close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

203.Аналитическая химия и физико-химические методы анализа

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
«Общая химия»
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
ОБЪЕМНЫЙ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Методические указания к лабораторным работам
Уфа-2008
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: О.Г. Горлевских
УДК 543 (083)
А 64
Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Объемный
титриметрический анализ: Методические указания к лабораторным работам /
Сост.: О.Г. Горлевских. – Уфа: Уфимск. гос. академия экономики и сервиса,
2008. – 12 c.
Приведены основные теоретические понятия титриметрического метода
анализа, методические указания по выполнению лабораторных работ,
контрольные вопросы и задачи.
Библиогр: 5
Рецензент: канд. хим. наук, доцент Т.Ш. Маликова
© Горлевских О.Г., 2008
© Уфимская государственная
академия экономики и сервиса, 2008
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Аналитическая химия – это наука, разрабатывающая теоретические
основы, методы и средства химического анализа, определения химического
состава исследуемого вещества и его строение.
Химический анализ широко используется для контроля производства и
качества продукции ряда отраслей народного хозяйства – химической,
нефтеперерабатывающей, пищевой, биотехнологии и т.д.
Создание и совершенствование методов, средств и методик анализа – это
основы аналитической химии.
Методы – это универсальные и теоретически обоснованные способы
определения состава безотносительно к определенному компоненту и к
анализируемому объекту.
Средства – приборы, реактивы, стандартные образцы, программы
компьютеров.
Методика анализа – это подробное описание анализа данного объекта с
использованием выбранного метода.
В аналитической химии наряду с другими анализами можно выделить
качественный и количественный анализы.
Качественный анализ решает вопрос о том, какие компоненты включает
анализируемый объект.
Количественный анализ – дает сведения о количественном содержании
всех или отдельных компонентов.
Методы определения можно классифицировать по характеру
изменяемого состава или по способу регистрации составляющего сигнала.
Методы определения можно разделить на химические, физические и
биологические.
1. Титриметрические методы анализа
1.1 .Сущность титриметрии
Вещества реагируют между собой в эквивалентном количестве (n1=n2).
Для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо
соотношение:
C1V1 = C2V2
(1)
из этого соотношения можно найти неизвестную концентрацию одного
из веществ (например, C2 (В)), если известны объем его раствора, объем и
концентрация прореагировавшего с ним вещества. Если известна молярная
масса эквивалента М2 (В), находят массу вещества:
m2 = C2 (В)М2 (В)
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Чтобы зафиксировать конец реакции, который называется точкой
эквивалентности или точкой стехиометричности (ТЭ), раствор с известной
концентрацией вещества (его называют титрантом, Т) постепенно,
небольшими порциями, добавляют к раствору определяемого вещества А до
ТЭ. Этот процесс называется титрованием.
Конец титрования экспериментально устанавливают по изменению цвета
индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора. Эта
точка называется «конечная точка титрования» (КТТ), которая обычно не
совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности.
Титрование, как и при определении концентраций рабочих растворов так
и при выполнении анализов, можно проводить двумя различными способами:
методом пипетирования и методом отдельных навесок.
1. Метод пипетирования: навеску анализируемого вещества растворяют
в мерной колбе, разбавляют водой до метки и тщательно перемешивают
раствор. Пипеткой отбирают отдельные порции (аликвоты) и титруют их.
2. Метод отдельных навесок: берут отдельные навески анализируемого
вещества, растворяют каждую из них в произвольном объеме воды и целиком
титруют получаемые при этом растворы.
Метод отдельных навесок выдает более точные, воспроизводимые
результаты, а метод пипетирования требует меньше времени.
1.2. Методы титрования
По способу титрования различают следующие методы: прямое, обратное
и по методу замещения.
При прямом титровании титрант (Т) непосредственно добавляют к
раствору титруемого вещества.
Метод обратного титрования применяют тогда, когда нет подходящего
индикатора. В этом случае к определяемому веществу приливают точно
измеренный заведомый избыток промежуточного вещества (титрант Т1),
доводят реакцию до конца, а затем находят количество непрореагировавшего
титранта Т1 титрованием его реагентом (рабочим растворомТ2) с
концентрацией С2.
Метод замещения применяют тогда, когда трудно определить точку
эквивалентности.
2. Метод нейтрализации (кислотно-основное титрование)
Методом нейтрализации называется объемный анализ, в котором
используются реакции:
кислота + основание → соль + вода
кислота1 + соль2 → соль1 + кислота2
основание1 + соль2 → соль1 + основание2
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При приливании рабочего раствора (обычно сильной кислоты или
сильной щелочи) к испытуемому раствору (титровании) в реакционной смеси
меняется рН раствора. Для фиксирования конечной точки титрования, которая
находится вблизи точки эквивалентности, применяются рН-индикаторы. Это
слабые органические кислоты (HInd) или слабые органические основания
(IndOH), ионы и недиссоциированные молекулы которых имеют разную
окраску. Цвет индикатора меняется при изменении величины рН в титруемом
растворе в результате сдвига равновесия в правую или левую сторону:
HInd
↔
H+
+ Ind окраска1
окраска 2
В каждом конкретном титровании для фиксирования точки
эквивалентности применяют тот индикатор, область перехода окраски
которого (рК±1) и показатель титрования (рТ) (то значение рН, при котором
заканчивается титрование с данным индикатором, называется показателем
титрования и обозначается через рТ) совпадают с областью скачка величины
рН на кривой титрования. При титровании около точки эквивалентности от
одной капли рабочего раствора происходит резкое изменение величины рН
титруемого раствора, тогда окраска индикатора, меняется тоже скачком. Это
дает возможность довольно точно фиксировать конец титрования
Определение содержания щелочи в растворе (мг)
Теоретическая часть
Наиболее удобным для установки титра хлороводородной кислоты
считают буру Na2B4O710H2O. Водный раствор его вследствие протолиза
имеет щелочную реакцию:
Na2B4O7 + 7H2O = 2NaOH + 4H3BO3
поэтому его можно титровать кислотами:
2NaOH + 2HCl = 2NaCl + 2H2O
В ходе титрования равновесие протолиза тетрабората натрия смещается
вправо и всё новые количества щёлочи поступают в раствор до тех пор, пока
вся соль полностью не прореагирует.
Из суммарного уравнения:
Na2B4O7 + 2HCl +5H2O = 2NaCl + H3BO3
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Видно, что в результате реакции накапливается слабая ортоборная
кислота. Следовательно, рН раствора в точке эквивалентности будет несколько
меньше 7:
рН=12рК - 12lgCкисл,
где рК – силовой показатель константы ионизации борной кислоты по
первой ступени, равный 9,24.
Cкисл. – концентрация кислоты в точке эквивалентности. Её можно
принять равной половине исходной концентрации буры, т.к. объём раствора в
конце титрования обычно в 2 раза больше затраченного раствора буры. Если
исходная концентраия раствора буры будет 0,1Н, то концентрация борной
кислоты в эквивалентной точке будет равна 0,05Н.
Отсюда, рН в точке эквивалентности равен:
рН = 129,24 - 12lg510-2 = 4,62+0,35 = 5
Так как область скачка на кривой титрования для данного случая
располагается от 6 до 4, то титрование можно проводить в присутствии
индикаторов метилоранжа (рТ=4) или метилкрасного (рТ=5.5). С выбранным
индикатором проводят титрование и на основании полученных данных
вычисляют точную концентрацию соляной кислоты (получают титрованный
раствор или рабочий раствор).
Пользуясь этим рабочим раствором, с помощью титрования можно
определять весовые количества щёлочи в растворах.
План выполнения лабораторной работы
Лабораторная работа складывается из нескольких операций:
1. Из навески готовят стандартный раствор тетрабората натрия (Na2B4O7
10 H2O).
2. Получают приблизительно 0,1М раствор хлороводородной кислоты.
3. Стандартизируют кислоту по тетраборату натрия (буре).
4. Определение содержания щелочи в растворе.
1. Приготовление 100мл стандартного 0,1Н раствора тетрабората натрия.
1.1. Вычислить приблизительную навеску буры Na2B4O710H2O (g1),
необходимую для приготовления 100мл 0,1Н раствора по формуле:
СнVМэ
g1= --------------1000
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поскольку один моль тетрабората натрия Na2B4O710H2O в этой реакции
взаимодействует с двумя молями ионов водорода, молярная масса эквивалента
его равна 381,4:2=190,7гмоль. Для приготовления 100мл 0,1Н раствора
требуется
0,1100190,7
g1= --------------------- = 1,907 г
1000
тетрабората натрия.
1.2. На аналитических весах взять навеску буры около 2 г. Для этого
сначала на аналитических весах взвесить сухой стаканчик и его массу записать
в лабораторный журнал, а затем в нём взвесить навеску буры: по разности
масс стаканчика с бурой и пустого определить точную навеску буры-g2(записать полученную массу в лабораторный журнал).
1.3. Перенести навеску из стаканчика количественно в мерную колбу на
100мл следующим образом: навеску буры растворить в стаканчике в
небольшом количестве горячей воды и осторожно перелить в мерную колбу
(не теряя при этом ни одной капли полученного раствора). Затем промыть
стаканчик 4-5 раз небольшим количеством горячей воды, выливая каждую
порцию в мерную колбу. Охладить полученный раствор до комнатной
температуры, долить до метки дистиллированной водой. Закрыть колбу чистой
пробкой и тщательно перемешать.
1.4. Рассчитать с точностью до пятой значащей цифры нормальность
полученного раствора (Сб) буры по формуле:
g21000
Сб= ---------------100190,7
2. Приготовление 250 мл 0,1М раствора HCl из концентрированной
хлороводородной кислоты.
2.1. Ареометром измерить плотность концентрированной соляной
кислоты (измерение производить под тягой).
2.2. Для полученной плотности по справочнику (Ю.Ю. Лурье:
Справочник по аналитической химии) найти молярность (она же молярная
концентрация эквивалента для HCl) концентрированный HCl (С1).
2.3. По формуле С1V1=0,1250 рассчитать V1 объём концентрированной
соляной кислоты (мл), необходимый для приготовления 250 мл 0,1М раствора
HCl (расчет приближенный).
2.4. Налить в пробирку с делениями рассчитанный объём
концентрированной соляной кислоты с небольшим избытком 0,1-0,3 мл.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.5. В склянку с притёртой пробкой налить мензуркой 250 мл
дистиллированной воды, вылить туда же отмеренный объём кислоты, закрыть
склянку и перемешать.
3. Стандартизация раствора хлороводородной кислоты по тетраборату
натрия.
3.1. Заполнить бюретку приготовленной соляной кислотой. Для этого
чистую бюретку сполоснуть приготовленным раствором HCl и заполнить
носик бюретки сплошным столбом раствора удалив пузырьки воздуха, и
проверить при этом действие шарикового затвора – не пропускает ли он
раствор. Налить раствор кислоты через воронку выше нулевой отметки
(воронку при этом приподнять для свободного выхода воздуха), убрать
воронку и установить уровень кислоты на нулевом делении по нижнему
мениску, выливая лишнюю кислоту через носик бюретки.
3.2. Чистую пипетку вместимостью 10 мл ополоснуть раствором буры.
Затем в две конические колбы для титрования отмерить этой пипеткой
аликвотные части раствора буры (Vб=10 мл). Для этого из мерной колбы
раствор буры перенести в стаканчик, предварительно сполоснув этим
раствором. Не выдувайте из пипетки последнюю каплю жидкости, а только
прикоснитесь концом к стенке колбы.
3.3. В каждую колбочку добавить по 1-2 капле метилоранжа и титровать
до перехода окраски индикатора из жёлтой в оранжевую (малиновую),
записывая каждый раз объём израсходованной кислоты по бюретке и доливая
её до «0».
3.4. Объёмы двух параллельных определений V1 и V2 не должны
отличаться друг от друга более чем на 0,20 мл в противном случае нужно
провести ещё одно титрование. Из двух определений рассчитать средний
арифметический Vк.
V1+V2
Vк= --------------2
3.5. Рассчитать с точностью до четвёртой
концентрацию кислоты по формуле:
СбVб
Ск = --------------Vк
значащей
цифры
3.6. Полученный результат показать преподавателю и получить задачу у
лаборанта.
4. Определение содержания щёлочи в растворе
4.1. Заполнить бюретку рабочим раствором хлороводородной кислоты
(Ск).
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2. Получить у лаборанта мерную колбу (Vм.к.) с неизвестным объёмом
раствора щёлочи, довести его до метки дистиллированной водой, тщательно
перемешать.
4.3. Взять пипеткой (Vпип=10 мл) аликвоту раствора щёлочи в две
колбочки для титрования, добавить в каждую порцию по 1-2 капли
метилоранжа и титровать кислотой до перехода жёлтой окраски в оранжевую
(малиновую).
4.4. Объёмы параллельных титрований не должны отличаться друг от
друга более чем на 0,20 мл. Затем из полученных объёмов рассчитать средний
арифметический (Vк).
4.5. Рассчитать с точностью до четвёртой значащей цифры массу щёлочи
(g, мг) по формуле:
СкVкМэ(щёлочи)Vм.к.
gщ= --------------------------------------,
Vпип
где Мэ (щёлочи) – молярная масса эквивалента щёлочи.
4.6. Показать преподавателю выполненную работу, получить у него
правильный результат (gпр) и рассчитать относительную погрешность по
формуле:
gщ - gпр
Погрешность (%) = --------------- 100%
gпр
Погрешность анализа не должна превышать 2 %. Если она больше 2 %,
то надо проанализировать выполнение работы и по указанию преподавателя
повторить её.
В ходе всей работы аккуратно вести записи в лабораторном журнале.
Контрольные вопросы
1. Какие вещества и почему могут быть использованы в качестве
стандартных для установления точной концентрации кислоты?
2. Что такое титрованный раствор. Какие концентрации рабочих
растворов обычно используют в методе нейтрализации?
3. Как практически фиксируется точка эквивалентности в методе
нейтрализации?
4. Какими соображениями руководствуются при выборе ёмкости
мерной посуды: бюретки, пипетки, мерной колбы?
5. Как правильно заполнить бюретку?
6. Какую химическую посуду можно ополаскивать тем раствором,
который затем в неё наливают?
7. Как правильно делать отсчёты на бюретке, пипетке, мерной колбе?
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Для чего титрование раствора одного и того же вещества нужно
проводить не менее двух раз. В каких случаях нужно увеличить число
титрований?
9. В каких случаях нужно делать точные вычисления, а в каких
приближенные?
10. Почему из концентрированных соляной и серной кислот нельзя сразу
приготовить разбавленные растворы точной концентрации?
11. Чем отличается установка нормальности рабочего раствора по методу
пипетирования и методу отдельных навесок?
12. Что такое аликвотная часть?
13. Как правильно пользоваться пипеткой? Почему нельзя выдувать
раствор из пипетки?
Задачи
1. Какую навеску х. ч. соды Na2CO3 нужно взять, чтобы приготовить 0,5
л 0,15Н раствора?
2. Сколько миллилитров воды надо прибавить в 10 мл 10М HCl чтобы
получить 0,50М раствор?
3. Сколько миллилитров соляной кислоты (g=1,19 гсм3) требуется для
приготовления 2,0 л 0,1М раствора?
4. Сколько миллилитров серной кислоты (g=1,835 гсм3) необходимо
для приготовления 3,0 л 0,2Н раствора?
5. Для приготовления 500мл раствора было взято 20 мл соляной
кислоты (g=1,19 гсм3). Вычислить молярную концентрацию раствора.
6. Сколько граммов щёлочи, содержащей 98% NaOH и 2%
индифферентных примесей, необходимо для приготовления 200 мл 0,1М
раствора?
7. Вычислить молярную концентрацию и титр раствора HCl, если на
титрование 0,4217 г буры израсходовано 17,5 мл этой кислоты.
8. Какую навеску х.ч. безводного K2CO3 нужно взять, чтобы на её
титрование израсходовать 20 мл 0,1М H2SO4?
9. Какую навеску щавелевой кислоты H2C2O42H2O нужно взять, чтобы
на её титрование израсходовать 15 мл 0,1М NaOH?
10. Вычислить нормальность H2SO4, если в 10 мл её добавили избыток
BaCl2. Масса полученного осадка после фильтрования, прокаливания
оказалась 0,2762 г.
11. Навеску 0,6000 г H2C2O42H2O растворили в мерной колбе ёмкостью
100мл. на титрование 20 мл полученного раствора израсходовали 18,34 мл
NaOH и его титр по H2C2O4
12. Навеску 0,5341 г щёлочи, содержащей 92% NaOH и 8%
индифферентных примесей, растворили в мерной колбе ёмкостью 100 мл.
Определить молярность и титр HCl, если на титрование 15 мл раствора NaOH
израсходовали 19,5 мл кислоты.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. До какого объёма нужно довести раствор, в котором содержится
1,530 г NaOH, чтобы на титрование 20 мл раствора израсходовать 14,7 мл HCl
(ТHCl=0,003800 гмл)?
Список литературы
1. Основы аналитической химии: Учеб. для вузов: в 2 кн. / Ю.А.
Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др.; Под ред. Ю.А. Золотова. – М.:
Высшая школа, 1990.
2. Алексеев В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев. – М.: Химия,
1972.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч. 2. / В.П. Васильев. – М.:
Высшая школа, 1989.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. –
М.: Химия, 1989.
5. . Задачник по количественному методу анализа / А.П. Мусакин, А.И.
Храповский, С.П. Шайнид, С.М. Эфрос. – М.: Химия, 1972.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: ГОРЛЕВСКИХ Ольга Григорьевна
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
ОБЪЕМНЫЙ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
Технический редактор: Р.С. Юмагулова
Подписано в печать 17.09.2008. Формат 60х84 1/16.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 0,47. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 150 экз.
Цена свободная. Заказ № 80.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145, к. 227; тел. (347) 241-69-85.
12
Документ
Категория
ГОСТ Р
Просмотров
65
Размер файла
261 Кб
Теги
анализа, физики, аналитическая, метод, 203, химия, химические
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа