Praktikum_Solodovnik
.pdf9.Підготовка іонітів до роботи. Регенерація іонітів.
10.Сутність методу калібрувального графіка та методу порівняння зі стандартом.
7.4.ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №35
Застосування іонообмінників у потенціометричному аналізі сольових сумішей
Теоретична частина
Ацидиметричне титрування з потенціометричним визначенням точок еквівалентності доволі часто використовують для кількісного визначення солей слабких кислот або кислот середньої сили. Таке визначення неважко провести завдяки тому, що солі цих кислот у водному розчині гідролізують по аніону, вивільняючи у середовище аніони ОН–, які і відтитровують розчином сильної кислоти. Солі ж сильних кислот не гідролізують у водному розчині і не можуть бути відтитровані у такий спосіб.
Зручним прийомом, який дозволяє визначати в одній наважці солі як сильних, так і слабких кислот є використання катіонообмінника для переведення солей у відповідні кислоти, які і відтитровуються розчином лугу. При визначенні фактора еквівалентності у формулах для розрахунку вмісту ряду солей слід враховувати ту обставину, що деякі кислоти у вільному стані є нестійкими і в процесі іонного обміну склад їх аніонів може змінюватися. Наприклад при пропусканні через катіоніт розчину динатрій тетраборату відбуваються такі реакції:
R H2 + 2Na+ + B4O72– → R Na2 + H2B4O7,
H2B4O7 + 5H2O → 4H3BO3.
Утворена ортоборна кислота при титруванні лугом реагує як одно-основна кислота утворюючи натрій метаборат
H3BO3 + NaOH → NaBO2 + H2O .
З наведених рівнянь видно, що з одного моля динатрій тетраборату утворюється чотири молі натрій метаборату, а отже фактор еквівалентності дорівнює ¼ .
Практична частина
Завдання. Кількісно проаналізувати суміш сильних та слабких електролітів
Обладнання та реактиви
1.Колонка, заповнена катіонітом КУ-2;
2.рН-метр з бюреткою;
3.Стакан на 150 см3;
4.Розчин натрій гідроксиду, с(NaOH) = 0,1 моль/дм3;
5.Торсійні терези;
6.Промивалка з дистильованою водою;
7.Комп’ютер з програмою Excel.
171
1.На торсійних терезах взяти наважку однієї з запропонованих сумішей солей
(Na2SO4 + Na2HPO4·2H2O + Na2B4O7·10H2O або KNO3+ натрію бензоат +
Na2B4O7·10H2O) масою 60 мг. Наважку перенести в стакан і розчинити у невеликій кількості дистильованої води (3-5 см3). Розчин внести у верхню частину іонообмінної колонки (3), стакан сполоснути невеликою кількістю води і промивні води також вилити у колонку (рисунок 7.4.1.).
2.Відкрити кран (4) і дати всьому розчину увійти в шар катіоніту, закрити кран. Налити у верхню частину колонки дистильовану воду шаром 3-4 см над рівнем катіоніту, вставити пробку і відкривши крани (2) та (4) відрегулювати швидкість
потоку елюенту (води), що відповідає одній краплі за секунду. Збирають у підставлений стаканчик 30-40 см3 елюенту, після чого, на виході з колонки перевірити його рН універсальним індикатором. Якщо реакція елюенту нейтральна – промивку колонки припинити.
3.Стакан з елюентом поставити на столик рН-метру і титрувати 0,1 М розчином лугу, додаючи його порціями по 0,5 см3. Після кожного додавання титранту перемішувати розчин і перед зчитуванням значення рН очікувати певний час (20-30с) для встановлення електродної рівноваги.
4.За одержаними даними побудувати диференціальну криву титрування, використовуючи табличний процесор Excel. Графік диференціальної кривої тирування для кожної із пропонованих сумішей матиме три максимуми, що відповідають трьом еквівалентним об’ємам: V1, V2, V3.
Рис. 7.4.1. Схема установки для іонообмінної хроматографії:
1 – колба з нижнім тубусом; 2 – кран колби з нижнім тубусом; 3 – хроматографічна колонка; 4 – кран колонки
172
V1 V2 |
V3 |
Рис. 7.4.2. Приклад побудови диференціальної кривої титрування в Excel:
Cтовпчик А – об’єм титранта, стовпчик В – рН,
клітина С1 – формула =(А1+А2)/2 , копіюється вниз на N – 1 рядок клітина D1 – формула =(В2–В1)/0.5 , копіюється вниз на N – 1 рядок
Розрахункові формули для обчислення масової частки солей у кожній суміші мають вигляд:
Суміш 1
|
|
|
(2V -V )×c(NaOH)× |
1 |
|
M(Na SO ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
w(Na2SO4 ) = |
|
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
×100 |
|
(%) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
w (Na2HPO4 ×2H2O) = |
(V2 -V1)×c(NaOH)×M(Na2HPO4 |
×2H2O) |
×100 (%) |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
(V -V )×c(NaOH)× |
|
1 |
M(Na |
2 |
B |
4 |
O |
7 |
×10H |
2 |
O) |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
w (Na2B4O7 ×10H2O) = |
|
3 |
|
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
×100 |
(%) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Суміш 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w(KNO ) = |
V1 ×c(NaOH)×M(KNO3) |
×100 |
(%) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
w (NaC7 H5O2 ) = |
(V2 -V1 )×c(NaOH) × M (NaC7 H5O2 ) |
×100 (%) |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(V -V |
2 |
)×c(NaOH)× |
1 |
|
M(Na |
2 |
B |
O |
7 |
×10H |
2 |
O) |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
w(Na2B4O7 ×10H2O) = |
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
×100 |
(%) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
173
Контрольні запитання
1.Іонообмінники, механізм обміну.
2.Функціональні групи, що входять до складу катіонітов і аніонітів.
3.Структура іонітів і їх синтез.
4.Властивості іонітів і галузі використання іонного обміну.
5.Підготовка іонітів до роботи. Регенерація іонітів.
6.На чому засновано потенціометричне титрування солей слабких кислот.
7.Пояснити формули для розрахунку вмісту солей у сумішах.
Запитання до модульної контрольної роботи„Оптичні методи аналізу”
1.На вимірюванні якої величини ґрунтуються інструментальні методи аналізу?
2.Які методи належать до оптичних методів аналізу?
3.Який аналітичний сигнал фіксують в оптичних методах?
4.Поясніть природу електромагнітного випромінювання.
5.Назвіть та поясніть сутність хвильових та квантових характеристик електромагнітного випромінювання.
6.В яких межах довжин хвиль знаходяться ділянки видимого світла, ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювань?
7.Поясніть природу монохроматичного та поліхроматичного світла.
8.Сформулюйте, запишіть та поясніть закон Бугера – Ламберта – Бера.
9.Поясніть фізичний зміст лінійного та молярного коефіцієнтів поглинання.
10.Дайте визначення оптичній густині та поясніть як вона залежить від концентрації розчину.
11.Що таке спектри поглинання? Поясніть на прикладі.
12.В якому інтервалі спектру дозволяють виконувати вимірювання спектрофотометри, фотоелектроколориметри?
13.Що використовують в приборах фотометрії в якості джерела світла, монохроматізаторів, приймачів світла?
14.З чого складається оптична система фотометричних пристроїв?
15.З чого виготовляються кювети в фотометричних приборах для видимої, УФ та ІЧ області спектру?
16.Поясніть призначення основних вузлів фотометричних пристроїв (монохроматізатору, світлофільтрів, призми, приймача світла).
17.Поясніть сутність емісійного та люмінесцентного методів аналізу.
18.На дослідженні якої величини грунтується атомно-абсорбційний метод?
19.Чим відрізняється емісійний спектр від люмінесцентного?
20.Яким чином оцінюється інтенсивність спектральних ліній в стилоскопах, спектропроекторах, пламеневих фотометрах?
174
Запитання до модульної контрольної роботи „Електрохімічні методи аналізу”
1.На вимірюванні якої величини ґрунтуються інструментальні методи аналізу?
2.Які методи належать до електрохімічних методів аналізу?
3.Який аналітичний сигнал фіксують в електрохімічних методах?
4.Дайте визначення питомої електропровідності розчину.
5.Яке рівняння використовують для розрахунку електрохімічного потенціалу електроду?
6.Для чого використовується індикаторний електрод та електрод порівняння?
7.Поясніть сутність полярографічного методу. Ким він був запропонований?
8.Що таке потенціал напівхвилі та від чого він залежить?
9.Зв’язок між якими величинами виражає рівняння Ільковича?
10.Які електроди використовуються в якості індикаторних при амперометричному титруванні?
11.Який вигляд буде мати крива при амперометричному титруванні, якщо в електронну реакцію вступає титрант, продукт реакції або речовина, яка визначається?
12.Який вигляд буде мати крива при амперометричному титруванні, якщо титрування проводити з двома індикаторними електродами.
13.Який електрод в кулонометрії використовується в якості робочого?
14.За яким рівнянням проводяться розрахунки в кулонометричному методі?
15.Якими методами можна визначити концентрацію обумовленої речовини в інструментальних методах аналізу? Наведіть формули та приклади.
175
ДОДАТОК 1
План складання звіту до лабораторної роботи з курсу “Аналітична хімія та інструментальні методи аналізу”
(Якісний аналіз) Лабораторна робота №
Тема: Вказати тему роботи (сформулювати її, виходячи з назви) Мета роботи: Вказати мету роботи.
Теоретичні відомості Дати загальну характеристику групи катіонів (аніонів)
1.Які катіони (аніони) відносяться .
2.Положення елементів катіонів (аніонів) у Періодичній таблиці.
3.Електронна конфігурація катіонів (аніонів).
4.Розчинність сполук йонів у воді.
5.Груповий реагент.
6.Хімічні властивості гідроксидів катіонів (аніонів).
7.Гідроліз солей.
8.Окисно-відновні властивості.
9.Комплексоутворення.
Практична частина
Оформлювати досліди у вигляді таблиці
Якісні реакції на катіони ... аналітичної групи
Який катіон |
Характерний |
Сере- |
Умови прове- |
Ефект, |
що |
Рівняння реакцій в |
визначається |
реактив |
довище |
дення реакції |
спостерігаємо |
іонному вигляді |
|
|
|
|
|
|
|
|
Якісні реакції на аніони ... аналітичної групи
Який |
аніон |
Характерний |
Сере- |
Умови прове- |
Ефект, |
що |
Рівняння реакцій в |
визначається |
реактив |
довище |
дення реакції |
спостерігаємо |
іонному вигляді |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
176
ДОДАТОК 2
План складання звіту до лабораторної роботи з курсу “Аналітична хімія та інструментальні методи аналізу”
(Кількісний аналіз)
План складання звіту
Лабораторна робота № Тема: Вказати тему роботи сформулювавши її виходячи з назви. Мета роботи: Вказати мету роботи.
Теоретична частина
Показати теоретичні основи даного методу аналізу. Навести закони, формули та рівняння на яких ґрунтується даний метод визначення.
Практична частина
1.Навести перелік обладнання та реактивів, які необхідні для виконання роботи.
2.Описати послідовність виконання роботи.
3.Зробити попередні теоретичні розрахунки.
4.Залишити місце для даних і розрахунків, які будуть одержані на занятті.
5.Порівняти розрахункові дані з теоретичними та зробити висновки.
177
ДОДАТОК 3
Константи іонізації найважливіших кислот і основ
Назва |
Формула |
Константи іонізації, Ка |
|
|
Кислоти |
|
|
Тетраборатна |
Н2В4О7 |
K1 |
1,8·10-4 |
|
|
K2 |
2,0·10-8 |
Карбонатна |
Н2СО3 |
К1 |
4,5·10-7 |
Тартратна (Винна) |
Н2С4Н4О6 |
К1 |
9,1·10-4 |
|
|
К2 |
4,3·10-5 |
Форміатна |
НСООН |
К |
1,8·10-4 |
8–Оксихінолін |
С9Н7ОN (HOxin) |
К |
1,3·10-10 |
Етанова (Ацетатна ) |
CH3COOH |
К |
1,74·10-5 |
Дихлороацетатна |
CHCl2COOH |
К |
5,0·10-2 |
Трихлороацетатна |
CCl3COOH |
К |
2,0·10-1 |
Хлороацетатна |
CH2ClCOOH |
К |
1,4·10-3 |
Оксалатна (Щавлева ) |
H2C2O4 |
К1 |
5,6·10-2 |
|
|
К2 |
5,4·10-5 |
Етилендіамінтетраацетатна |
H4Y (EDTA) |
К1 |
1,0·10-2 |
|
|
К2 |
2,1·10-3 |
|
|
К3 |
6,9·10-7 |
|
|
К4 |
5,5·10-11 |
Хроматна (VI) |
H2CrO4 |
К1 |
1,6·10-1 |
|
|
К2 |
3,2·10-7 |
Дихроматна (VI) |
H2Cr2O7 |
К2 |
2,3·10-2 |
Флуоридна |
HF |
К |
6,2·10-4 |
Гексаціанофератна (ІІ) |
H4[Fe(CN)6] |
К3 |
5,6·10-3 |
|
|
К4 |
6,0·10-5 |
Гідроген пероксидна |
H2O2 |
К2 |
2,0·10-12 |
Нітритна, нітратна (Ш) |
HNO2 |
К |
5,1·10-4 |
Диоксодинітратна (І) |
H2N2O2 |
К1 |
6,2·10-8 |
|
|
К2 |
2,9·10-12 |
Фосфатна (V) |
H3PO4 |
К1 |
7,1·10-3 |
|
|
К2 |
6,2·10-8 |
|
|
К3 |
5,0·10-13 |
Дифосфатна (V) |
H4P2O7 |
К1 |
1,2·10-1 |
|
|
К2 |
7,9·10-3 |
|
|
К3 |
2,0·10-7 |
|
|
К4 |
4,8·10-10 |
Тіоціанатна |
HSCN |
|
≈10 |
Сульфідна |
H2S |
К1 |
1,0·10-7 |
|
|
К2 |
2,5·10-13 |
Сульфатна (ІV) (Сульфітна) |
H2SO3 |
К1 |
1,4·10-2 |
|
|
К2 |
6,2·10-8 |
Сульфатна (VІ) |
H2SO4 |
К2 |
1,15·10-2 |
Триоксотіосульфатна (ІІ) |
H2S2O3 |
К1 |
2,5·10-1 |
|
|
К2 |
1,9·10-2 |
178
Продовження додатка 3
1 |
2 |
|
3 |
Гексагідроксостибатна (V) |
H[Sb(OH)6] |
К |
4,0·10-5 |
Силікатна |
Н4SiO4 |
К1 |
1,3·10-10 |
|
|
К2 |
1,6·10-12 |
|
|
К3 |
2,0·10-14 |
|
Основи |
|
|
Назва |
Формула |
Константи іонізація, Кb |
|
Амоній гідроксид |
NH3·H2O |
К |
1,76·10-5 |
Аргентум(І) гідроксид |
AgOH |
К |
5,0·10-3 |
Барій дигідроксид |
Ba(OH)2 |
К2 |
2,3·10-1 |
Анілін |
C6H5NH2 +H2O |
К |
4,3·10-10 |
Кальцій дигідроксид |
Ca(OH)2 |
К2 |
4,0·10-2 |
Літій гідроксид |
LiOH |
К |
6,8·10-1 |
Плюмбум дигідроксид |
Pb(OH)2 |
К1 |
9,55·10-8 |
|
|
К2 |
3,0·10-8 |
ДОДАТОК 4
Добутки розчинності малорозчинних сполук (при 250С)
Сполука |
Назва сполуки |
ДР |
1 |
2 |
3 |
AgBr |
Аргентум бромід |
5,3·10-13 |
AgCH3COO |
Аргентум ацетат |
4,0·10-3 |
Ag2CO3 |
Аргентум карбонат |
1,2·10-12 |
AgC2O4 |
Диаргентум оксалат |
3,5·10-11 |
AgCl |
Аргентум хлорид |
1,78·10-10 |
Ag2CrO4 |
Диаргентум хромат(VI) |
1,1·10-12 |
Ag2Cr2O7 |
Диаргентум дихромат(VI) |
1,0·10-10 |
AgI |
Аргентум йодид |
8,3·10-17 |
Ag2O ( 2 Ag+, 2OH−) |
Диаргентум оксид |
1,95·10-8 |
AgNO2 |
Аргентум нітрат(III) |
6,0·10-4 |
Ag3PO4 |
Аргентум фосфат(V) |
1,3·10-20 |
Ag2S |
Диаргентум сульфід |
6,3·10-50 |
AgSCN |
Аргентум тіоціанат |
1,1·10-12 |
Ag2SO4 |
Аргентум сульфат(VI) |
1,6·10-5 |
Al(OH)3 |
Алюміній тригідроксид |
3,2·10-34 |
(Al3+, 3OH−) |
|
|
(AlOH2+, 2OH−) |
|
3,2·10-25 |
(H+, AlO2−) |
|
1,6·10-13 |
AlPO4 |
Алюміній фосфат(V) |
5,75·10-19 |
Ba(OH)2 |
Барій дигідроксид |
5,0·10-3 |
BaCO3 |
Барій карбонат |
4,0·10-10 |
BaC2O4 |
Барій оксалат |
1,1·10-7 |
BaCrO4 |
Барій хромат(VI) |
1,2·10-10 |
179
1 |
2 |
3 |
Ba3(PO4)2 |
Трибарій дифосфат(V) |
6,0·10-39 |
BaSO4 |
Барій сульфат(VI) |
1,1·10-10 |
CaC4H4O6 |
Кальцій тартрат |
7,7·10-7 |
CaCO3 |
Кальцій карбонат |
3,8·10-9 |
CaC2O4 |
Кальцій оксалат |
2,3·10-9 |
CaCrO4 |
Кальцій хромат(VI) |
7,1·10-4 |
CaF2 |
Кальцій дифлуорид |
4,0·10-11 |
CaHPO4 |
Кальцій гідрогенфосфат(V) |
|
(Ca2+, HPO42−) |
|
2,7·10-7 |
Ca(H2PO4)2 |
Кальцій дигідрогенфосфат(V) |
|
(Ca2+, 2H2PO4−) |
|
1,0·10-3 |
Ca(OH)2 |
Кальцій дигідроксид |
6,5·10-6 |
(Ca2+, 2OH−) |
|
|
(CaOH+, OH−) |
|
9,1·10-5 |
Ca3(PO4)2 |
Трикальцій дифосфат(V) |
2,0·10-29 |
CaSO3 |
Кальцій фосфат(IV) |
3,2·10-7 |
CaSO4 |
Кальцій сульфат(VI) |
2,5·10-5 |
CdCO3 |
Кадмій карбонат |
1,0·10−12 |
CdC2O4 |
Кадмій оксалат |
1,5·10-8 |
Cd(OH)2 |
Кадмій дигідроксид |
|
(Cd2+, 2OH−) |
|
2,2·10-14 |
(свіжоосаджений) |
|
|
Cd(OH)2 |
|
5,9·10-15 |
(Cd2+, 2OH−) (після |
|
2,0·10-19 |
старіння Cd(OH)2) |
|
|
(H+, HCdO2−) |
|
|
CdS |
Кадмій сульфід |
1,6·10-28 |
CoCO3 |
Кобальт карбонат |
1,05·10-10 |
CoC2O4 |
Кобальт оксалат |
6,3·10-8 |
Co(OH)2 блакитний |
Кобальт дигідроксид |
6,3·10-15 |
Сo(OH)2 (рожевий, |
|
1,6·10-15 |
свіжосаджений) |
|
|
Co(OH)3 |
Кобальт тригідроксид |
4,0·10-45 |
Сr(OH)3 |
Хром тригідроксид |
6,3·10-31 |
(Cr3+, 3OH−) |
|
|
(CrOH2+, 2OH−) |
|
7,9·10-21 |
(H+, H2CrO3−) |
|
4,0·10-15 |
CrPO4 (фіолетовий) |
Хром(ІІІ) фосфат (V) |
1,0·10-17 |
CrPO4 (зелений) |
|
2,4·10-23 |
CuCO3 |
Купрум(ІІ) карбонат |
2,5·10-10 |
CuC2O4 |
Купрум(ІІ) оксалат |
3,0·10-9 |
CuCl |
Купрум(І) хлорид |
1,2·10-6 |
CuCrO4 |
Купрум(ІІ) хромат(VI) |
3,6·10-6 |
CuI |
Купрум(І) йодид |
1,1·10-12 |
Cu2O (2Cu+, 2OH−) |
Купрум(І) оксид |
1,0·10-14 |
180