Требования к умениям бакалавров Знать

Основы количественных методов анализа

Технику безопасности при работе в химической лаборатории

Уметь

Осуществлять выбор метода, отбор проб

Производить расчет точки эквивалентности, подборе индикатора, условий растворения и осаждения осадков

Решать задачи по соответствующему разделу

Производить расчет и готовить растворы заданной концентрации

Владеть

техникой лабораторного эксперимента, правилами выполнения лабораторного практикума с соблюдением требований техники безопасности;

важнейшими приемами работы с химической посудой, оборудованием и реактивами.

Кислотно-основное титрование в водном растворе

Приборы и реактивы. Мерные цилиндры вместимостью 10 и 100 мл, мерная колба вместимостью 100 мл, воронка, набор ареометров, набор пипеток вместимостью 10 – 15 мл, бюретка вместимостью 25 мл, конические колбы для титрования вместимостью 50-100 мл, стакан для слива избытка раствора из бюретки. Соляная кислота – исходный раствор с определенной массовой долей. Вода дистиллированная. Карбонат натрия, стандартный раствор 0,1000 н. Na₂CO₃. Метиловый оранжевый 0,1 %-ный водный раствор; фенолфталеин 0,1 %-ный раствор в 60 %-ном этаноле.

Приготовление раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л методом разбавления

Измерьте ареометром плотность исходного раствора соляной кислоты. Для этого в мерный цилиндр вместимостью 100 мл налейте примерно 70 мл исходного раствора соляной кислоты. Из набора ареометров выберите один (с плотностью выше, чем 1,0 г/см³), погрузите ареометр в цилиндр с кислотой, при всплытии ареометра выберите ареометр с более высокой плотностью. По плотности исходного раствора (ρ₁), который используете для приготовления заданного раствора, определите массовую долю (ω₁) кислоты НС₁ в этом растворе см. плотность растворов хлороводородной кислоты.

Рассчитайте объем исходного раствора V₁, который нужно взять для приготовления раствора объемом, равным V₂, с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л. Вычислите молярную концентрацию, моляльность, титр раствора кислоты, который вам необходимо приготовить. Данные внесите в таблицу

Исходный раствор

Плотность раствора

Объем раствора

Массовая доля

Заданный раствор

Объем

Молярная концентрация

Молярная концентрация эквивалента

Титр

Отмерьте мерным цилиндром или мерной пробиркой вычисленный объем V₁, исходного, более концентрированного раствора. Перелейте его в мерную колбу соответствующую V₂. Ополосните мерный цилиндр 1-2 раза дистиллированной водой, сливая воду в мерную колбу, долейте в колбу дистиллированной воды до метки. Колбу плотно закройте пробкой и перемешайте полученный раствор. Приготовленный раствор сохраните для следующих работ.

Стандартизация раствора соляной кислоты по раствору карбоната натрия

При титровании по фенолфталеину фактор эквивалентности карбоната натрия (или иона CO₃^2-) можно брать, равен единице, так как на этой стадии к иону CO₃^2- присоединяется один протон и образуется ион НCO₃-. Следовательно, молярная масса эквивалента карбоната натрия будет равна молярной массе соли. М(1/z*Na₂CO₃) = 105,99 г/моль. В этом случае молярная концентрация эквивалента соли будет равна молярной концентрации, поэтому для расчетов используется объем кислоты, пошедший на это титрование (V =V₁ – без удваивания).

Если титруют карбонат натрия в присутствии метилового оранжевого (до образования Н₂CO₃), то оттитровывают весь карбонат натрия полностью. Для расчетов используют весь объем кислоты, израсходованный на данное титрование. В этом случае фактор эквивалентности соли равен ½ и М(1/z* Na₂CO₃) = 52,995 г/моль.

Проведение анализа.

Пипеткой вместимостью 10,00 мл, отмерьте в три конические колбы раствор соды. В каждую колбу добавьте 20 мл дистиллированной воды и 1 – 2 капли метилоранжа. Колбу с содой титруйте раствором кислоты до перехода окраски из желтой в оранжевую.

Запишите объем раствора кислоты, пошедший на титрование с точностью до 0,1 мл. Первое титрование является ориентировочным.

Повторите титрование 2 – 3 раза. Кислоту в бюретке либо доводите до нулевого деления, доливая кислоту, либо, если позволяет объем кислоты, оставшейся в бюретке, доводите до ближайшего деления, от которого удобно вести отсчет, и продолжите титрование. Объемы израсходованной кислоты при титровании не должны отличаться больше чем на 0,2 мл.

При титровании с метиловым оранжевым удобно пользоваться свидетелем, т.е. раствором, который имеет окраску, до которой следует титровать исследуемый раствор. Для приготовления свидетеля в коническую колбу с помощью мерного цилиндра вносят 40 мл дистиллированной воды, одну каплю метилового оранжевого и 1-2 капли 0,1 м раствора кислоты до появления оранжевой окраски.

Из полученных значений объема кислоты, пошедшей на титрование соды, найдите среднее значение и вычислите молярную концентрацию эквивалента кислоты и титр раствора кислоты:

С(1/z*НC_l)=Vсоды* С(1/z*соды)/ Vкислоты

Т (HCl)= С(1/z*НCl)*М(1/z*НCl)/1000

T (HCl/NaCO₃)= С(1/z*НCl)* М(1/z* NaCO₃)/10³

Окислительно-восстановительное титрование.

Перманганатометрия

Приборы и реактивы.

Мерная колба вместимостью 100 мл, воронка, набор пипеток вместимостью 10 – 15 мл, бюретка вместимостью 25 мл, конические колбы для титрования вместимостью 250-100 мл, мерные цилиндры, стакан для слива избытка раствора из бюретки.

Щавелевая кислота Н₂С₂О₄ .2Н₂О (0,05 н.) или оксалат аммония(NH₄)₂С₂О₄; 0,05н раствор КМnО₄; раствор Н₂SО₄ (1 : 5); и 2 н. Н₂SО₄; цинк (гранулы или пыль); FeSO₄; раствор Н₂О₂ Смесь Рейнгарда-Циммермана: 60 г сульфата марганца(II) растворяют в 500 мл воды, прибавляют 132 мл концентрированной Н₃РО₄ и 140 мл концентрированной Н₂SО₄ и доводят объем раствора до 1 л.

В сильнокислой среде перманганат-ионы обладают высоким окислительно-восстановительным потенциалом, восстанавливаясь при этом до Мn(II). Поэтому перманганат калия применяют для определения многих восстановителей. Окисление восстановителей можно проводить в различных средах. Перманганат калия в кислой среде восстанавливается до ионов Мn²⁺, в нейтральной – до марганца(IV) или диоксида марганца МnО₂, в щелочной среде – до марганца(VI) или манганата калия (К₂МnО₄).

В методе перманганатометрии титрование чаще проводят в кислой среде:

МnО₄¯ + 8 Н⁺ + 5 ē = Мn²⁺ + 4 Н₂О, φ° = 1,51 В,

М(1/z* КМnО₄) = 31, 608 г/моль.

Реже используют титрование в нейтральной среде:

МnО₄¯ + 2 Н₂О + 3 ē = МnО₂ + 4 ОН^-, φ° = 0,60 В,

М(1/z* КМnО₄) =52,68 г/моль.

При титровании перманганатом, не применяют индикаторы, так как титрант сам окрашен и является чувствительным индикатором: 0,1 мл 0,01 М раствора КМnО₄ окрашивает 100 мл воды в бледно-розовый цвет.

Приготовление 0,1 н. (0,05 н.) раствора перманганата калия

Титрованный раствор перманганата калия по точной навеске кристаллического КМnО₄ приготовить нельзя. Поэтому раствор перманганата калия относится к вторичным стандартным растворам. Сначала готовят раствор КМnО₄, приблизительной концентрации близкой к необходимой концентрации. Навеску берут несколько больше расчетной величины. КМnО₄ является сильным окислителем и изменяет свою концентрацию в присутствии различных восстановителей. Приготовленный раствор перманганата калия выдерживают 7– 10 дней в темном месте для того, чтобы прошли все окислительно-восстановительные процессы с примесями, содержащимися в воде. Для быстрого приготовления раствор перманганата калия доводят до кипения. Затем раствор фильтруют через фильтрующий тигель с пористой стеклянной перегородкой (тигель или воронка Шотта). Только после этого концентрация раствора становится постоянной и его можно стандартизировать по щавелевой кислоте или по оксалату аммония. Раствор перманганата калия с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л и выше не изменяет свой титр довольно продолжительное время.

При титровании необходимо исключить длительный контакт титранта с резиной.

Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте или оксалату аммония (натрия)

Способ определения основан на окислении щавелевой кислоты перманганат-ионами в кислой среде:

5 НООС–СООН + 2КМnО₄ + 3Н₂SО₄ = 2МnSО₄ + 10СО₂↑ + К₂SО₄ + 8Н₂О

Н₂С₂О₄ + 2 ē = 2 СО₂↑ + 2Н+ 5

МnО₄¯ + 8 Н⁺ + 5 ē = Мn²⁺ + 4 Н₂О ₂

5 Н₂С₂О₄ + 2 МnО₄¯ + 16 Н⁺ = 10 СО₂ + 2 Мn²⁺ + 8 Н₂О

f ЭКВ, (Н₂С₂О₄) = 1/2; fЭКВ,(КМnО₄) = 1/5

Реакция взаимодействия перманганата калия со щавелевой кислотой относится к автокаталитическим реакциям. Реакция окисления щавелевой кислоты протекает в несколько стадий. Первые капли перманганата калия даже в горячем растворе обесцвечиваются очень медленно. Для ее начала необходимо присутствие в растворе хотя бы следов Мn²⁺

υ(1/z*X) = υ(1/z* КМnО₄)

С1(1/z* Н₂С₂О₄*2Н₂О)*V1(Н₂С₂О₄*.2Н₂О) = С2(1/z* КМnО₄)*V2(КМnО₄)

Проведение анализа. В коническую колбу для титрования налейте мерным цилиндром 20 мл раствора Н₂SО₄ (1:5) и нагрейте 80 – 90^о С. Бюретку заполните КМnО₄, доведите уровень жидкости до нулевой отметки по верхней границе раствора. В горячий раствор кислоты пипеткой внесите 10,00 мл (точно) раствора щавелевой кислоты (оксалата натрия) и титруйте раствор кислоты раствором перманганата калия.

В начале титрования прибавляйте раствор КМnО₄ из бюретки дожидаясь обесцвечивания раствора в колбе. Для лучшего определения окраски подложите под колбу лист белой бумаги. Когда обесцвечивание раствора будет проходить быстро, раствор титранта прибавляйте по каплям. В точке эквивалентности от прибавления одной капли титранта раствор приобретает бледно-розовую окраску устойчивую в течение 30 секунд. Оттитруйте еще две пробы. Результаты параллельных определений не должны отличаться более чем на 0,1 – 0,2 мл. Рассчитайте концентрацию и титр определяемого вещества в растворе, используя среднее значение объема титранта, пошедшего на титрование.

Контрольные вопросы и задачи

1. Основы гравиметрического метода

2. На основе учета каких факторов осуществляется расчет осадителя

3. Гравиметрический метод.

4. Особенности титриметрического метода.

5. Что отражают кривые титрования

6. Понятие кривых титрования.

7. Как осуществляется фиксирование точки эквивалентности.

8. Особенности прямого, заместительного, косвенного титрования.

9. Сущность титриметрии.

10. Какие требования предъявляются к реакциям в титрометрии.

11. Как осуществляется выбор индикатора при титровании кислотами и основаниями. Индикаторные ошибки.

12. Особености комплексометрического титрования.

13. Особенности окислительно-восстановительного титрования.

14. Особенности:

15. Перманганатометрии. Иодометрии. Броматометрии. Хроматометрии.

Методический инструментарий преподавателя:

-активные формы: фронтальный опрос.

Средства контроля: Тест, задания и задачи (см. фонд оценочных средств)

Содержание внеаудиторной работы бакалавра при подготовке к занятию

1. Владеть содержанием вопросов (по лекции).

2. Законспектировать вопос: Гетерогенные равновесия в ионных системах. Равновесия в растворах комплексов. Работа в группах.

3. Подготовиться к диагностической самостоятельной работе в форме опроса и теста

4. Изучить термины по данной теме

Используемая литература