Лабораторный практикум по титриметрии

32

мов С помощью пипетки вместимостью 10 мл составляет ±О,04

мл, с помощью бюретки вместимостью 25 мл - ±О,06 мл, с помо­

щью мерных колб вместимостью 100 мл, 200 мл, 250 мл -±О,20 мл. Погрешности приведены для посуды 2-го класса. Посуда 1-го

класса имеет примерно вдвое меньшие погрешности.

Для обеспечения измерений с указанными погрешностями

мерная посуда, предназначенная для проведения количествен­

ного анализа, должна быть настолько чистой, чтобы стекающая

по внутренним стенкам вода не оставляла капель и мокрая посу­

да на просвет казалась сухой. Такая степень чистоты достигает­

ся тщательным мытьем с мылом или содой (или другими мою­ щими средствами) с использованием щеток-ершей. Появление

капель наблюдается в тех случаях, когда поверхность стекла за­

грязнена жировыми веществами. Присутствие этих веществ крайне нежелательно, так как при выливании жидкости часть ее остается на стенках сосуда в виде капель, и измерение объема

становится неточным.

Сильно загрязненную мерную посуду (пипетки, бюретки, мер­ ные колбы) дополнительно моют изнутри хромовой смесью (I/хромпиком") - насыщенным раствором дихромата калия в кон­ центрированной серной кислоте. Налив немного хромовой смеси в очищаемый сосуд, тщательно смачивают внутренние стенки сосуда. Через 5+10 минут хромовую смесь сливают обратно в со-

.суд, предназначенный для ее хранения, так как она может упот­

ребляться многократно. Следует иметь в виду, что попада­

ние больших количеств воды в хромовую смесь резко

ухудшает ее моющие свойства. Затем очищаемый сосуд мно­

гократно (не менее 10+15 раз) промывается водопроводной во­

дой и после этого несколько раз ополаскивается дистиллирован­ ной водой.

При работе с хромовой смесью необходимо соблюдать осо­ бую осторожность, Т.К. она может прожечь одежду, причинить

ожоги. При попадании хромовой смеси на кожу ее следует

быстро промыть большим количеством воды и раство­

ром гидрокар60ната натрия.

Следует помнить, что посуда в аналитической лаборатории

вытирается только снаружи. Если посуду нужно высушить изнут­ ри, ее ставят в сушильный шкаф.

www.mitht.ru/e-library

33

3.2.2. Калибровка мерной посудЬ!

Калибровку мерной посуды, то есть определение ее вме­

стимости, осуществляют путем определения массы воды, вли­

ваемой или выливаемой из мерного сосуда. В качестве примера

рассмотрим проверку вместимости мерной пипетки.

В весовую комнату относят стакан с дистиллированной во­

дой и термометром. Получают у лаборанта стеклянную колбу

вместимостью 50+ 100 мл и покровное стекло. Мерную пипетку, колбу со стеклом, разновесы и лабораторный журнал относят к

аналитическим весам.

Взвешивают колбу вместе с покровным стеклом (техника

взвешивания описана в разделе 3.3.1). С помощью мерной пи­ петки отбирают 10 мл дистиллированной воды в колбу (техника

пипетирования описана в разделе 3.3.2). Повторяют взвешивание

колбы, закрывая ее для предотвращения испарения воды по­ кровным стеклом. По разности результатов двух взвешиваний находят массу воды, вытекающей из мерной пипетки. Отбор дис­ тиллированной воды пипеткой и взвешивание колбы повторяiOт

еще не менее двух раз. Если полученные значения массы воды

различаются не более чем на 1+2 сотых доли грамма, то измере­ ния можно закончить. В лабораторный журнал записывают тем­ пературу дистиллированной воды и убирают рабочее место.

Вместимость мерной посуды принято устанавливать для

о

температуры 20 С. Для облегчения расчетов используют специальные таблицы. Рассмотрим конкретный пример.

Пусть среднее значение массы вытекающей из мерной пи­ петки воды составило 10,0250 г, а температура в весовой комна-

те - +180с. Из данных, приведенных в Приложении 3 (табл. 2), следует, что масса воды, вытекающей при 18,ООс из мерной пи­

петки объемом 10,00 мл, составляет 9,9750 Г. Рассчитывают вместимость проверяемой пипетки следующим образом:

V=10,0250 ·10,00 = 1005 мл

П99750, '

Вместимость проверяемой пипетки составляет 10,05 мл.

3.3. Техника аналитических операций Технике выполнения экспериментальных операций нельзя

научиться по учебнику. Здесь требуется показ выполнения опе­

раций преподавателем и самостоятельная тренировка. Поэтому в

www.mitht.ru/e-library

з4

данном практикуме кратко изложена лишь основная последова­

тельность действий при выполнении той или иной эксперимен­ тальной операции. Если у Вас возникают сомнения или затруд­

нения, обращайтесь за помощью к преподавателю. Помните, что правила выполнения отдельных операций разработаны на осно­

вании огромного опыта многих химиков и что только при самом

строгом их соблюдении может быть достигнута требуемая точ­

ность результата анализа.

3.3.1. Техника взвешивания

Техника взвешивания на технохимических весах опреде­

ляется типом весов и осуществляется в соответствии с инструк­

цией к ним. При использовании простых рычажных весов часто

проводят взятие навески методом тарирования.

На левую чашку весов помещают пустой бюкс (обязательно с

крышкой!) и разновесы в таком количестве, чтобы их масса была примерно равна рассчитанной массе навески реактива (с точно­ стью до 0,1+0,2 г). На правую чашку весов помещают тару до момента уравновешивания чашек весов. Затем с левой чашки весов снимают разновесы и шпателем или ложкой насыпают в бюкс реактив до нового уравновешивания чашек весов. В момент достижения равновесия в бюксе будет находиться требуемая

масса реактива.

Не надо пытаться взвешивать на технохимических весах

слишком точно. Взвешивание на технохимических весах ве­

дется в зависимости от класса весов с точностью да де­ сятых или сотых долей грамма. Для уточнения массы навес­

ки служат аналитические весы.

Взвешивание на аналитических весах требует соблюдения ряда общих требований. Взвешиваемый предмет должен иметь

температуру весовой комнаты. Если температура весовой комна­

ты и помещения, в котором находился взвешиваемый предмет,

различаются более чем на 0,2+0,ЗОс, то взвешиваемый предмет

необходимо принести в весовую комнату за 20+40 минут до на­ чала взвешивания (в зависимости от величины предмета и его первоначальной температуры). Во избежание изменения массы

предмета и его температуры во время процесса взвешивания

следует максимально ограничить прикосновение к нему руками.

Взвешиваемые химические вещества нельзя класть непо­ средственно на чашку весов, их следует взвешивать в бюксе или,

www.mitht.ru/e-library

35

в крайнем случае, на часовом стекле. Взвешивать на листе бума­

ги не следует, т.к. бумага гигроскопична и с нее не удается после взвешивания полностью перенести вещество. Гигроскопичные

вещества, а таюке жидкости, следует взвешивать в закрытых со­

судах. Все взвешиваемые предметы должны быть сухими и чис­

тыми.

Аналитические весы типа АДВ-200 в течение длительного

времени используются в аналитических лабораториях, они по­ зволяют взвешивать предметы массой не более 200 г с погреш-

-4

ностью (2+4)'10 г. Такая погрешность весов обеспечивает относительную погрешность взвешивания менее 0,1% при массе на­ вески более 0,2 г.

Перед взвешиванием необходимо выполнить внешний ос­ мотр весов. Чашки весов должны быть сухие и чистые, все коль­ ца должны быть подняты, коромысло должно быть зафиксирова­

но в неподвижном состоянии рукояткой арретира. Обо всех обна­

руженных неисправностях следует сообщать преподавателю или лаборанту.

Затем необходимо проверить работоспособность весов. С этой целью нужно плавно повернуть рукоятку арретира и убе­ диться в том, что экран со шкалой освещается полностью и ну­

левое деление шкалы совмещается с чертой-указателем на эк­

ране. Если смещение нулевой отметки составляет 2+3 деления,

то можно провести коррекцию, вращая головку регулятора.

Убедившись в исправности весов, можно приступить к взве­

шиванию.

Нагружать весы или снимать с них груз (как взвеши­

ваемый предмет, так и разновесы) можно только при не­ подвижных чашках и коромысле, т.е. при закрытом арре­ тире. Арретир представляет собой приспособление, позволяю­

щее приподнимать коромысло и приводить весы внеподвижное,

нерабочее состояние. Вращение рукоятки арретира следует про­ изводить плавно, особенно в первый момент при открывании и в

последний - при закрывании.

При взвешивании пользуются боковыми дверцами шкафа ве­

сов. Разновесы берут пинцетом. Разновесы следует ставить на середину чашки весов во избежание ее смещения. Взвешивае­ мый предмет помещают на середину левой чашки весов (при за­

крытом арретире!), а на правую чашку весов - разновесы, масса

которых наиболее близка к массе взвешиваемого предмета (мас-

www.mitht.ru/e-library

36

су взвешиваемого предмета предварительно узнают с помощью

технохимических весов). Плавно поворачивают арретир (не до

конца) и по движению шкалы определяют, больше или меньше

масса разновесов массы взвешиваемого предмета. Движение шкалы в сторону делений со знаком "плюс" означает, что масса разновесов недостаточна, движение шкалы в сторону делений со знаком "минус" означает, что масса разновесов избыточна.

Общую массу разновесов продолжают подбирать до тех пор,

пока она станет меньше массы взвешиваемого предмета менее,

чем на 1г. После этого закрывают дверцу шкафа весов и после­

довательно нагружают весы десятыми и сотыми долями грамма с

помощью колец, находящихся внутри шкафа весов. Для этого,

поворачивая внешний диск, совмещают указатель с цифрами

диска. При этом на коромысло опускаются кольца, соответст­ вующие определенной массе в десятых долях грамма. Перед

каждым изменением нагрузки (в том числе и с помощью ко­

леЦ) весы необходимо арретировать. Когда десятые доли

грамма будут установлены, приступают к определению сотых до­

лей грамма, которое проводят аналогично с помощью внутренне­

годиска.

Определив массу взвешиваемого предмета с точностью до

0,01 г, плавно открывают арретир до конца и после прекращения

колебаний чашек весов проводят отсчет по шкале. Во время от­ счета дверцы шкафа весов должны быть закрыты.

По шкале отсчитывают целые миллиграммы и десятые доли

миллиграмма. Следует пользоваться положительной областью шкалы. Это означает, что масса взвешиваемого предмета явля­

ется суммой масс разновесов, помещенных на правую чашку ве­

сов и масс колец, опущенных на коромысло весов. Если отсчет по шкале получается со знаком минус, необходимо уменьшить

нагрузку.

После отсчета тысячных и десятитысячных долей грамма

плавно закрывают арретир и заносят результаты отсчета в рабо­

чий журнал. Затем проверяют воспроизводимость результата

взвешивания. Для этого снова открывают арретир и, после оста­

новки шкалы, делают новый отсчет. Если полученные значения

массы различаются не более чем на несколько десятитысячных долей грамма, то взвешивание считают законченным. Для даль­ нейших расчетов значения массы взвешиваемого предмета ус­

редняют.

www.mitht.ru/e-library

37

При завершении работы на аналитических весах снимают с

чашки весов взвешиваемый предмет, снимают пинцетом разно­

весы разновесов и убирают их в футляр. Для поднятия колец ну­ левые деления обоих дисков совмещают с неподвижным указа­

телем. Тщательно убирают рабочее место. Обо всех замеченных

недостатках в работе весов сообщают преподавателю.

3.3.2. Техника пипетирования

Для отбора anиквотных частей растворов служат мерные

пипетки, которые бывают разной вместимости и конструкции.

Рассмотрим технику работы со стеклянной мерной пипеткой без делений вместимостью 1О мл.

Перед отбором nорции раствора пипетку обязательно

ополаскивают этим раствором, по крайней мере, два раза. После этого, держа верхнюю часть пипетки большим и средним пальцами правой руки и глубоко погрузив нижний конец пипетки в

раствор, засасывают раствор в пипетку с помощью резиновой груши до тех пор, пока уровень жидкости в ней поднимется при­

мерно на 3+5 см выше метки. Затем быстро закрывают верхнее

отверстие пипетки слегка влажным указательным пальцем пра­

вой руки и вынимают пипетку из раствора. Не отпуская указа­ тельного пальца, фильтровальной бумагой снимают капли рас­ твора с наружной стороны пипетки. Затем касаются кончиком пи­

петки стенки сосуда и, держа ее вертикально, слегка ослабляют прижим указательного пальца до тех пор, пока нижний край ме­

ниска не коснется метки (глаза должны находиться на уровне

метки).

Переносят пипетку в заранее приготовленный сосуд, касают­

ся кончиком пипетки стенки сосуда и, держа ее вертикально, да­

ют возможность жидкости свободно вытечь. После вытекания

жидкости пипетку сразу не отнимают от стенки сосуда, а ждут

10+15 секунд, и только после этого вынимают пипетку из сосуда. В кончике пипетки остается незначительный объем раствора. Выдувать этот раствор ни в коем случае не следует, ибо пипетка откалибрована на свободное вытекание раство­

ра.

www.mitht.ru/e-library

38

3.3.3. Техника титрования

Из бюретки в стакан для слива сливают находившуюся в ней

воду. Бюретку дважды ополаскивают небольшим количеством

титранта. Наполняют бюретку раствором через воронку, встав­

ляемую в верхнее отверстие бюретки. После наполнения бю­ ретки воронка должна быть удалена. Если воронку не уда­

лить, то во время титрования из воронки может вытечь остав­

шийся в ней раствор, и измерение объема раствора окажется не­ точным. При заполнении бюретки необходимо следить за тем, чтобы в нижней, узкой части трубки бюретки и в ка­ пилляре не оставалось пузырьков воздуха.

В соответствии с методикой анализа в колбы для титрования вносят требуемые объемы титруемого раствора, дистиллирован­

ной воды, других необходимых реагентов, добавляют небольшое

количество индикатора.

Для облегчения определения момента окончания титрования

в одной из колб готовят "раствор-свидетель". В эту колбу вместо

титруемого раствора добавляют соответствующий объем дис­ тиллированной воды. При титровании сравнивают окраску тит­

руемого раствора с окраской раствора-свидетеля.

Доводят раствор в бюретке до нулевой отметки. Отсчет про­

водят по нижнему краю мениска. При этом глаза наблюдателя

должны находиться на уровне мениска! Определить положе­

ние мениска значительно легче, если держать указательный па­

лец сзади бюретки чуть ниже мениска. Можно также воспользо­ ваться самодельным экраном, представляющим собой кусок кар­

тона (примерно 50х50 мм), нижняя половина которого окрашена в

черный цвет. Чтобы отсчет был правильным, следует выждать примерно 30 секунд, в течение которых жидкость стекает со сте­ нок бюретки.

После того, как мениск установлен на нулевое деление бю­

ретки, снимают небольшую каплю раствора, оставшуюся на кон­ це капилляра. Для этого касаются конца капилляра стенкой ста­

кана ДЛЯ слива.

Колбу для титрования ставят под бюретку на лист белой бу­

маги или пластика. Начинают добавлять из бюретки титрант.

Титруемый раствор перемешивают плавными круговыми движе­ ниями колбы для титрования. Скорость добавления раствора

титранта зависит от скорости смешения с титруемым раствором.

Если в месте вхождения потока титранта заметно изменение ок-

www.mitht.ru/e-library

39

раски титруемого раствора вследствие локального избытка тит­ ранта и его взаимодействия с индикатором, то скорость добавле­

ния титранта следует уменьшить. Вблизи момента окончания титрования скорость добавления титранта следует уменьшить до

одной капли в 1+3 секунды, чтобы можно было видеть эффект,

вызываемый каждой каплей титранта.

Если титрант в ходе титрования попадал на стенки колбы, то

перед окончанием титрования его надо смыть со стенок струей

дистиллированной воды из промывалки.

Иногда перед окончанием титрования реакция протекает так медленно, что титрант взаимодействует с индикатором быстрее, чем с титруемым веществом. В этом случае после изменения ок­

раски раствора через несколько секунд возвращается исходная

окраска. За окончание титрования обычно принимают момент по­ явления окраски, не исчезающей по крайней мере 15 секунд. Не­ способность окраски сохраняться длительное время может также свидетельствовать о неустойчивости конечной формы индикато­

ра, поглощении углекислого газа из воздуха или протекании по­

бочных реакций.

Отсчет объема израсходованного титранта проводят с точно­

стью до сотых долей миллилитра. Сотые доли миллилитра оце­

нивают на глаз, используя, если это необходимо, дополнитель­ ные приспособления: экран, лупу.

Если цена деления бюретки составляет 0,05+0,1 мл, то от­

считывать сотые доли миллилитра на глаз бывает затруднитель­

но. В этом случае для определения объема раствора титранта,

пошедшего на титрование, можно использовать следующую

технику. До начала титрования определяют объем капли. Для

этого доводят объем раствора в бюретке до метки,

соответствующей целому числу миллилитров раствора титранта,

идущему на титрование. Затем капают 50+100 капель и вновь

измеряют объем раствора титранта по бюретке. По разности двух отсчетов объема раствора по бюретке находят суммарный объем

50+100 капель раствора. Разделив суммарный объем раствора на число капель, вычисляют объем капли.

При титровании перед моментом окончания титрования от­

считывают целое число миллилитров, а затем считают число ка­

пель до момента изменения окраски титруемого раствора. Общий

объем раствора, пошедшего на титрование, будет складываться

из целого числа миллилитров и числа капель, умноженного на

www.mitht.ru/e-library

40

объем капли. Чтобы не получить значительной погрешности за

счет округления ЧИСЛОвого значения, характеризующего объем

капли, его округляют не более чем до 0,001 мл.

Для повторения титрования бюретку вновь заполняют рас­

твором титранта и ДОВодят уровень последнего до нулевой от­

метки. Титрование повторяют до тех пор, пока три последова­

тельных значения объеМа раствора титранта будут различаться

только в сотых долях миллилитра. Все результаты титрования

заносят в лабораторный журнал.

После окончания ТИтрования из бюретки сливают титрант и

заполняют ее дистИллированной водой, остальную посуду моют,

рабочее месТо тщательно убирают (оно должно быть сухим и чистым).

3.3.4. Приготовление растворов по точной навеске

Сначала предварительно рассчитанную навеску реактива от­

бирают в бюкс с ПОМОЩЬю технохимических весов. Затем бюкс с

навеской взвешивают на аналитических весах.

В предварительно Вымытую до смачиваемости мерную колбу вставляют воронку с ВОзможно более широким отверстием. На­ веску реактива осТорожно пересыпают из бюкса в воронку. С во­

ронки реактив смывают в колбу струей дистиллированной воды

из промывалки. Бюкс с оставшимися в нем крупинками реактива

еще раз взвешивают на аналитических весах. По разности двух взвешиваний находят Значение массы взятой навески, которое

используют в дальнейших расчетах.

Мерную колбу заполняют примерно на две трети объема дис­ тиллированной водой (или другим растворителем в соответствии с методикой анализа), вынимают воронку и, перемешивая содержимое в колбе плавными круговыми движениями, добиваются полного раСтворения реактива.

После растворения реактива объем раствора в мерной колбе доводят до метки ДИСТl1ллированной водой. Последние 0,3+0,5 мл дистиллированной воды добавляют по каплям с помощью ка­

пельной пипетки. Метка мерной колбы должна находиться на

уровне глаз работающего. Жгутиком из фильтровальной бумаги

снимают капли воды, Оставшиеся выше метки на стенках гор­

лышка колбы. Плотно закрывают колбу проБКой и тщательно пе­

ремешивают раствор, перевертывая r-олбу 10+15 раз.

www.mitht.ru/e-library

41

4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТА АНАЛИЗА

4.1. Погрешности анализа

Для использования данных химического анализа в научных и

производственных целях необходимо, чтобы результаты анали­

зов были достоверны. Химический анализ вещества состоит из

ряда стадий, на которых проводят измерения физических вели­ чин, физические или химические воздействия на пробу. В титри­

метрии это проведение титрований, выполнение операций взве­ шивания, измерения объемов и других.

Известно, что при любых измерениях имеют место погрешно­

сти, а химические реакции протекают с конечной скоростью и, как

правило, обратимы. Экспериментатору необходимо уметь оце­

нить погрешности отдельных операций, стадий и анализа в це­

лом. В общем случае это является сложной задачей. Для ее ре­

шения используются правила и закономерности метрологии, ап­

парат математической статистики.

Погрешности принято подразделять на систематические, слу­

чайные и грубые (промахи).

Систематические погрешности возникают при действии по­

стоянных причин. Источником систематических погрешностей мо­

гут быть, например, неправильно градуированные приборы, мер­

ная посуда, не выверенные разновесы, загрязненные реактивы и

т.п. Погрешности этого типа постоянны во всех измерениях и

имеют постоянный знак, т.е. все измерения либо завышены, либо

занижены. Для получения достоверных результатов измерений и

анализов систематические погрешности должны быть выявлены,

учтены или устранены.

Случайные погреwности появляются в результате неболь­

ших изменений в условиях и ходе эксперимента. Эти изменения не контролируются экспериментатором вследствие ограниченной

точности используемых приборов, несовершенства методики эксперимента. Случайные погрешности устранить невозможно,

но можно оценить, используя аппарат математической статисти­

ки.

Грубые ошибки (промахи) в основном обусловлены субъек­

тивными качествами экспериментатора: невнимательностью и

неряшливостью, посторонними делами во время работы. Такой

стиль работы приводит к неверным отсчетам, неправильным за­ писям, не аккуратно выполненным операциям и другим ошибкам.

www.mitht.ru/e-library