Лабораторная работа №4 Спектрофотометрическое определение содержания хрома (VI) и марганца (VII) при совместном присутствии

Цель работы. Спектрофотометрическое определение содержания двух веществ в пробе при наличии в спектре поглощения раствора участка, в котором поглощает одно вещество.

Задание. Определить содержание хрома (VI) и марганца (VII) при совместном присутствии. Провести статистическую обработку и обсуждение результатов анализа.

Теоретическое введение. См. лабораторную работу №1.

Обоснование методики: Для определения хрома и марганца при совместном присутствии, их окисляют соответственно до бихромата и перманганата. Оптическая плотность исследуемого раствора пропорциональна содержанию марганца и хрома. В растворе не должны присутствовать восстановители, в том числе и хлорид-ионы. Так как в спектре имеется участок, в котором поглощает один из компонентов – KMnO₄, система уравнений

А(l₂)= e₂(l₂)lс₂

А(l₁)= e₁(l₁)с₁l+e₂(l₁)с₂l

упрощается следующим образом:

где с₁ и с₂ – соответственно концентрации K₂Сr₂O₇ и KМnO₄, моль/л.

e₁(l₁)‑ молярный коэффициент поглощения K₂Сr₂O₇ при l₁=440 нм,

e₂(l₂)‑ молярный коэффициент поглощения KМnO₄ при l₂=540 нм,

А(l₁),А(l₂)‑ оптические плотности раствора смеси при l₁=440 нм, l₂=540 нм

l‑ толщина поглощающего слоя раствора, см.

Для проведения определений применяют метод градуировочного графика. Этот метод применим для определения двух компонентов, когда имеется участок спектра, на котором поглощением одного из компонентов можно пренебречь.

Перед определением строят градуировочный график для K₂Сr₂O₇ при l₁=440 нм и для KМnO₄ при l₂=540 нм и по графику определяют концентрацию марганца С_м_n, так как влиянием K₂Сr₂O₇ при этой длине волны можно пренебречь.

Измеряют оптическую плотность А(l₁) анализируемой смеси при l₁=440 нм. Общая оптическая плотность представляет сумму оптических плотностей компонентов:

А(l₁)=А₁(l₁)+ А₂(l₁) ,

где А₁(l₁), А₂(l₁) ‑ оптические плотности при поглощении света бихроматом и перманганатом калия при (l₁=440 нм) в смеси. Значение А₂(l₁) определяют по прямой 2 (см. рис. 1 и 2). Концентрацию С_Mn в исследуемой смеси находят по прямой I. Затем по разности находят:

А₁(l₁) =А(l₁) - А₂(l₁)

По значению А₁(l₁) прямой 3 определяют концентрацию Cr в анализируемой смеси.

Экспериментальная часть

Аппаратура.

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2.

Посуда и реактивы:

Пипетки градуированные вместимостью 5;10 мл.;
Мерные колбы вместимостью 50,0 мл.;
0,100 М(1/5 КМnО₄) раствор КМnО₄. Перед применением 9,1 мл раствора разбавляют водой до 100 мл. Этот раствор содержит 0,100 мг марганца в 1 мл.;
Раствор К₂Сr₂О₇, с титром хрома 1,00 мг/мл.;
H₂SO₄, разбавленный 1:1 раствор.

Выполнение работы.

Готовят стандартный раствор перманганата калия из исходного 0,100 М, для этого градуированной пипеткой вместимостью 10,00 мл 9,10 мл исходного раствора KMnO₄ вносят в мерную колбу вместимостью 100,0 мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Для построения градуировочных графиков пипеткой отбирают соответственно 1,00; 2,50; 5,00; 7,50; 10,0 мл стандартного раствора КМnО₄ в мерные колбы вместимостью 50,0 мл, добавляют 5 мл H₂SO₄ и разбавляют дистиллированной водой до метки. Растворы тщательно перемешивают. Измеряют оптические плотности приготовленных стандартных растворов КМnО₄ при l₁=440 нм и l₂=540 нм в кюветах с толщиной поглощающего слоя 1 см. Полученные данные заносят в таблицу:

Стандартный Раствор	№ эталона	Объём эталона	Содержание в 50 мл		Оптическая плотность при 540 нм	Оптическая плотность при 440 нм
			Mn	Cr
КмnО₄	1 2 3 4 5	1,00 2,50 5,00 7,50 10,0	0,100 0,250 0,500 0,750 1,00
К₂Сr₂О₇	1 2 3 4 5	1,00 2,50 5,00 7,50 10,0		1,00 2,50 5,00 7,50 10,0

Строят градуировочные графики (например: рис. 1, прямые 1 и 2). Аналогично измеряют оптические плотности стандартных растворов бихромата калия при l= 440 нм, данные заносят в таблицу. Строят градуировочный график (например: прямая 3 на рис. 2).

Исследуемый раствор разбавляют до метки дистиллированной водой в колбе вместимостью 50,0 мл и тщательно перемешивают. Аликвоту раствора (5 мл) переносят в колбу вместимостью 50,0 мл, добавляют 5 мл H₂SO₄, разбавляют дистиллированной водой до метки. Раствор тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность при 540 и 440 нм. По полученным данным находят содержание Mn и Cr в растворе. Измерения повторяют три раза, проводят статистическую обработку и обсуждение результатов.