды? В каких единицах она измеряется?

5. В чем сущность комплексонометрического метода определения общей жесткости воды?

6. Чему равна общая жесткость воды, если на титрование 100,00 мл ее израсходовано 25,50 мл 0, 1022 н. раствора трилона Б?

Тема 14 Йодометрическое титрование

Метод йодометрии основан на окислительно-восстановительных свойствах редокс - системы [I₃]^- / 3I^- :

[I₃] ^- +2е ↔ 3I^- Е⁰ ([I₃] ^- / 3I ^-) = 0,545 В

Величина потенциала указанной полуреакции свидетельствует о том, что [I₃]^- является окислителем средней силы, а ион I^- – восстановителем средней силы. Поэтому метод используют для определения ряда восстановителей, окисляя их стандартным раствором І₂, а также определения ряда окислителей, восстанавливая их раствором KI.

Выделившийся в последнем случае свободный йод оттитровывают стандартным раствором Nа₂S₂О₃. Например, при определении K₂Cr₂О₇ калия йодид реагирует с ним по следующей схеме:

Cr₂О₇^2- + 14Н⁺ + 6е ↔ 2Сг^З+ + 7Н₂О 1 Е⁰ = 1,33 В;

3I^- - 2е ↔ [I₃]^- 3 Е⁰ = 0,545 В

Cr₂О₇^2- + 14Н⁺ + 9I^- → 2Сг^З+ + 7Н₂О + [I₃] ^–

Выделившийся йод оттитровывают стандартным раствором тиосульфата натрия (Nа₂S₂О₃):

[I₃]^- +2е ↔ 3I^- 1 Е⁰ = 0,545 В;

2S₂О₃^2- -2е ↔ S₄О₆^2- 1 Е⁰ = 0,09 В

[I₃]^- + 2S₂О₃^2- ↔ 3I^- + S₄О₆^2-

Титрантами метода являются растворы I₂ в КI и растворы Nа₂S₂О₃. Тиосульфат-ион S₂О₃^2- является восстановителем. В реакциях с йодом он окисляется до тетратионат-иона:

2S₂О₃^2- - 2е ↔ S₄О₆^2- Е⁰ = 0,09 В.

Конечную точку титрования в йодометрии можно определить следующим образом:

1. без индикатора, так как раствор І₂ в KI имеет интенсивную коричневую окраску и избыточная капля титранта окрашивает раствор в светло-желтый цвет.

2. на практике для повышения чувствительности определения используют специфический индикатор крахмал, который адсорбирует І₂, образуя продукт синего цвета. При титровании восстановителей раствором йода крахмал добавляют сразу и титруют до появления синей окраски. Если титруют раствор йода раствором тиосульфата натрия (Nа₂S₂О₃), крахмал прибавляют после того как основная масса йода оттитрована и раствор приобретет светло-желтую окраску. Раствор продолжают титровать, до обесцвечивания синей окраски индикатора. Тогда как прибавление крахмала в начале титрования приводит к получению завышенных результатов (йод, адсорбированный крахмалом в значительных количествах, медленно взаимодействует с Nа₂S₂О₃, что приводит к перетитрованию).

При выполнении йодометрических определений необходимо соблюдать следующие условия титрования:

1. Титрование проводят в нейтральной или слабокислой среде, так как в щелочной среде происходит реакция диспропорционирования йода:

I₂ + 2ОН^- ↔ ΙО ^- + Ι^- + Н₂О

а в сильнокислой среде разлагается Nа₂S₂О₃:

S₂О₃^2- + 2Н⁺ → Н₂S₂О₃ → S↓ + SО₂↓ + Н₂О

2. Титрование необходимо проводить на холоде, так как йод – летучее вещество; повышение температуры приводит также к понижению чув­ствительности индикатора крахмала.

Методом йодометрии возможно определение восстановителей SО₃^2- S₂О₃^2-, АsО₂ ^- стандартный редокс-потенциал которых меньше Е⁰([I₃]^-/ 3Ι^-).

Определение восстановителей проводят методом прямого титрования раствором йода. В качестве индикатора применяют крахмал, который добавляют в анализируемый раствор в начале титрования и титруют раствором йода до появления синей окраски раствора.

Рассмотрим определение восстановителей на примере определения NaAsО₂. При определении протекает реакция:

AsО₂ + 2Н₂О -2е ↔ НАsО₄^2- 1 Е⁰ = 0,56 В;

[I₃]^- +2е ↔ 3Ι^- 1 Е⁰ = 0,545 В

АsО₂^- + [I₃]^- + 2Н₂О → НАsО₄^3- + 3Н⁺ + 3Ι^-

Поскольку потенциалы обеих пар близки, возможно протекание реакции в обратном направлении. Для того чтобы реакция протекала в прямом направлении, необходимо связывать образующиеся Н⁺-ионы. Этого добиваются добавлением NаНСО₃. При этом сохраняется рН ~ 7...8. При таком рН редокс-потенциал пары АsО₄^3-/АsО₂^- уменьшается (Е⁰ = - 0,71 В), реакция протекает в прямом направлении достаточно полно:

AsО₂ + ОН^- -2е ↔ АsО₄^3- + 2Н₂О 1 Е⁰ = -0,71 В;

[I₃]^- +2е ↔ 3Ι^- 1 Е⁰ = 0,545 В

АsО₂^- + [I₃]^- + 4ОН^- ↔ АsО₄^3- + 2Н₂О + 3Ι ^-

Если реакция взаимодействия восстановителей с раствором I₂ протекает медленно, то применяют обратное титрование. В этом случае к восстановителям добавляют избыток стандартного раствора йода и через некоторое время остаток йода оттитровывают раствором натрия тиосульфата. В этом случае индикатор крахмал добавляют в конце титрования

Определение окислителей методом йодометрии возможно, если их окислительно-восстановительный потенциал больше потенциала пары [I₃]^- / 3Ι^- (например, КМnО₄, K₂Cr₂О₇, КвгО₃, Н₂О₂, Сu²⁺ и др.).

Так как при прямом титровании окислителей раствором йодида калия невозможно визуально зафиксировать точку эквивалентности, а реакция между окислителем и Nа₂S₂О₃ протекает нестехиометрично, то для определения окислителей применяют метод замещения. В этом случае окислитель замещают эквивалентным количеством йода, который оттитровывают стандартным раствором Nа₂S₂О₃. Замещение окислителей проводят по схеме:

а) стадия замещения: окислитель + Н⁺ + I ^- → [I₃] ^-

б) стадия титрования: [I₃] ^- + 2S₂О₃^2- → 3I ^- + S₄О₆^2-

Условия заместительного титрования:

1. Необходим КI для растворения выделившегося йода и уменьшения его летучести.

2. После добавления КI смесь в посуде с притертой пробкой выдерживают некоторое время в темном месте для завершения реакции.

3. Индикатор крахмал добавляют в конце титрования

Методом йодометрии возможно определение кислот, при этом протекает следующая реакция:

2IO₃^- + 12Н⁺+ 10е ↔ І₂ + 6Н₂О 1

2І^- - 2е ↔ І₂ 5

2IO₃^- + 12Н⁺ + 2І^- ↔ 6І₂ + 6Н₂О

IO₃^- + 6Н⁺ + 5І^- ↔ 3І₂ + 3Н₂О

Из уравнения реакции видно, что количество выделившегося вещества йода равно половине количества ионов водорода, вступивших в реакцию. При определении сильных кислот к анализируемому раствору кислот добавляют раствор, содержащий КIО₃ и КІ, и выделившийся йод титруют стандартным раствором Nа₂S₂О₃. При определении слабых кислот применяют обратное титрование. Для этого к анализируемому раствору кислоты добавляют смесь КIО₃ и КІ, а также избыток стандартного раствора Nа₂S₂О₃, а через некоторое время остаток Nа₂S₂О₃ оттитровывают раствором йода.

Определение оксикислот (например: винной, лимонной) проводят йодометрическим методом в присутствии ионов кальция, магния и других, которые образуют с оксикислотами устойчивые комплексные соединения. В этих условиях оксикислоты титруют так же, как и сильные кислоты.