Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Дробный и систематический методы анализа↑ Стр 1 из 10Следующая ⇒ Содержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КАЧЕСТВЕННОМУ И КОЛИЧЕСТВЕННОМУ АНАЛИЗУ
Для студентов специальностей и направлений: “Лечебное дело”, “Экология и природопользование”, “Экология”, “Природопользование”, “Геология и разведка месторождений полезных ископамых”, “Агрономия”, “Ветеринария”, “Зоотехния”
Москва Издательство Российского университета дружбы народов
Утверждено Редакционно-издательским советом РУДН
Линко Р.В., Колядина Н.М., Гридасова Р.К., Рябов М.А. Лабораторные работы по качественному и количественному анализу для студентов специальностей и направлений “Лечебное дело”, “Экология и природопользование”, “Экология”, “Природопользование”, “Геология и разведка месторождений полезных ископаемых”, “Агрономия”, “Ветеринария”, “Зоотехния”. - М.: Изд-во РУДН, 2005.-104 с.
Лабораторные работы по качественному и количественному анализу подготовлены в соответствии с программами курсов химии специальностей и направлений “Лечебное дело”, “Экология и природопользование”, “Экология”, “Природопользование”, “Геология и разведка месторождений полезных ископаемых”, “Агрономия”, “Ветеринария”, “Зоотехния”.
Подготовлено на кафедре общей химии РУДН.
ã Российский университет дружбы народов, 2005 г.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ Для определения качественного химического состава вещества пользуются как химическими, так и физико-химическими методами анализа. Химические методы основаны на использовании химических реакций определяемого элемента с различными реагентами. В качественном анализе используются аналитические реакции. Аналитическая реакция - это реакция, которая сопровождается каким-либо внешним эффектом (образованием или растворением осадка, выделением газа, изменением окраски раствора и т.д.), позволяющим сделать вывод о наличии соответствующих ионов или молекул в анализируемом веществе. Аналитические реакции делятся на специфические и групповые. Специфическая реакция – это аналитическая реакция, внешний эффект которой характерен только для данного иона или соединения. С помощью специфической реакции ион может быть обнаружен в присутствии других ионов. Групповая реакция – это реакция, внешний эффект которой характерен для группы ионов. С помощью групповых реакций смеси ионов разделяют на аналитические группы. Большинство аналитических реакций выполняется в водных растворах. Так как подавляющее большинство неорганических соединений в растворах диссоциировано, то при анализе практически определяются не элементы вообще, а ионы. Поэтому качественный анализ делится на анализ (открытие, обнаружение) катионов и анализ анионов.
Дробный и систематический методы анализа Качественный анализ может быть выполнен дробным или систематическим методом. Дробный метод анализа заключается в том, что ионы открывают в любой последовательности при помощиспецифических реакций в отдельных пробах раствора в присутствии других ионов. Однако не всегда дробный метод можно использовать на практике, так как не для всех ионов имеются специфические реакции. Поэтому при анализе смеси ионов в основном пользуются систематическим методом анализа. Систематический метод качественного анализа заключается в том, что смесь ионов с помощью групповых реагентов предварительно разделяют в определенной последовательности на аналитические группы. Отдельные ионы внутри каждой группы обнаруживаются с помощью их аналитических реакций после разделения или в условиях, устраняющих (маскирующих) влияние других ионов.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КАТИОНОВ В основе кислотно- основной классификации катионов, предложенной С.Д. Бесковым и О.А. Слизковой, лежит их различное отношение к соляной и серной кислотам, к растворам щелочей и аммиака. Катионы делятся на шесть аналитических групп (см. табл. 1). Первая аналитическая группа катионов (растворимая группа) включает ионы К+, Na+ и NH4+. Эта группа не имеет группового реагента, так как большинство соединений катионов этой группы хорошо растворимо в воде. Вторая аналитическая группа катионов (хлоридная группа) включает катионы Ag+, Hg22+, Pb2+. Групповым реагентом является соляная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых хлоридов. Третья аналитическая группа катионов (сульфатная группа) включает катионы Ba2+, Ca2+, Sr2+. Их групповым реагентом является серная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых в воде сульфатов. Четвертая аналитическая группа катионов (амфолитная группа) объединяет катионы Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+. Групповым реагентом служит раствор щелочи, при действии избытка которого образуются растворимые комплексные соединения (гидроксокомплексы).
Таблица 1 Аналитическая кислотно-основная классификация катионов
Пятая аналитическая группа катионов (гидроксидная группа) включает ионы Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+. В качестве группового реагента используется 25%-ный раствор аммиака, который осаждает эти катионы в виде гидроксидов, нерастворимых в избытке реагента. Шестая аналитическая группа катионов (аммиакатная группа) объединяет ионы Сu2+, Co2+, Ni2+. Групповым реагентом является 25%-ный раствор аммиака, при избытке которого образуются растворимые в воде комплексные соединения (аммиакаты). Анализ смеси катионов I-VI аналитических групп, основанный на кислотно-основной классификации, начинают обычно с обнаружения иона аммония дробным методом.
Систематический анализ начинают с осаждения и отделения хлоридов катионов II аналитической группы. Затем переводят в осадок и отделяют сульфаты катионов III аналитической группы. При обработке раствора, полученного после осаждения катионов II и III аналитических групп, избытком раствора гидроксида натрия в осадок переводят основные по своей природе гидроксиды катионов V и VI групп, а в растворе остаются катионы IV аналитической группы в виде соответствующих гидроксокомплексов. При обработке концентрированным раствором аммиака осадка, содержащего катионы V и VI аналитических групп, катионы VI аналитической группы образуют растворимые комплексные соединения - аммиакаты, тогда как катионы V аналитической группы остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов. После разделения катионов на группы с помощью групповых реагентов проводят обнаружение ионов внутри каждой группы.
Лабораторная работа № 1 АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ I - III АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП Предварительные испытания 1. С помощью универсального индикатора определите рН раствора. 2. Проведите реакцию открытия иона NH4+ (см. л.р.1). 1. Осаждение хлоридов катионов II аналитической группы групповым реагентом HCl (2 М) 1.1. Поместите в центрифужную пробирку 2-3 мл исследуемого раствора и прибавьте к нему 8-10 капель 2 М раствора HCl. Перемешайте смесь стеклянной палочкой и затем отделите осадок от раствора центрифугированием. Проверьте полноту осаждения. Для этого к раствору над осадком (центрифугату) прибавьте еще 2-3 капли раствора HCl. Если при этом не происходит помутнение раствора, то осаждение полное. Осадок 1 Центрифугат 1 PbCl2, AgCl, Hg2Cl2 NH4+, Na+, K+, Ba2+, Ca2+ 1.2. Центрифугат 1 слейте с осадка в отдельную пробирку и напишите номер (стеклографом или восковым карандашом). Оставьте этот раствор для дальнейшего анализа. 1.3. Работайте с осадком 1. Осадок промойте дистиллированной водой, содержащей 2-3 капли HCl. Отделите осадок от раствора центрифугированием, осторожно слейте раствор с осадка в раковину. К промытому осадку добавьте 2-3 мл дистиллированной воды, перемешайте стеклянной палочкой и нагрейте на водяной бане. PbCl2 (если он есть) должен раствориться в горячей воде. В осадке останутся (если они есть) AgCl и Hg2Cl2 (осадок 2). 1.4. Отделите осадок 2 от раствора центрифугированием. Центрифугат 2 слейте в отдельную пробирку и проведите реакцию открытия Pb2+ (реакцией с KI). Осадок 2 Центрифугат 2 AgCl, Hg2Cl2 Pb2+ 1.5. К оставшемуся в центрифужной пробирке осадку 2 прибавьте 2-3 мл концентрированного раствора NH3, перемешайте смесь стеклянной палочкой. AgCl (если он есть) растворится в растворе аммиака с образованием бесцветного раствора аммиаката серебра [Ag(NH3)2]Cl (см. л.р. 2). Hg2Cl2 (если он есть) превращается в смесь [HgNH2]Cl и Hg - черного цвета (см. л.р. 2).Отделите осадок 3 от раствора центрифугированием. Осадок 3 Центрифугат 3 [HgNH2]Cl + Hg [Ag(NH3)2]+ + Cl- 1.6. К центрифугату 3 добавьте 1-2 капли фенолфталеина и затем по каплям раствор HNO3 (конц.) до исчезновения малиновой окраски. Комплексный аммиакат серебра [Ag(NH3)2]Cl (если он есть) разрушается с образованием белого осадка AgCl. Примечание. Если при проведении реакций Вы не наблюдаете ожидаемый эффект, следовательно, в Вашей задаче отсутствуют соответствующие катионы.
Осадок 4 Центрифугат 4 BaCrO4 NH4+, Na+, K+, Ca2+, Cr2O72- 2.3. Центрифугат 4 окрашен в оранжевый цвет из-за присутствия ионов Cr2O72-. К этому центрифугату прибавьте 5-7 капель раствора оксалата аммония (NH4)2C2O4. Если в растворе присутствуют ионы Ca2+, выпадает белый осадок, цвет которого хорошо виден после центрифугирования. Осадок 5 промойте дистиллированной водой и проверьте его растворимость в соляной и уксусной кислотах, а центрифугат 5 вылейте в раковину. Осадок 5 Центрифугат 5 СаC2O4 NH4+, Na+, K+, Cr2O72-
Осадок 6 Центрифугат 6 Карбонаты I и III групп Na+, K+ 3.3. К центрифугату 6 прибавьте 1-2 капли фенолфталеина, несколько капель раствора CH3COOH, до исчезновения малиновой окраски и немного свежеприготовленного раствора Na3[Co(NO2)6] (см. л.р. 1). Образование желтого осадка K2Na[Co(NO2)6] свидетельствует о присутствии в растворе ионов калия. 3.4. Для открытия ионов Na+ из исходного раствора с помощью раствора карбоната калия K2CO3 осаждают катионы II и III аналитических групп, а в растворе остаются ионы Na+. В центрифужную пробирку поместите 1-2 мл исходного раствора и прибавьте 1-2 мл раствора K2CO3. Отделите осадок от раствора центрифугированием. Осадок 7 Центрифугат 7 Карбонаты II и III групп Na+, K+ 3.5. К 2-3 каплям центрифугата 7 прибавьте 3-4 капли раствора K[Sb(OH)6] и охладите под струей холодной воды при потирании стеклянной палочкой (см. л.р.1). Образование белого мелкокристаллического осадка Na[Sb(OH)6] свидетельствует о присутствии ионов натрия.
Лабораторная работа № 5 Предварительные испытания. 1. Обратите внимание на окраску раствора. Отсутствие окраски дает возможность предположить, что в растворе нет катионов Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Cu2+, Co2+, Ni2+. Ионы: Cr3+ окрашивают раствор в фиолетовый цвет Fe2+ - «- в светло-зеленый цвет Fe3+ - «- в желтый цвет Mn2+ - «- в светло-розовый цвет Cu2+ - «- в голубой цвет Co2+ - «- в розовый цвет Ni2+ - «- в зеленый цвет. Примечание: в разбавленных растворах окраска ионов Fe2+ и Mn2+ не наблюдается. На основании цвета раствора сделайте предположение о возможном присутствии ионов. 2. С помощью универсального индикатора определите рН раствора. 3. Дробным методом проведите открытие ионов, обнаружению которых не мешают другие ионы: Fe2+ - реакция с гексацианоферратом (III) калия; Fe3+ - реакция с гексацианоферратом (II) калия и радонидом аммония; Mn2+ - реакция с висмутатом натрия в присутствии азотной кислоты. 4. Осаждение катионов V и VI аналитических групп Поместите в центрифужную пробирку 2 – 3 мл исследуемого раствора и прилейте к нему избыток раствора NaOH (2N). Смесь перемешайте стеклянной палочкой. Осадок 1 отделите от раствора центрифугированием. Центрифугат 1 слейте в отдельную пробирку и напишите на ней номер.
Осадок 1.Центрифугат 1. Fe(OH)2, Fe(OH)3, [Zn(OH)4]2-, Mn(OH)2, Cu(OH)2, [Al(OH)6]3-, Co(OH)2, Ni(OH)2 [Cr(OH)6]3-, 5. Открытие ионов Zn2+, Al3+, Cr3+ Поместите в пробирку 2 – 3 мл центрифугата 1 и прибавьте к нему для нейтрализации 1 – 2 мл раствора HCl (2N). Из полученного раствора в отдельных пробах дробным методом откройте ионы: Zn2+ - реакция с дитизоном; Al3+, - реакция с ализарином; Cr3+ - реакция с пероксидом водорода в избытке щелочи. 6. Растворение осадка 1 и открытие ионов Cu2+, Co2+, Ni2+ К осадку 1 прилейте 2 – 3 мл раствора HNO3 (2N) и нагрейте на водяной бане до полного растворения осадка. В растворе находятся ионы Fe3+, Mn2+, Cu2+, Co2+, Ni2+. Из полученного раствора в отдельных пробах дробным методом откройте ионы: Cu2+ - реакция с избытком раствора аммиака; Co2+ - реакция с роданидом аммония или калия; Ni2+ - реакция с реактивом Чугаева. Результаты анализа в виде уравнений реакций запишите в рабочей тетради и покажите отчет преподавателю.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Количественный анализ изучает методы определения количества составных частей (элементов, ионов, молекул, радикалов, функциональных групп и т.д.) в анализируемом образце (веществе, сложном материале, минерале, горной породе). Методы количественного анализа делятся на химические, физико-химические и физические. Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере количественное определение основано на использовании химических реакций, физико-химических или физических процессов. Соответственно трем агрегатным состояниям материи - твердому, жидкому и газообразному - количественные измерения проводят путем определения массы (взвешивание) и путем определения объемов жидких и газообразных веществ. К химическим методам относятся гравиметрический (весовой), титриметрический (объемный) и газовый анализ. Физические и физико-химические методы включают оптические, электрохимические, масс-спектральный, хроматографический, радиометрический и др.
Приемы титрования Прямое титрование - это простейший прием титрования, заключающийся в том, что к определенному объему раствора определяемого вещества (А) по каплям приливают титрант (рабочий раствор) вещества (В). Зная концентрацию и объем рабочего раствора (В), израсходованного на реакцию с определяемым веществом (А), можно легко вычислить концентрацию последнего:
Если основная реакция идет медленно, или нет подходящего индикатора для фиксирования точки эквивалентности, особенно при работе с неустойчивыми веществами, то применяют обратное или заместительное титрование. Обратное титрование - это процесс титрования, при котором к определенному объему раствора определяемого вещества (А) приливают точно известный объем титранта (В1), взятого в избытке. Избыток, не вошедшего в реакцию вещества (В1), оттитровывают раствором другого титранта (В2) точно известной концентрации. Расчеты производят по формулам:
nэ(A) = nэ(B1) - nэ(B2);
Титрование заместителя. Сущность этого метода заключается в том, что к определяемому веществу (А) прибавляют вспомогательное вещество (Р), реагирующее с ним с выделением эквивалентного количества нового вещества (А1), которое оттитровывают соответствующим титрантом (В). Другими словами, вместо непосредственного титрования определяемого вещества (А) титруют его заместитель (А1). Так как количества А и А1 эквивалентны, то количество вещества эквивалента определяемого вещества nэ(А) равно количеству вещества эквивалента титранта nэ(В): nэ(A) = nэ(А1) = nэ(B);
Таблица 2 Лабораторная работа № 1 Стандартизация раствора HCl Приготовьте для титрования штатив с бюреткой, коническую колбу, пипетку, маленькую воронку, стакан для слива растворов, индикатор - метилоранж. 1. Чистую бюретку промойте и затем заполните раствором соляной кислоты. Удалите воздух из нижнего конца бюретки. Выньте воронку и доведите уровень жидкости в бюретке до нулевого деления по нижнему краю мениска. 2. В колбу для титрования из общей бюретки отмерьте 10 мл титрованного раствора NaOH. 3. Добавьте цилиндром в колбу со щелочью 20-30 мл дистиллированной воды и 2-3 капли раствора метилоранжа. Раствор окрасится в желтый цвет. 4. Титруйте раствор NaOH раствором соляной кислоты, постепенно приливая раствор из бюретки при постоянном перемешивании. В конце титрования раствор из бюретки добавляйте по каплям. В точке эквивалентности раствор окрасится в оранжевый цвет. При добавлении лишней капли кислоты цвет раствора станет розовым. 5. Запишите в тетрадь объем соляной кислоты, пошедший на титрование щелочи. Титрование повторяйте до тех пор, пока не получите результаты, отличающиеся между собой не более чем на 0,1 мл. Результаты запишите в таблицу. 6. Зная объем щелочи (V(NaOH)), молярную концентрацию эквивалента щелочи (CЭ(NaOH)) и средний объем соляной кислоты (V(HCl)), пошедший на титрование, вычислите молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты (СЭ(HCl)) и ее титр (Т(HCl)). Полученный раствор соляной кислоты будет служить титрантом (рабочим раствором) в дальнейших определениях.
_____________________________________________________ ОБРАЗЕЦ оформления лабораторной работы в Титриметрическом анализе Лабораторная работа №... Дата “Название лабораторной работы” Первичный стандарт - СЭ(NaOH) = …………моль/л Определяемое вещество (титрант) - СЭ(HCl) =?, T(HCl) =? Индикатор - метилоранж Условия титрования - (рН среды, нагревание и т.д.) Уравнение реакции (в молекулярной и ионно-молекулярной формах): Результаты эксперимента заносятся в таблицу:
V ср. (HCl) = Вычисления:
Лабораторная работа № 2 ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ Определение жесткости воды имеет большое практическое значение и очень широко применяется в технике и промышленности. Жесткость воды возникает в результате растворения в ней солей кальция и магния. В зависимости от состава солей различают временную (бикарбонатную) и постоянную жесткость. Жесткость воды выражается числом миллимолей растворимых солей кальция и магния в 1 литре воды (ммоль/л).
Бикарбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния: Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. Она почти полностью устраняется при кипячении воды, так как растворимые бикарбонаты при этом разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов кальция и магния и гидроксокарбонатов магния: Сa(HCO3)2 ® ¯CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 ® ¯MgCO3 + CO2 + H2O 2 Mg(HCO3)2 ® ¯(MgOH)2CO3 + 3 CO2 + H2O Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней преимущественно сульфатов и хлоридов кальция и магния и при кипячении не устраняется. Сумма величин временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды: Жобщ.(Н2О) = Жвр. + Жпост. Существуют различные способы определения жесткости воды: определение временной жесткости с помощью метода нейтрализации; комплексонометрический метод определения общей жесткости. Бикарбонатная жесткость воды определяется титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого, так как рН в точке эквивалентности находится в области перехода окраски этого индикатора. Сa(HCO3)2 + 2 HCl ® CaCl2 + 2 H2CO3 Mg(HCO3)2 + 2 HCl ® MgCl2 + 2 H2CO3 До начала титрования рН раствора бикарбонатов кальция и магния больше 7 за счет гидролиза солей с участием аниона слабой кислоты. В точке эквивалентности раствор имеет слабокислую реакцию, обусловленную диссоциацией слабой угольной кислоты: Н2СО3 D НСО3- + Н+
Порядок выполнения работы 1. Отберите в коническую колбу пипеткой 100 мл исследуемой водопроводной воды или 10 мл приготовленной жесткой воды и добавьте 2-3 капли метилоранжа. 2. Оттитруйте воду рабочим раствором HCl до оранжевой окраски индикатора. Титрование повторите до получения сходящихся результатов. Результаты титрования запишите в таблицу (см. образец в лаб. раб 1). 3.Вычислите молярную концентрацию эквивалента солей Ca2+ и Mg2+ в воде:
4. Вычислите временную жесткость воды: Жвр.(Н2О) = СЭ(солей) · 1000,(ммоль/л) 5. Вычислите относительную ошибку определения Жвр.
Лабораторная работа № 3 МЕТОД КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ
Комплексонометрия - титриметрический метод анализа, основанный на реакциях комплексообразования определяемых ионов металлов с некоторыми органическими веществами, в частности, с комплексонами. Комплексоны - это аминополикарбоновые кислоты и их производные (соли). Реакции комплексообразования ионов металлов с комплексонами протекают быстро и стехиометрически количественно. В титриметрическом анализе широко используется один из представителей класса комплексонов - динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na2H2ЭДТА). Этот комплексон часто называют также трилоном Б или комплексоном III:
Трилон Б со многими катионами металлов образует прочные растворимые в воде внутрикомплексные соединения (хелаты). При образовании хелата катионы металла замещают два атома водорода в карбоксильных группах трилона Б и образуют координационные связи с участием атомов азота аминогрупп. Образование комплексного соединения можно представить схемой: Me2+ + H2ЭДТА2- ® [MeЭДТА]2- + 2 H+ Точку эквивалентности в процессе комплексонометрического титрования устанавливают с помощью металлохромных индикаторов, которые образуют с титруемыми ионами металлов растворимые окрашенные комплексные соединения, устойчивость которых меньше, чем устойчивость комплексных соединений тех же катионов с трилоном Б. Известно много металлохромных индикаторов. Некоторые из них универсальны, в частности, эриохром черный Т. При рН= 7-11 анион этого индикатора (HInd2-) имеет синюю окраску. С катионами металлов (Ca2+, Mg2+, Zn2+ и др.) в слабощелочном растворе (рН= 8-10) он образует комплексные соединения винно-красного цвета по схеме: Me2+ + HInd2- ↔ MeInd- + H+ синий винно-красный При титровании исследуемого раствора трилоном Б эти комплексные соединения разрушаются, так как ионы металла связываются трилоном Б в более прочный комплекс, а освобождающиеся анионы индикатора переходят в раствор, сообщая ему синюю окраску:
MeInd- + H2ЭДТА2- ↔ [MeЭДТА]2- + HInd2- + H+ винно-красный бесцветный бесцветный синий Кн([CaInd]-) = 3,9.10-6 Кн([CaЭДТА]2-) = 2,7.10-11 Кн([MgInd]-) = 1,0.10-7 Кн([MgЭДТА]2-) = 2,0.10-9 Для более полного протекания реакций комплексообразования (связывания образующихся ионов Н+) к исследуемому раствору при титровании добавляют аммиачный буферный раствор (NH4OH + NH4Cl), рН» 9. Лабораторная работа № 4 МЕТОДЫ РЕДОКСИМЕТРИИ
Методы редоксиметрии основаны на применении реакций окисления-восстановления. Рабочими растворами в редоксиметрии являются растворы окислителей или восстановителей. Следовательно, этими методами можно проводить количественные определения восстановителей и окислителей. Необходимым условием протекания окислительно-восстановительной реакции является наличие разности потенциалов (редокс-потенциалов) у реагирующих пар (пара - окисленная и восстановленная форма окислителя или восстановителя). Зная величины стандартных редокс-потенциалов (Ео) реагирующих пар, можно судить о направлении окислительно-восстановительных реакций. Окисленная форма пары с большим стандартным редокс-потенциалом является окислителем по отношению к восстановленной форме пары с меньшим потенциалом. Редокс-потенциал какой-либо пары зависит от концентраций окисленной и восстановленной форм, реакции среды, температуры и т.д. Его можно рассчитать по уравнению Нернста: E = Eo + где [Oк.] - концентрация окисленной формы; [Восст.] - концентрация восстановленной формы; n - количество электронов, участвующих в полуреакции. Реакция используется в количественном анализе, если разность потенциалов реагирующих пар (ЭДС системы) имеет значение 0,4-0,5 В. Методы редоксиметрии, в зависимости от используемых титрантов, могут подразделяться на: 1. Перманганатометрия. Титрант - раствор перманганата калия KMnO4. Индикатор - избыточная капля титранта. 2. Иодометрия. Титрант - раствор свободного иода I2 или тиосульфата натрия Na2S2O3. Индикатор - крахмал. 3. Дихроматометрия. Титрант - раствор дихромата калия K2Cr2O7. Методы применяются как для прямых, так и для косвенных определений.
И восстановителей При вычисления молярных масс эквивалентов окислителей и восстановителей исходят из числа электронов, которые присоединяет или отдает в данной реакции один моль вещества. Для нахождения молярной массы эквивалента окислителя (восстановителя) нужно его молярную массу разделить на число принятых (отданных) электронов в данной полуреакции. Например, в реакции окисления сульфата железа (II) перманганатом калия в кислой среде: 2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O 1 êMnO4- + 8 H+ + 5 e ® Mn2+ + 4 H2O 5 ê Fe2+ - e à Fe3+ ион MnO4- как окислитель принимает пять электронов, а ион Fe2+ как восстановитель отдает один электрон. Поэтому для расчета молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя их молярные массы следует разделить на пять и на один, соответственно. MЭ(KMnO4) = МЭ(FeSO4) = MЭ(Fe2+) = M(Fe2+) = 55,85 г/моль В реакции окисления сульфита натрия перманганатом калия в нейтральной среде: 2 KMnO4 + 3 Na2SO3 + H2O = 2 MnO2 + 3 Na2SO4 + 2 KOH 2 êMnO4- + 2 H2O + 3 e à MnO2 + 4 OH- 3 êSO32- + 2 OH- + 2 e à SO42- + H2O ион MnO4- принимает только три электрона, а ион восстановителя SO32- отдает два электрона, следовательно: MЭ(KMnO4) = MЭ(Na2SO3) = Из приведенных примеров видно, что молярные массы эквивалентов окислителей и восстановителей зависят от условий проведения реакций и определяются исходя из соответствующих полуреакций.
ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ
Метод основан на окислительно-восстановительных реакциях, в которых окислителем является перманганат-ион MnO4-. Перманганат калия проявляет окислительные свойства в кислой, нейтральной и щелочной средах. Однако его окислительная активность в кислой среде (Ео = 1,51 В) гораздо выше, чем в нейтральной (Ео = 0,59 В) и щелочной (Ео = 0,56 В) средах. Поэтому титрование перманганатом калия проводят в кислых средах.При восстановлении перманганат-ионов в кислой среде образуются почти бесцветные ионы Mn2+, что позволяет легко фиксировать точку эквивалентности. Полуреакция восстановления иона MnO4- в кислой среде может быть представлена следующей полуреакцией: MnO4- + 8 H+ + 5`e ® Mn2+ + 4 H2O Перманганатометрия используется не только для количественного определения восстановителей, но и окислителей. Восстановители обычно определяются методом прямого титрования раствором перманганата калия, окислители - методом обратного титрования. В этом случае раствором перманганата калия оттитровывают избыток восстановителя, приливаемого к окислителю. Индикатором в этом методе служит сам рабочий раствор - перманганат калия. Одна избыточная капля КMnO4 окрашивает бесцветный титруемый раствор в бледно-розовый цвет. Лабораторная работа № 6 ИОДОМЕТРИЯ
Иодометрия - метод объемного анализа, основанный на окислительно-восстановительных реакциях, которые связаны с восстановлением I2 до иодид-ионов I- или окислением иодид-ионов I- до свободного I2: I2 + 2 e ® 2 I- -иод расходуется 2 I- - 2 e ® I2 -иод образуется Свободный иод является относительно слабым окислителем. Его стандартный потенциал (Ео (I2/2I-) = + 0,54 В) находится приблизительно в середине полной таблицы окислительно-восстановительных потенциалов. Восстановители, имеющие стандартный электродный потенциал меньше, чем 0,54 В (например, Na2S2O3, и др.) могут быть окислены иодом; Окислители, стандартный электродный потенциал которых больше, чем +0,54 В (например, KMnO4, K2Cr2O7, Cu2+ и др.) будут окислять иодид-ионы. Таким образом, метод иодометрии может применяться для определения как окислителей, так и восстановителей. При проведении титрования необходимо учитывать, что I2 проявляет окислительные свойства только в средах, близких к нейтральной. В кислых растворах иодид-ионы легко окисляются до свободного иода даже кислородом воздуха (особенно под воздействием света), а в щелочной среде иод диспропорционирует с образованием I- и IO- - ионов. Рабочими растворами в методе иодометрии являются не только раствор иода (окислитель), но и раствор тиосульфата натрия (восстановитель). Обычно используют 0,1 или 0,05 моль/л рабочий раствор I2. Однако, иод малорастворим в воде (насыщенный раствор содержит ~ 0,03% по массе иода), поэтому для приготовления рабочего раствора иода пользуются его хорошей растворимостью в концентрированных растворах KI (не ниже 10% по массе), сопровождающейся образованием комплексного соединения K[I3]: I2 + KI ® K[I3] Комплексный ион [I3]-, имея малую константу устойчивости, легко диссоциирует на I- -ион и I2 и в растворах ведет себя так же, как и I2. Рабочий раствор иода в лабораториях часто готовят из фиксаналов (фиксанал - стандартный раствор высокой концентрации в запаянных ампулах заводского изготовления) путем разбавления содержимого ампулы в мерных колбах соответствующего объема (объем и число молей эквивалентов вещества в данном объеме указываются на ампуле). В связи с тем, что реакции с участием свободного иода идут медленно, для определения сильных окислителей обычно не используют метод прямого титрования. Для количественного определения сильных окислителей методом иодометрии проводят титрование заместителя. В этом случае к раствору окислителя (определяемого вещества) добавляют избыток раствора иодида калия KI. Окислитель вытесняет из него эквивалентное количество свободного иода I2. Выделившийся иод оттитровывают восстановителем - стандартным раствором тиосульфата натрия, и определяют содержание окислителя в анализируемом растворе. Индикатором в иодометрии служит свежеприготовленный 1 %-ный раствор крахмала. При взаимодействии его с иодом протекают два процесса: адсорбция иода на поверхности молекул крахмала и образование комплексного соединения синего цвета - иодкрахмала. Для уменьшения адсорбции при титровании окислителя крахмал добавляют в титруемый раствор в конце титрования, когда основное количество иода уже прореагировало.
Лабораторная работа № 8 СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА ТИОСУЛЬФАТА НАТРИЯ, Na2S2O3
Кристаллическому тиосульфату натрия соответствует форм
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-07-14; просмотров: 2679; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 13.58.32.115 (0.015 с.) |