Osnovy kolichestvennogo analiza (1)
.pdfУчебно-исследовательская лабораторная работа
Тема: Комплексонометрическое определение содержания ионов кальция и магния в воде
Цели работы: освоить комплексонометрический метод раздельного определения кальция и магния.
Необходимая посуда и реактивы: бюретка (25 мл), пипетка (10 мл), колба для титрования (250 мл), мерный цилиндр (100 мл), аммиачный буферный раствор, 2М раствор NaOH; 20%-ный раствор сахарозы, индикаторы (эриохром черный Т и мурексид).
Сущность метода: Общая жесткость воды обусловлена присутствием солей кальция и магния и выражается в миллиграмм-эквивалентах кальция н магния в литре воды. Вода, имеюшая жесткость до 3,57 мг-экв/л, считается мягкой, от 3,57 до 7,14 мг-экв/л – умеренно жесткой и свыше 7,14 мг-экв/л – жесткой. Санитарными нормами предусмотрено исцользование для питья воды, с жесткостью не более 7 мг-экв/л, в исключительных случаях и недолго – до 10 мг-экв/л (ГОСТ 2874-82).
Различают отдельно кальциевую и магниевую жесткость, а также постоянную и времениую (устраняемую кипячением) жесткость воды. Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Ее также называют щелочностью и определяют кислотно-основным титрованием в присутствии метилоранжа. Комплексонометрическое титрование (в зависимости от методики) позволяет определить общую или отдельно кальциевую жесткость воды.
Для раздельного определения кальция и магния при их совместном присутствии сначала определяют суммарное содержание (ммоль) кальция и магния, а затем – содержание одного кальция. Содержание магния находят по разности.
Определение суммарного количества кальция и магния основано на том, что в слабощелочной среде (рН = 9,0-9,2) эти катионы образуют с эриохромом черным Т растворимые комплексы винно-красного цвета (MeInd). При титровании трилоном Б (ЭДТА) эти комплексы превращаются в более устойчивые бесцветные комплексы, а в растворе накапливаются анионы индикатора, имеющие синюю окраску. По переходу окраски раствора из винно-красной в синюю судят о конце реакции:
MeInd + H2Y2– = |
[MeY]2– + Ind2– + 2H+ |
|
винно-красный |
бесцветный |
синий |
Определение кальция в присутствии магния основано на том, что в сильнощелочной среде (рН = 12-13) ионы магния образуют осадок гидроксида магния, тогда как ионы кальция остаются в растворе. Для подавления адсорбции ионов Са2+ на поверхности осадка гидроксида магния добавляют сахарозу, которая связывает ионы кальция в комплекс, не подвергающийся адсорбции. Затем проводят трилонометрическое титрование кальция в присутствии индикатора мурексида до изменения цвета от розового до сине-фиолетового.
101
Порядок выполнения работы. |
|
|
|
||||||
I. Определение суммы кальция и магния |
|
|
|||||||
1. |
Полученный в мерной колбе образец воды доведите до метки (100 мл) дис- |
||||||||
|
тиллированной водой и тщательно перемешайте. |
|
|
||||||
2. |
В колбу для титрования емкостью 250 мл отберите пипеткой 10,00 мл ис- |
||||||||
|
следуемого раствора. |
|
|
|
|||||
3. |
Добавьте 50 мл дистиллированной воды, 5 мл аммиачного буферного рас- |
||||||||
|
твора (NH4OH + NH4Cl с рН 9,2) и на кончике шпателя индикатор эрио- |
||||||||
|
хром черный Т, раствор должен окраситься в винно-красный цвет. |
||||||||
4. |
Бюретку заполните титрованным раствором трилона Б (ЭДТА) и оттитруй- |
||||||||
|
те пробу при постоянном и тщательном перемешивании до перехода окра- |
||||||||
|
ски винно-красной через фиолетовую в сине-голубую. При появлении фио- |
||||||||
|
летовой окраски титрование необходимо вести осторожно, чтобы не пере- |
||||||||
|
титровать раствор. |
|
|
|
|
|
|||
|
Титрование повторите не менее трех раз и из сходных результатов, отли- |
||||||||
|
чающихся не более чем на 0,1 мл, рассчитайте средний объем. Результаты |
||||||||
|
титрования запишите в таблицу. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Объем раствора трилона Б, |
Средний объем раство- |
|
Суммарное содержа- |
|||||
|
затраченный на титрование, мл |
ра трилона Б, мл |
|
ние кальция и магния, |
|||||
|
V1 |
|
V2 |
|
V3 |
Vср |
|
ммоль/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Рассчитайте суммарное содержание кальция и магния по общепринятой в |
||||||||
|
аналитической химии формуле: |
|
|
|
|||||
|
|
|
V |
ср ( трилона Б ) |
с ( трилона Б ) Vколбы ( л ) |
|
|
||
|
n (Ca 2 |
Mg 2 ) |
|
|
|
|
|
1000 , ммоль |
|
|
|
|
|
Vпробы |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где n(Ca2+ + Mg2+) – суммарное количество (ммоль) кальция и магния, содержащихся в 1 л воды;
Vср(трилона Б) – средний объем трилона Б, затраченный на титрование, мл;
Vколбы – объем мерной колбы (л);
с(трилона Б) – молярная концентрация трилона Б (моль/л);
Vпробы – объем пипетки (мл).
II. Определение кальция
1.В колбу для титрования емкостью 250 мл отберите пипеткой 10,00 мл исследуемого раствора.
2.Добавьте 50 мл дистиллированной воды, 2 мл 10%-ного или 2М раствора NaOH, 1 мл 20%-ного раствора сахарозы и индикатор мурексид до появления розовой окраски.
3.Бюретку заполните титрованным раствором трилона Б (ЭДТА) и оттитруйте пробу при постоянном перемешивании до перехода розовой окраски в фиолетовую. Титрование проводите медленно при энергичном перемешивании.
102
Титрование повторите не менее трех раз и из сходных результатов, отличающихся не более чем на 0,1 мл, рассчитайте средний объем. Результаты титрования запишите в таблицу.
Объем раствора трилона Б, |
Средний объем раство- |
Содержание кальция, |
||
затраченный на титрование, мл |
ра трилона Б, мл |
ммоль |
||
V1 |
V2 |
V3 |
Vср |
|
|
|
|
|
|
4. Рассчитайте содержание кальция по формуле:
n (Ca 2 |
V |
ср ( трилона Б ) с ( трилона |
Б ) Vколбы |
( л ) |
||
) |
|
|
|
|
1000 , ммоль |
|
|
Vпробы |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
где n(Ca2+) – количество (ммоль) кальция, содержащегося в 1 л воды; Vср(трилона Б) – средний объем трилона Б, затраченный на титрова-
ние, мл;
Vколбы – объем мерной колбы (л);
Vпробы – объем пипетки (10,00 мл);
с(трилона Б) – молярная концентрация трилона Б, моль/л. m(Ca2+) = n(Ca2+) M(1/2Ca2+), мг-экв/л
III. Определение магния
Из общего количества кальция и магния вычтите содержание кальция: n(Mg2+) = [n(Ca2+) + n(Mg2+)] – n(Ca2+), моль;
m(Mg2+) = n(Mg2+) M(1/2Mg2+), мг-экв/л
План оформления отчета:
1.Дата и название работы.
2.Цель работы.
3.Сущность метода.
4.Порядок выполнения работы.
5.Результаты полученных опытных данных.
6.Расчеты по полученным данным.
7.Выводы по работе.
103
Литература
Основная:
1.Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 1 –М.: Высш. шк., 1989. – 320 с.
2.Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Практикум по аналитической химии. Под ред. В.П. Васильева. – М.: Химия, 2000. – 326 с.
3.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 книгах. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа–М.: Высшая школа, 2010. – 560 с.
Дополнительная:
4.Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Под ред. В.А.Попкова. – М.: Высшая школа, 2008. – 239 с.
5.Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии. Кн. 1. Под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 2000, – 351 с.
6.Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учебное пособие для вузов. Под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 2001, – 463 с.
7.Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. – СПб: Химиздат, 2005. –
784 с.
8.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. – Химия, 1989. – 448 с.
104
Приложение
1. Плотности и концентрация растворов соляной кислоты
Плотность |
Содержание НCl |
Плотность |
Содержание |
|||
г/см3 |
|
|
г/см3 |
|
НCl |
|
при 20оС |
100 г |
1 л |
при 20оС |
100 г |
|
1 л |
1,000 |
0,3600 |
0,09872 |
1,105 |
21,36 |
|
6,472 |
1,005 |
1,360 |
0,3748 |
1,110 |
22,33 |
|
6,796 |
1,010 |
2,364 |
0,6547 |
1,115 |
23,29 |
|
7,122 |
1,015 |
3,374 |
0,9391 |
1,120 |
24,25 |
|
7,449 |
1,020 |
4,388 |
1,227 |
1,125 |
25,22 |
|
7,782 |
1,025 |
5,408 |
1,520 |
1,130 |
26,20 |
|
8,118 |
1,030 |
6,433 |
1,817 |
1,135 |
27,18 |
|
8,459 |
1,035 |
7,464 |
2,118 |
1,140 |
28,18 |
|
8,809 |
1,040 |
8,490 |
2,421 |
1,145 |
29,17 |
|
9,159 |
1,045 |
9,510 |
2,725 |
1,150 |
30,14 |
|
9,505 |
1,050 |
10,52 |
3,029 |
1,155 |
31,14 |
|
9,863 |
1,055 |
11,52 |
3,333 |
1,160 |
32,14 |
|
10,225 |
1,060 |
12,51 |
3,638 |
1,165 |
33,16 |
|
10,595 |
1,065 |
13,50 |
3,944 |
1,170 |
34,18 |
|
10,97 |
1,070 |
14,495 |
4,253 |
1,175 |
35,20 |
|
11,34 |
1,075 |
15,485 |
4,565 |
1,180 |
36,23 |
|
11,73 |
1,080 |
16,47 |
4,878 |
1,185 |
37,27 |
|
12,11 |
1,085 |
17,45 |
5,192 |
1,190 |
38,32 |
|
12,50 |
1,090 |
18,43 |
55,5095 |
1,195 |
39,37 |
|
12,90 |
1,095 |
19,41 |
5,829 |
1,198 |
40,00 |
|
13,14 |
1,100 |
20,39 |
6,150 |
|
|
|
|
105
2. Плотности и концентрация растворов хлорида натрия
Плотность |
Содержание |
Плотность |
Содержание |
Плотность |
Содержание |
|||
г/см3 |
NaCl |
г/см3 |
NaCl |
г/см3 |
NaCl |
|||
при 20оС |
100 г |
1 л |
при 20оС |
100 г |
1 л |
при 20оС |
100 г |
1 л |
1,005 |
1,00 |
10,1 |
1,044 |
6,4 |
66,6 |
1,101 |
14,0 |
154 |
1,007 |
1,2 |
12,1 |
1,046 |
6,6 |
68,7 |
1,105 |
14,5 |
160 |
1,008 |
1,4 |
14,2 |
1,048 |
6,8 |
70,8 |
1,109 |
15,0 |
166 |
1,009 |
1,6 |
16,2 |
1,049 |
7,0 |
73,9 |
1,113 |
15,5 |
173 |
1,0011 |
1,8 |
18,3 |
1,051 |
7,2 |
76,0 |
1,116 |
16,0 |
179 |
1,013 |
2,0 |
20,03 |
1,052 |
7,4 |
78,1 |
1,120 |
16,5 |
185 |
1,015 |
2,2 |
22,4 |
1,053 |
7,6 |
80,2 |
1,124 |
17,0 |
191 |
1,016 |
2,4 |
24,5 |
1,055 |
7,8 |
82,3 |
1,128 |
17,5 |
198 |
1,017 |
2,6 |
26,5 |
1,056 |
8,0 |
84,5 |
1,132 |
18,0 |
204 |
1,019 |
2,8 |
28,6 |
1,058 |
8,2 |
86,6 |
1,136 |
18,5 |
211 |
1,020 |
3,0 |
30,6 |
1,059 |
8,4 |
88,7 |
1,140 |
19,0 |
217 |
1,022 |
3,2 |
32,7 |
1,060 |
8,6 |
91,0 |
1,144 |
19,5 |
224 |
1,023 |
3,4 |
34,7 |
1,062 |
8,8 |
93,2 |
1,148 |
20,0 |
230 |
1,024 |
3,6 |
36,8 |
1,063 |
9,0 |
95,6 |
1,152 |
20,5 |
237 |
1,026 |
3,8 |
38,8 |
1,065 |
9,2 |
97,9 |
1,156 |
21,0 |
243 |
1,027 |
4,0 |
41,1 |
1,066 |
9,4 |
100,2 |
1,160 |
21,5 |
250 |
1,029 |
4,2 |
43,1 |
1,067 |
9,6 |
102,5 |
1,164 |
22,0 |
256 |
1,030 |
4,4 |
45,2 |
1,069 |
9,8 |
104,8 |
1,168 |
22,5 |
263 |
1,031 |
4,6 |
47,3 |
1,071 |
10,0 |
107,1 |
1,172 |
23,0 |
270 |
1,033 |
4,8 |
49,4 |
1,075 |
10,5 |
112,6 |
1,176 |
23,5 |
277 |
1,034 |
5,0 |
51,7 |
1,078 |
11,0 |
118 |
1,180 |
24,0 |
283 |
1,036 |
5,2 |
53,7 |
1,082 |
11,5 |
124 |
1,183 |
24,5 |
290 |
1,038 |
5,6 |
57,8 |
1,086 |
12,0 |
130 |
1,185 |
25,0 |
297 |
1,040 |
5,8 |
59,9 |
1,093 |
13,0 |
142 |
1,189 |
25,5 |
304 |
1,041 |
6,0 |
62,5 |
1,097 |
13,5 |
148 |
1,200 |
26,4 |
318 |
1,043 |
6,2 |
64,5 |
|
|
|
|
|
|
106
3. Номограмма для введения температурной поправки к плотности
107
4. Стандартные восстановительные (редокс) потенциалы (25оС)
Полуреакция |
о, В |
|
Полуреакция |
|
о, В |
||||
Ag+ + e |
|
Ag |
+0,80 |
|
[Mn(CN)6]3–+e [Mn(CN)6]4– |
–0,24 |
|||
[Ag(NH3)2]++e |
|
Ag |
+2NH3 |
+0,373 |
|
MnO 4 + e |
MnO 42 |
+0,56 |
|
AgCl + e |
|
Ag |
+ Cl– |
+0,283 |
|
MnO 4 +8H++5e |
Mn2++4H2O |
+1,51 |
|
Au+ + e |
|
Au |
+1,68 |
|
MnO 4 +2H2O+3e MnO2+4OH– |
+0,60 |
|||
Au3+ + 2e |
|
Au+ |
+1,41 |
|
[Mo(CN)6]3–+e [Mo(CN)6]4– |
+0,73 |
|||
Au3+ + 3e |
|
Au |
+1,50 |
|
N2 + 8H+ + 6e |
2NH 4 |
+0,26 |
||
Br2 + 2e |
|
2Br– |
+1,09 |
|
NO 3 +H2O+e |
NO 2 +2OH– |
+0,01 |
||
HBrO + H+ + 2e |
|
Br– +H2O |
+1,34 |
|
NO 3 +3H++2e |
HNO2+H2O |
+0,94 |
||
BrO 3 +5H++4e |
BrO+2H2O |
+1,45 |
|
NO 3 + 2H+ + e |
NO2 + H2O |
+0,80 |
|||
Cl2 + 2e |
|
2Cl– |
+1,36 |
|
NO 3 +H2O+e |
NO2+2OH– |
–0,86 |
||
Co3+ + e |
|
Co2+ |
+1,95 |
|
NO 3 +4H++3e |
NO+2H2O |
+0,96 |
||
Co2+ + 2e |
|
Co |
–0,29 |
|
NO 3 +2H2O+3e |
NO+4OH– |
–0,14 |
||
Co3+ + 3e |
|
Co |
+0,46 |
|
HNO2 + H+ + e |
NО + H2O |
+1,00 |
||
[Co(NH3)6]3++e |
|
[Co(NH3)6]2+ |
+0,1 |
|
O2 + 4H+ +4e |
2H2O |
+1,23 |
||
Cr3+ + e |
|
Cr2+ |
–0,41 |
|
O2 + 4H+ +4e |
2H2O (pH=7) |
+0,82 |
||
Cr2O 2 +14H++6e |
|
2Cr3++7H2O |
+1,33 |
|
O2 + 2H2O + 4e |
4OH– |
+0,40 |
||
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Cr(CN)6]3- + e |
|
[Cr(CN)6]4– |
–1,28 |
|
O2 + 2H+ + 2e |
H2O2 |
+0,68 |
||
Cu+ + e |
|
Cu |
+0,53 |
|
O2+H2O+2e |
HO 2 +OH– |
–0,08 |
||
Cu2+ + 2e |
|
Cu |
+0,35 |
|
H2O2 + 2H+ + 2e |
2H2O |
+1,77 |
||
Cu2+ + e |
|
Cu+ |
+0,16 |
|
HO 2 + H2O + 2e |
3OH– |
+0,88 |
||
Cu2+ + I– + e |
|
CuI |
+0,86 |
|
O3 + 2H+ + 2e |
O2 + H2O |
+2,07 |
||
F2 + 2e |
|
2F– |
+2,77 |
|
O3 + H2O + 2e |
O2 + 2OH– |
+1,24 |
||
Fe3+ + e |
|
Fe2+ |
+0,77 |
|
S + 2H+ + 2e |
H2S |
+0,17 |
||
[Fe(CN)6]3– + e |
|
[Fe(CN)6]4– |
+0,36 |
|
S + 2e |
S2– |
|
–0,48 |
|
2H+ + 2e |
|
H2 |
0,00 |
|
SO 42 +4H++2e |
SO2+2H2O |
+0,17 |
||
2H+ + 2e |
H2 (pH = 7) |
–0,414 |
|
SO 2 +H2О+2e |
SO 2 |
+2ОН– |
–0,93 |
||
|
|
|
|
|
|
4 |
3 |
|
|
2Hg2+ + 2e |
|
Hg 22 |
+0,91 |
|
S4O 62 + 2e |
2S2O 32 |
+0,09 |
||
Hg2+ + 2e |
|
Hg |
+0,85 |
|
Sn2+ + 2e |
Sn |
|
–0,14 |
|
Hg 2 + 2e |
|
2Hg |
+0,80 |
|
Sn4+ + 2e |
Sn2+ |
+0,15 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 +2е |
|
2I– |
+0,54 |
|
Tl+ + e |
Tl |
|
–0,36 |
|
IO 3 + 5H+ + 4e |
|
HIO+2H2O |
+1,14 |
|
Tl3+ + 2e |
Tl+ |
+1,25 |
||
HIO + H+ + 2e |
|
I– + H2O |
+0,99 |
|
Zn2+ + 2e |
Zn |
|
–0,76 |
|
Mn3+ + e |
|
Mn2+ |
+1,51 |
|
[Zn(NH3)4]2+ + 2e Zn |
+4NH3 |
–1,04 |
||
Cd2+ + e |
|
Co2+ |
–0,403 |
|
|
|
|
|
|
108
5. Характерные свойства некоторых кислотно-основных индикаторов
|
|
Интервал |
|
Цвет |
||
Индикатор |
рK |
перехода |
рТ |
|
|
|
кислотная |
основная |
|||||
|
|
окраски |
|
|||
|
|
|
форма |
форма |
||
|
|
|
|
|||
Тимоловый синий |
1,6 |
1,2–2,8 |
2,0 |
красный |
желтый |
|
Метиловый желтый |
3,1 |
2,9–4,0 |
3,0 |
красный |
желтый |
|
Метиловый оранжевый |
3,5 |
3,2–4,4 |
4,0 |
красный |
желтый |
|
Бромкрезоловый |
4,9 |
3,8–5,4 |
4,5 |
желтый |
синий |
|
зеленый |
|
|
|
|
|
|
Метиловый красный |
5,0 |
4,2–6,2 |
5,5 |
красный |
желтый |
|
Бромкрезоловый |
6,4 |
5,2–6,8 |
6,0 |
желтый |
фиолетовый |
|
пурпурный |
|
|
|
|
|
|
Бромтимоловый синий |
7,1 |
6,0–7,6 |
7,0 |
желтый |
синий |
|
Феноловый красный |
8,0 |
6,8–8,2 |
7,5 |
желтый |
красный |
|
Тимоловый синий |
9,0 |
8,0–9,2 |
8,5 |
желтый |
синий |
|
Фенолфталеин |
8,7 |
8,2–10,0 |
9,0 |
бесцветный |
розовый |
|
Тимолфталеин |
9,2 |
9,8–10,5 |
10,0 |
бесцветный |
синий |
|
Ализориновый желтый |
10,07 |
10,1–12,0 |
11,0 |
желтый |
фиолетовый |
|
Метрическая система мер
|
Меры длины или линейные |
|
Меры массы |
1 |
километр (км) = 1000 метров (м) |
1 |
тонна (т) = 1000 килограммов (кг) |
1 |
метр (м) = 10 дециметр (дм) = 100 |
1 |
центнер (ц) = 100 килограммов (кг) |
сантиметров (см) |
1 |
килограмм (кг) = 1000 граммов (г) |
|
1 |
дециметр (дм) = 10 сантиметров |
1 |
грамм (г) = 1000 миллиграммов |
(см) |
(мг) |
||
1 |
сантиметр (см) = 10 миллиметров |
|
1 кг = 1 103 г = 1 106 мг |
(мм) |
|
1 г = 1 103 мг = 1 106 мкг |
|
|
|
|
1 г = 1 10–3 кг |
|
|
|
1 мг = 1 10–3 г |
|
|
|
1 мкг = 1 10–6 г |
|
|
|
|
|
Меры площади |
|
Меры объема |
|
|
|
1 м3 = 1 000 дм3 = 1 000 000 см3 |
|
1 км2 = 1 000 000 м2 |
|
1 дм3= 1000 см3 |
|
1 м2 = 100 дм2 = 10 000 см2 |
|
1 л = 1 дм3 |
|
1 см2 = 1 10–4 м2 |
|
1 м3 = 1 000 л = 1 000 000 мл |
|
|
|
1 м3 =1 103 л = 1 106 мл |
|
|
|
1 л = 1 10–3 м3 |
|
|
|
1 мл = 1 10–3 л |
109
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначения
Множитель, |
|
|
|
Множитель, |
|
|
на который |
Наименова- |
Обозначе- |
|
на который |
Наимено- |
Обозначе- |
умножается |
|
умножается |
||||
ние |
ние |
|
вание |
ние |
||
основная |
|
основная |
||||
|
|
|
|
|
||
единица |
|
|
|
единица |
|
|
1012 |
тера |
Т |
|
0,1 |
деци |
д |
109 |
гига |
Г |
|
10–2 |
санти |
с |
106 |
мега |
М |
|
10–3 |
милли |
м |
103 |
кило |
к |
|
10–6 |
микро |
мк |
102 |
гекто |
г |
|
10–9 |
нано |
н |
10 |
дека |
да |
|
10–12 |
пико |
п |
110