Лабораторный практикум по титриметрии

22

Титрование анализируемого раствора. Титрование ана­

лизируемого раствора проводят так же, как и стандартного.

2.3.4. Представление результата анализа По результатам титрования рассчитывают количество маг­

ния (ммоль) в пробе и, по указанию преподавателя, проводят

статистическую обработку результатов единичных определений.

2.4. Определение меди в водном растворе

методом комплексонометрического титрования

2.4.1. Сущность метода

Определение меди(ll) проводят в водном растворе. Исполь­ зуют прямое титрование раствора меди(ll) раствором комплексо­

Ha(lll) в среде аммонийного буферного раствора (рН=8+9). При

этих условиях катионы Си	2+	w
		взаимодеиствуют с комплексоном(lll)

по следующей схеме:

Сu(NНЗ)42+ + НУ3- = CuY2- + NH4+ + ЗNНз

Условная константа устойчивости комплекса меди(ll) с ком-

2- 16

плексоном(lll) в данных условиях составляет: J3'(CuY )=3,4·10 .

Титрование осуществляют с использованием металлоинди­

катора под названием "мурексид". До начала титрования индика­

тор образует с ионами меди(ll) комплексные соединения, окра­

шивающие титруемый раствор в желтый или зеленовато-желтый

цвет. Условная константа устойчивости комплекса меди(lI) с ин-

дикатором J3'(Culnd)= 6Д109.

В процессе титрования катионы меди(ll) связываются в бо­ лее прочные бесцветные комплексные соединения с комплексо­

HOM(III) и индикатор накапливается в растворе в несвязанной с

ионами меди(ll) форме. Вблизи точки эквивалентности накопле­

ние в растворе свободного индикатора приводит к появлению

фиолетового окрашивания раствора, по которому определяют

конечную точку титрования.

Схематически процесс титрования в ПРИСУТСТВ\IIИ мурексида

можно представить следующим образом:

Culnd- + НУ3- = Cuy2- + н+ + Ind3-

желтая окраска	фиолетовая окраска
	www.mitht.ru/e-library

23

2.4.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы:

-комплексон(lII) (Na2H2Y·2H20) квалификации "ч." или "ч.д.а."

(M(Na2H2Y"2H20) = 372,2 г/моль);

.- стандартный раствор меди (с C(Cu2+) в интервале 0,02+0,03

молыл - точное значение концентрации получить у препода­ вателя);

-индикатор мурексид;

-аммонийный буферный раствор с рН 8+9;

-раствор гидрата аммиака с концентрацией 1 моль/л.

Набор посуды для приготовления растворов и выпол­

нения титрования; аппаратура (см. п. 2.1.2).

2.4.3. Ход определения Приготовление растворов. Раствор титранта объемом

200+300 мл готовят растворением навески комплексона(III), взя­ той на технохимических весах. При расчете массы навески исхо­ дят из того, что оптимальная концентрация катионов меди(ll) в

анализируемом растворе должна составлять 0,02+0,03 молЫл.

Стандартизация раствора титранта. Установление точной концентрации раствора комплексона(lll) осуществляют методом

пипетирования по стандартному раствору меди(II).

В колбу для титрования отбирают пипеткой 10 мл стандарт­ ного раствора катионов меди(II), добавляют 10+15 мл дистилли­ рованной воды и 3+4 мл аммонийного буферного раствора (или раствора гидрата аммиака), вносят шпателем 40+60 мг мурекси­

да. Содержимое колбы перемешивают до полного растворения

индикатора.

Выполняют титрование полученного раствора раствором

комnлексона(lll) до перехода зеленовато-желтой окраски титруе­

мого раствора в фиолетовую. Для получения надежных резуль­

татов необходимо получить не менее 3+5 результатов титрова­

ния, сходящихся в сотых долях мл.

Отбор и подготовка пробы. Объект анализа представляет собой смесь растворимых в воде солей меДИ(lI) и других метал­ лов, не мешающих определению меди. Массовая доля меди в смеси находится в интервале 10+30 % (массовую долю меди в

объекте анализа уточнить у преподавателя).

www.mitht.ru/e-library

24

Получают у преподавателя смесь солей для выполнения анализа. Рассчитывают массу навески смеси солей, необходи­

мую для приготовления 200 мл (250) анализируемого раствора с концентрацией катионов меди(ll) 0,02+0,03 моль/л (оптимальная

концентрация для выполнения титрования). Навеску образца от­ бирают в бюкс и взвешивают на технохимических весах. Затем бюкс вместе с навеской взвешивают на аналитических весах, пе­ реносят навеску в стеклянный стакан на 100+150 мл, добавляют 20+25 мл дистиллированной воды и 2+3 мл 0,2 М раствора сер­

ной кислоты. Содержимое стакана аккуратно перемешивают

вращением стакана. После растворения навески раствор количе­

ственно - без потерь (стакан ополаскивают дистиллированной

водой не менее трех раз) - переносят в мерную колбу на 200 мл

(250), доводят дистиллированной водой до метки и тщательно

перемешивают. Пустой бюкс взвешивают на аналитических ве­ сах. По результатам взвешивания рассчитывают массу раство­ ренной навески образца.

Если навеска растворяется медленно (перемешивание в те­

чение нескольких минут не приводит к растворению), то раствору

дают отстояться (чтобы нерастворенные частицы солей осели на

дно стакана) и раствор переносят (без потерь!) в мерную колбу. В стакан к остаткам образца добавляют 10+15 мл дистиллирован­

ной воды и 2+3 мл 0,2 М раствора серной кислоты и продолжают растворение. Операцию повторяют до полного растворения об­

разца.

Титрование анализируемоrо раствора. В колбу для тит­

рования пипеткой отбирают аликвотную часть анализируемого

раствора и далее выполняют титрование так же, как и титрование

стандартного раствора катионов меди(II). Оставшуюся часть ана­

лизируемого раствора сохраняют для выполнения определения

меди методом йодометрического титрования.

2.4.4. Представление результата анализа

По результатам титрования рассчитывают массовую долю

меди (%) в образце. По результатам единичных определений членов бригады студентов проводят статистическую обработку

результатов определений: выявляют наличие промахов, оцени­

вают воспроизводимость результатов определений и величину

доверительного интервала для среднего значения массовой доли

меди(II).

www.mitht.ru/e-library

25

2.5. Определение меди в водном растворе методом йодо­

метрического титрования

2.5.1. Сущность метода

Определение меди(ll) проводят в водном растворе. Исполь­

зуют косвенное титрование раствора меди(II). К раствору меди(ll)

прибавляют избыток йодида калия и выделивwийся йод (точнее

1з-) опитровывают раствором тиосульфата натрия:

2Cu	2+	+ 51	-		1 -
				=2Cul-.v + 1з
-				2-	2 --
1з + 2820з					=8406 +	31 .

Тиосульфат натрия в водном растворе подвергается ряду

превращений, приводящих к изменению концентрации раствора.

Такими процессами могут быть: деятельность бактерий, содер­ жащихся в воде; окисление тиосульфата растворенным в воде

кислородом (особенно в кислом растворе и на свету). По этой

причине концентрацию раствора титранта устанавливают (или

проверяют) непосредственно перед его применением.

Для стандартизации раствора тиосульфата используют

стандартный раствор дихромата калия:

2- - + = 3+ -

СГ207 + 91 + 14Н 2Сг + 31з + 7Н20

1з- + 2820з2- =84062- + 3(.

в качестве индикатора в обоих случаях применяют раствор крахмала, который образует с йодом комплексное соединение

синего цвета. Крахмал рекомендуется добавлять вблизи конеч­ ной точки титрования, когда большая часть йода уже опитрована и раствор имеет бледно-желтую окраску.

Реакция между дихроматом и йодидом протекает сравни­

тельно медленно. Для количественного окисления йодида необ­

ходимо тщательно соблюдать экспериментальные условия: соз­

дать определенную концентрацию кислоты и йодида, контроли­

ровать время проведения реакции и даже порядок смешивания

реагентов.

www.mitht.ru/e-library

26

2.5.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы:

-тиосульфат натрия (Nа2S20З'5Н20) квалификации "ч.д.а.";

-дихромат калия (К2СГ207) квалификации "х.ч.";

-раствор хлороводородной кислоты с концентрацией 2 моль/л;

-раствор йодида калия с массовой долей 5 %;

-раствор крахмала с массовой долей 1%.

Набор посуды для приrотовления растворов и выпол­

нения титрования; аппаратура (см. п. 2.1.2).

2.5.3. Ход определения

Приrотовление растворов. Раствор титранта объемом 300+400 мл готовят растворением навески тиосульфата натрия, взятой на технохимических весах. При расчете массы навески исходят из того, что оптимальная концентрация катионов меди(ll) в анализируемом растворе должна составлять 0,02+0,03 моль/л. Раствор стандартного BeuцecTBa готовят по точной навеске ди­

хромата калия. Для приготовления раствора используют мерную колбу на 200 или 250 мл. Оставшийся в них раствор меди(ll) пе­

реливают в мерную колбу на 100 мл, предварительно ополоснув

ее этим раствором.

Стандартизация раствора титранта. Проводят методом пипетирования. В колбы ДЛЯ титрования отбирают пипеткой 10 мл раствора' дихромата калия, 5 мл (5%-ного раствора, дозато­ ром) раствора йодида калия, 5 мл раствора хлороводородной ки­ слоты (дозатором или цилиндром). Содержимое перемешивают, накрывают колбы часовым стеклом или крышками и помеuцают в

темное место на 5 минут. Колбы вынимают по очереди и титруют выделившийся йод раствором тиосулЬфата до бледно-желтой

окраски. 3атем добавляют около 2 мл раствора крахмала и про­

должают титровать до исчезновения синей окраски раствора. По­

вторяют титрование до получения не менее трех воспроизводи­

мых результатов.

Отбор и подrотовка пробы.

Объект анализа представляет собой смесь растворимых в

воде солей меди(lI) и других металлов, не мешаюuцих определе­

нию меди. Массовая доля меди в смеси находится в интервале

www.mitht.ru/e-library

27

10 + 30% (массовую долю меди в объекте анализа уточнить у преподавателя). Для анализа используется раствор, приготов­ ленный для определения меди(ll) методом комплексонометриче­

скоro титрования.

Титрование анализируемого раствора. В колбы для тит­ рования вносят пипеткой 1О мл анализируемого раствора ме­ ди(II), добавляют 10 мл (5%-ного раствора, дозатором) раствора йодида калия. Содержимое перемешивают, накрывают колбы ча­

совыми стеклами или крышками и ставят в темное место на 5

минут. Колбы вынимают и титруют выделившийся йод до появ­ ления бледно-желтой окраски. Добавляют 2 мл крахмала и про­

должают титрование до исчезновения синей окраски. Необходи­ мо учитывать, что осадок йодида меди(l) придает содержимому колбы бледно-розовую окраску. Повторяют титрование до полу­

чения не менее трех воспроизводимых результатов.

2.5.4. Представление результата анализа По результатам титрования рассчитывают массовую долю

меди (%) в образце. По результатам единичных определений

членов бригады студентов проводят статистическую обработку

результатов определений: выявляют наличие промахов, оцени­ вают воспроизводимость результатов определений и величину доверительного интервала для среднего значения массовой доли

меди(II).

Проводят сравнение результатов определения меди(lI) ме­

тодами комплексонометрического и йодометрического титрова­

ния. При отсутствии значимого расхождения между средними значениями массовой доли меди в образце объединяют выборки

и рассчитывают средневзвешенное значение массовой доли и

уточняют величину доверительного интервала.

2.6. Определение хрома в водном растворе

методом перманганатометрического титрования

2.6.1. Сущность метода Определение хрома в водном растворе дихромата калия

проводят методом титрования по остатку. К раствору дихромата калия добавляют раствор сульфата железа(lI) или соли Мора с

www.mitht.ru/e-library

28

таким расчетом, чтобы железо(ll) оказалось в избытке. После

протекания реакции остаток железа(lI) титруют раствором пер­

манганата калия:

СГ2072- + 6Fe2+ +14Н+ =2СгЗ+ + 6FeЗ+ + 7Н20 5Fe2+ + Мп04- + 8Н+ =Мп2++ 5FeЗ++ 4Н20

Титрование проводят в кислой среде при рН около 1. В сла­

бокислой, нейтральной и щелочной среде перманганат восста­

навливается чаще всего до диоксида марганца.

Конечную точку титрования определяют по появлению рОЗD­

вой окраски титруемого раствора, возникающей при добавлении избыточной капли раствора перманганата калия. Образующиеся

ионы железа(lII) придают раствору желтую окраску, что затруд­ няет определение момента окончания титрования. Для устране­ ния мешающего действия ионов железа(lll) титрование рекомен­

дуется проводить в присутствии фосфорной кислоты, связываю­

щей их в прочные бесцветные комплексы.

Растворы перманганата калия неустойчивы, в частности, за

счет окисления воды:

4Мп04- + 2Н20 =4Мп02+ 302 + 40Н-

Эту реакцию катализируют кислоты, основания, соли мар­

ганца(II), она ускоряется на свету и при нагревании раствора. Для

стандартизации раствора перманганата калия используют окса­

лат натрия. При подкислении его раствора серной кислотой об­

разуется щавелевая кислота, которая реагирует с перманганатом

по следующему уравнению:

5Н2С204 + 2Мп04- + 6Н+ =2Мп2+ + 10СО2 + 8Н20

Реакция протекает с достаточной скоростью при нагрева­ нии. Обычно титрование проводят в растворах, нагретых до

70+800с. Механизм этой реакции довольно сложен. Один из воз­

можных вариантов механизма может быть представлен следую­

щим образом:

2Мп042- + 3Мп2+ + 16Н+ = 5Mn(IV) + 8Н20 Mn(IV) +Мп2+ = 2Мп3+

Mn(IV) + С204	2-	= Мп	З+	+ С02	* -
					+ С02

*СО2- + Mn(IV) = Мп3+ + С02

Мп3+ +2 С2042- =[МП(С204)2]-

www.mitht.ru/e-library

29

[МП(С204)2]	-	+8Н	+	=Мп	2+	+ СО2	* -
							+ СО2 + 4Н20

Марганец(lI) в данной реакции играет роль катализатора. Поэтому реакцию можно отнести к автокаталитическому типу.

Концентрацию раствора перманганата проверяют непосред­

ственно перед его применением.

2.6.2. Реактивы, посуда, аппаратура Реактивы:

-раствор перманганата калия (КМпО4) с концентрацией

0,5+0,1 моль/л; "х.ч.";

-оксалат натрия (Na2C204) квалификации "х.ч.";

-гептагидрат сульфата железа(ll) (FeS047H20 ) или соль

Мора «NH4)2Fe(S04)2'7H20 ) квалификации "ч.д.а." или

"х.ч.";

-раствор серной кислоты с концентрацией 1 моль/л; "х.ч.";

-раствор ортофосфорной кислоты (1:3); "х.ч.".

Набор посуды для приготовления растворов и выпол­

нения титрования; аппаратура (см. п. 2.1.2).

2.6.3. Ход определения

Приготовление растворов. Рабочий раствор титранта го­ товят разбавлением более концентрированного раствора пер­ манганата калия. Раствор сульфата железа(lI) или соли Мора го­

товят растворением навески реактива в растворе хлороводород­

ной кислоты (для взятия навески используют технохимические весы). Раствор стандартного вещества готовят по точной навеске оксалата натрия. При растворении навески оксалата натрия в мерную колбу добавляют 30+50 мл раствора серной кислоты и

доводят до метки дистиллированной водой.

Стандартизация раствора титранта. В колбы для титрова­ ния вносят пипеткой 10 мл раствора оксалата натрия, 20 мл рас­ твора серной кислоты (дозатор или цилиндр), нагревают содер-

о

жимое на электроплитке до 70+80 С, не доводя до кипения. Титруют горячий раствор (для удобства можно пользоваться резино­ выми напальчниками). Титруют по каплям. Очередную каплю рас­ твора перманганата добавляют только после исчезновения

окраски от предыдущей капли. В начале титрования розовая ок­

раска раствора исчезает медленно. Появление бурой окраски

www.mitht.ru/e-library

30

раствора может быть вызвано различными причинами: недоста­

точной кислотностью раствора, слишком быстрым прибавлением раствора перманганата, остыванием раствора и т.д. Отсчет по бюретке делают по верхнему краю мениска (так поступают все­

гда, когда титрант окрашен).

Титрование раствора сульфата железа(ll) или соли Мо­ ра. В колбу для титрования вносят 1О мл раствора сульфата же­

леза(ll) или соли Мора (пипеткой), 1+2 мл раствора ортофОСфор­

ной кислоты. Полученные растворы титруют раствором перман­ ганата до появления бледно-розовой окраски раствора.

Отбор и подготовка пробы. Пробу раствора, содержащую xpOM(VI), объемом 10+20 мл отбирают бюреткой в специальную колбу. Эту стадию анализа выполняет лаборант или преподава­

тель.

Титрование анализируемого раствора. В колбу дпя тит­ рования отбирают пипеткой 10 мл анализируемого раствора, добавляют 2 пипетки (20 мл) титрованного раствора сульфата железа(ll) или соли Мора, 1+2 мл фосфорной кислоты. Раствор приобретает изумрудно-зеленую окраску, обусловленную появ­

лением ионов xpoMa(III). Раствор титруют перманганатом калия

до появления серо-фиолетовой окраски.

2.6.4. Представление результата анализа

По результатам титрования рассчитывают массу хрома (мг)

в анализируемом растворе дихромата (в пробе). По указанию преподавателя проводят статистическую обработку результатов

единичных определений, полученных несколькими студентами.

www.mitht.ru/e-library

31

3.ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В ТИТРИМЕТРИИ

3.1.Особенности работы в аналитической лаборатории Аналитическая лаборатория имеет две важных особенно­

сти: с одной стороны, она является химической лабораторией, с

другой - лабораторией точных измерений.

При работе в химической лаборатории особое значение имеет соблюдение правил техники безопасности. Поэтому, при­ ступая к работе в ней, нужно внимательно ознакомиться с инст­

рукцией по технике безопасности.

В аналитической лаборатории запрещается работать без

спецодежды (халата), запрещается принимать пищу. При вы­

полнении лабораторных работ по титриметрическим методам

анализа основную опасность представляют концентриро­

ванные растворы кислот и щелочей и большое количество

стеклянной посуды.

Получение результата анализа с требуемой погрешностью

возможно только при строгом соблюдении методики анализа и

технических приемов выполнения отдельных экспериментальных

операций. При этом немаловажное значение имеет также соблю­ дение порядка и чистоты на рабочем месте. Следует внима­

тельно следить за тем, чтобы рабочее место Bcerдa было

чистым и сухим. Для вытирания рук и посуды рекомендуется

приносить на занятия старое полотенце. На рабочем столе сле­ дует удобно разместить только то, что необходимо для текущей работы.

Все полученные на лабораторном занятии эксперименталь­

ные данные следует обязательно заносить в лабораторный жур­

нал. Катеrорически запрещается вести записи на отдельных листках! .

Перечисленные требования становятся понятными, если обратить внимание на тот факт, что допущенная ошибка в расче­

тах, небрежность в выполнении эксперимента или утеря число­

вых данных, как правило, означает необходимость полного по­

вторения анализа.

3.2.Мерная посуда

3.2.1.Чистота мерной посуды

Мерная посуда - пипетки, бюретки, мерные колбы - позволя­

ет измерять объемы используемых в ходе анализа растворов с

требуемой точностью. Например, погрешность измерения объе-

www.mitht.ru/e-library