Методические указания к практическим работам дисциплины ОП. 08 Химические и физико-химические методы анализа
ГБПОУ «Чебаркульский профессиональный техникум»
Методические указания
по выполнению практических и лабораторных работ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ОП.08 Химические и физико-химические методы анализа
основной профессиональной образовательной программы по специальности среднего профессионального образования
22.02.05. (150412) ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
(базовый уровень подготовки)
Чебаркуль
Методические указания по выполнению практических работ составлены в соответствии с Федеральным государственным стандартом (далее – ФГОС) по специальности среднего профессионального образования (далее – СПО) 22.02.05. (150412) «Обработка металлов давлением», утверждённым приказом Министерства образования и науки РФ от 24.11.2009 г. № 656.
Составитель:
Соколова Марина Геннадьевна, преподаватель ЕНД ГБПОУ ЧПТ
Рассмотрены и одобрены на заседании цикловой комиссии ЕНД« ___» ________________20__ г. Протокол № ____ от_______________________
Председатель ЦК : _________________/ Пуртова Т.И./
Согласована с заместителем директора по УР: ________________/Поставит Ю.Г./
Основные компетенции, реализуемые при выполнении практических и лабораторных заданий
Формирование соответствующих компетенций связано с решением за-дач по развитию у студентов специальности соответствующих знаний, умений, навыков. После выполнения практических занятий по данному курсу студент должен
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:
- проводить физико-химический анализ металлов и оценивать его результаты;
- использовать химические, физико-химические методы анализа сырья и продуктов металлургии.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:
- методы химического и физико-химического анализа свойств и структуры металлов и сплавов;
- процессы окислительно-восстановительных реакций взаимодействия металлов (сырья) металлических порошков с газами и другими веществами;
- физические процессы механических методов получения металлических порошков
Наименование практических и лабораторных работ
Наименование работы
Количество часов
Компетенции
Примечание
Тема 1.1.
Введение в аналитическую химию
Практическая работа
№ 1 Расчет абсолютной и относительной ошибок.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Тема 1.2.
Гравиметрический (весовой) анализ качества сырья и продуктов металлургии
Лабораторная работа.
№ 1. Анализ качества сырья и продуктов металлургии с использованием аналитических весов.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Лабораторная работа № 2. Определение массовой доли влаги в хлориде бария весовым методом.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Лабораторная работа № 3. Определение серы в растворимых сульфатах.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа № 2. Решение типичных задач на гравиметрический метод.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Тема 1.3.
Титриметрический (объёмный) анализ качества сырья и продуктов металлургии
Лабораторная работа № 4. Приготовление и стандартизация 0,1 М раствора хлороводородной кислоты
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа
№ 3. Расчет концентрации растворов по различным параметрам.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа
№ 4. Решение типовых задач на титриметрический (объёмный) анализ качества сырья и продуктов металлургии
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Тема 2.1.
Фотометрический анализ качества материалов металлургического производства
Лабораторная работа № 5. Определение концентрации ионов меди в электролите латунирования дифференциально-фотометрическим методом.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа
№ 5. Сравнительная характеристика электрохимических методов анализа.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа
№ 6.Решение типовых задач на фотометрический анализ
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Тема 2.2.
Хроматографический
анализ качества материалов металлургического производства
Практическая работа
№ 7. Разделение ионов железа и меди из смеси методом бумажной хроматографии.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Практическая работа
№.8. Решение типовых задач по хроматографическому анализу.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Тема 3.1.
Эмиссионный спектральный и рентгеноспектральный виды анализа
Практическая работа
№. 9. Проведение спектрального анализа сырья и продуктов металлургии с помощью спектрографа.
2
ПК4.1 ПК 4.3,П 4.4
Код
Наименование результатов освоения
4.1
Выбирать методы контроля, аппаратуру и приборы для контроля качества
продукции.
4.2
Оценивать качество выпускаемой продукции.
4.4
Предупреждать появление, обнаруживать и устранять возможные дефекты выпускаемой продукции
АННОТАЦИЯ
Целью практических работ является закрепление теоретического материала курса, ознакомление с методикой и практикой контрольных мероприятий, формулировка выводов, составление отчёта по работе.
По окончанию выполнения практических работ для закрепления изученного материала студент пишет итоговую работу в форме реферата по одной из изученных тем. Выбор темы - на усмотрении преподавателя.
Рекомендации по выполнению лабораторных работ
Подготовка к работе
Подготовка к выполнению лабораторной или практической работе начинается дома:
а) внимательно изучите теоретические основы лабораторной или практической работы;
б) ознакомьтесь с предстоящей работой по ее описанию и составьте план эксперимента;
в) составьте уравнения реакций, которые вы будете проводить, в случае затруднения обратитесь к учебнику;
г) перепишите в свою рабочую тетрадь - лабораторный журнал - форму лабораторного отчета, заполнив те его разделы, которые могут быть заполнены до выполнения эксперимента;
д) письменно ответьте на контрольные вопросы, помещенные после описания лабораторной работы или выданные преподавателем.
В идеале вы должны подготовиться так, чтобы выполнять эксперимент, руководствуясь только своими записями и не обращаясь в лаборатории к данному пособию.
В лаборатории
При условии добросовестного выполнения требований раздела 1 эксперимент займет у вас минимум времени. Эффективность работы еще больше возрастет, если вы будете соблюдать следующие простые правила:
а) соблюдайте чистоту и порядок на своем рабочем месте;
б) не загромождайте рабочее место посторонними предметами; не приходите в лабораторию в верхней одежде;
в) перед началом работы проверьте по списку, приведенному в описании работы, наличие на вашем рабочем месте необходимого оборудования и реактивов, убедитесь в чистоте химической посуды, при необходимости вымойте ее;
г) взяв с полки реактив и отобрав нужное количество, поставьте склянку на место, никогда не выливайте излишки реактива обратно в склянку;
д) сухие реактивы берите только специальными ложечками и кладите в чистые, сухие пробирки;
е) не проводите опыты, не указанные в лабораторной работе - это может привести к несчастному случаю;
ж) внимательно изучите правила техники безопасности при работе в химической лаборатории и неукоснительно их соблюдайте.
Правила техники безопасности
Во избежание несчастных случаев необходимо:
1) все опыты с ядовитыми, неприятно пахнущими веществами, а также упаривание кислот и кислых растворов проводить в вытяжном шкафу; при разбавлении кислот лить маленькими порциями кислоту в воду, а не наоборот;
2) опыты с легковоспламеняющимися веществами проводить вдали от огня;
3) при нагревании растворов в пробирках пользоваться держателем и всегда держать пробирку так, чтобы ее отверстие было направлено в сторону от работающих;
4) не наклонять лицо над нагреваемой жидкостью или сплавляемыми веществами;
5) нюхать любые вещества нужно с осторожностью, направляя к себе пары или газы легким движением руки;
6) со всеми веществами в лаборатории обращаться как с ядовитыми: не пробовать на вкус, не трогать руками; после работы тщательно вымыть руки;
7) при работе с солями некоторых металлов (по указанию преподавателя) производить слив реактивов в специальную тару под тягой.
Тема 1.1.
Введение в аналитическую химию
Практическое занятие № 1 Расчет абсолютной и относительной ошибок
Краткие теоретические сведения
Анализ считается выполненным более точным, чем меньше различаются результаты параллельных определений между собой.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Абсолютная ошибка – разность между полученным результатом и истинным или наиболее достоверным значением.
13 EMBED Equation.3 1415
Относительная ошибка – отношение абсолютной ошибки к истинному значению.
13 EMBED Equation.3 1415
Пример 1. Определение доверительного интервала.
Условие: при определении объёма измерительного сосуда получено среднее значение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] из n измерений. Известно эмпирическое стандартное отклонение – S. Определить доверительный интервал с заданной доверительной вероятностью Р.
Дано:
n = 26
S = 0,0065 мл
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] = 9,982 мл
Р = 0,95
Найти [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Решение
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Находим t по табл. 2.2, t = 2,060.
Рассчитываем симметричную границу доверительного интервала [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]=3· 10-3.
Ответ: действительное значение – объём измерительного сосуда – накрывается интервалом [9,985: 9,979], т.е. 9,979 < Х0 < 9,985.
Пример 2. Определение абсолютной и относительной ошибки.
Условие: содержание кристаллизационной воды в веществе равно 14,75 г/моль найдено 14,70 г/моль. Рассчитать абсолютную и относительную ошибку определения.
Дано:
g0 = 14,75г/моль
gх = 14,70 г/моль
Найти d
Решение: абсолютную ошибку определяем по формуле:
d = qх - qо; d = 14,70 – 14,75 = - 0,05 г/моль.
Относительная ошибка – это отношение абсолютной ошибки к истинному значению определяемой величины, выраженное в процентах:
d 0 = [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]г/моль; d 0 = [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Ответ: d = -0,05 г/моль; d 0 = -0,34 %.
Пример 3. Определение доверительного интервала по данным измерения.
Условие: результаты определения серы в керосине 0,724; 0,693; 0,755, 0,725, 0,740 % . Рассчитайте доверительные границы для истинного значения с доверительной вероятностью 95 %.
Дано:
х1 = 0,724%;
х2 = 0,693%;
х3 = 0,755%;
х4 = 0,725%
х5 = 0,740%
Рд = 95%
n = 5
Найти [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Решение
Для вычисления доверительного интервала по формуле [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Находим определить среднее содержание серы в пробе керосина и эмпирическое стандартное отклонение по формуле [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Составим табл.2.6.
Таблица 2.6
Представление расчетных величин
№ п/п
х ,%
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ],%
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] или S = 0,023%.
Доверительный интервал при доверительной вероятности 95% (t = 4,303; f = n –1):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Ответ: 0,70< 0,73 < 0,76.
Пример 4. Определение необходимого числа измерений для обеспечения требуемой точности результата.
Условие: сколько параллельных измерений необходимо выполнить для сужения доверительных границ до [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 2,0 мкг/мл железа в отработанном дизельном топливе атомно-абсорбционным методом при эмпирическом стандартном отклонении S = 2,4 мкг/мл с доверительной вероятностью 95 % ?
Дано:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]= [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Fe
S = 2,4 мкг/мл
Рд=95 %
Найти n
Решение
Доверительный интервал при неизвестной дисперсии s 2х имеет вид [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
По условию [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]. Для обеспечения заданной точности необходимо использовать соотношение: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], где D · – допустимая норма погрешности. Таким образом, n – необходимое число измерений можно найти из соотношения: n[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Поскольку [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] – случайная величина, значения n находят методом последовательных приближений n = 7 и проверяют его соответствие условию: коэффициент [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]из табл. 2.1 равен t0,95 = 2,447, доверительный интервал: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]. Семь измерений не удовлетворяют условию. Предполагаем n = 9. Для n – 1 = 8 в табл. 2.1 нет значения t, поэтому применяем прием интерполяции: t0,95 = 2,262; t0,95 = 2,447, находим разницу, приходящуюся на единицу: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], которую либо суммируем со значением t0,95, либо вычитаем из t0,95.
n = 5, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; n = 7, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ];
n = 9 – интерполируем; t0,95 =2,262; t0,95 = 2,447;
находим разницу между ними: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Окончание: тогда для n = 9 t0,95 = 2,262 + 0,07 = 2,200; интервал:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] – результат сильно занижен.
Итак, для n = 7,
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
Рассчитываем доверительный интервал для n = 8 t0,95 = 2,447 - 0,07 = 2,377; [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Ответ: n удовлетворяет условию.
Пример 5. Определение “промаха”. Рассчитайте абсолютное и относительное значение стандартного отклонения следующих величин: 40,02; 40,11; 40,16; 40,18; 40,18; 40,19. Убедитесь, что значение 40,02 не исключено как “грубая погрешность” (промах) измерения.
Дано:
х1= 40, 02;
х2= 40, 11;
х3= 40, 16;
х4= 40, 18;
х5= 40,18;
х6 = 40,19
Найти S, Sr.
Решение
Находим [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ],
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Находим отклонение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] каждого измерения от среднего значения: 0,12; 0,03; 0,02; 0,04; 0,04; 0,05. Возводим в квадрат: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]2: 0,0144; 0,0009; 0,0004; 0,0016; 0,0016; 0,0025, отсюда [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]= 0,0214.
Абсолютное стандартное отклонение вычисляем по формуле, %
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
Относительное стандартное отклонение, %:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (2.15)
Результат 40,02 можно считать промахом, если при данном количестве измерений t· > tкр при заданной доверительной вероятности tкр определяем по табл. 2.7.
Для нахождения t отделяем 40,02 от остальных измерений и рассчитываем S· :
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Отклонение каждого измерения от нового среднего значения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] .
Тогда [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] а tкр при Pд = 95 % равно 1,843 (табл. 2.2, интерполяция для n = 5). Значение t· > tкр, следовательно, величина 40,02 является промахом и должна быть исключена из дальнейшей обработки результатов.
Ответ: S = 0,065; Sr ~ 0,16%; результат 40, 02 является “промахом”.
Индивидуальные задания
Выполните статическую обработку результатов измерения, определите доверительный интервал или необходимое число измерений.
Варианты 1,30
Результаты измерения (мг): 398, 396, 398, 392, 393, 401 при эталонном значении 400 мг. Рассчитайте абсолютное и относительное отклонение и погрешности измерения. Все ли значения входят в доверительный интервал с вероятностью 0,95 ?
Варианты 2, 29
Результаты измерения 25, 29, 23, 29, 26. Рассчитайте стандартное отклонение. Определите доверительный интервал для вероятности 0,95.
Варианты 3, 28
Найдите случайную ошибку анализа при Pд= 0,95 и доверительные границы для определяемой величины, если результаты её измерения: 3,25; 3,15; 3,08; 3,20; 3,20.
Варианты 4, 27
Сколько параллельных измерений необходимо выполнить, если границы доверительного интервала [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 0,10, стандартное отклонение S = 2,5, а доверительная вероятность – 95 % ?
Варианты 5, 26
Покажите, является ли “промахом” измеренная величина 50,5 среди результатов 48,0; 49,1; 48,7; 49,95; 50,1; 50,3.
Варианты 6, 25
Установите, имеется ли систематическая ошибка в результатах измерений: 121,5; 102,5; 120,0, 122,0 при заданном значении 124,0.
Варианты 7, 24
Рассчитайте абсолютное и относительное значение стандартного отклонения результатов измерений: 11,11; 11,12; 11,15; 11,10; 11,11; 11,13. Определите, есть ли “промахи” в результатах измерений?
Варианты 8, 23
Сколько параллельных измерений необходимо выполнить для сужения доверительного интервала до [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 0,15, если эмпирическое стандартное отклонение равно 2,50, а вероятность – 95% ?
Варианты 9, 22
Результаты измерения 8,25; 8,15; 8,08; 8,20; 8,02%. Найти случайную ошибку анализа при Рд = 0,95 и границы доверительного интервала.
Варианты 10, 21
Получены результаты измерения: 0,525; 0,611; 0,584; 0,550; 0,577; 0,568 %. Рассчитайте доверительные границы для среднего результата с доверительной вероятностью 95 %.
Варианты 11, 20
Получены результаты измерения: 0,24; 0,23; 0,23; 0,25; 0,25; при заданном значении 0,23. Установите, есть ли систематическая ошибка в результатах измерения?
Варианты 12, 19
Рассчитайте абсолютное и относительное значения стандартного отклонения следующих величин: 35, 12; 35,17; 35,15; 35,11; 35,13. Все ли они входят в доверительный интервал с вероятностью 95 % ?
Варианты 13, 18
Сколько параллельных измерений необходимо выполнить для сужения доверительных границ до ± 0,1, если S = 2,5 с доверительной вероятностью 95 % и 99 %?
Варианты 14, 17
Найти случайную ошибку измерения и доверительные границы для среднего значения измеряемой величины 21,0; 20,9; 22,0; 21,0; 20,5. Есть ли “промахи” среди результатов измерений? Рд = 0,95.
Варианты 15, 16
При измерении массы были получены следующие результаты, мг: 238, 236, 238, 231, 233, 235 при истинном значении 235 мг. Рассчитайте:
а) среднее значение;
б) размах варьирования;
в) величину среднего абсолютного и относительного отклонения от среднего значения;
г) абсолютную и относительную погрешности измерения;
д) абсолютную и относительную погрешности среднего значения.
Тема 1.2.
Гравиметрический (весовой) анализ качества сырья и продуктов металлургии.
Лабораторная работа № 1. Анализ качества сырья и продуктов металлургии с использованием аналитических весов
Цель работы: научиться определять качество сырья и продуктов металлургии с использованием аналитических весов
Весовой (гравиметрический) метод анализа
Это метод количественного анализа, в котором взвешивание является не только начальной, но и конечной стадией определения. Измерительным прибором служат аналитические весы.
Пример: A3+ + 3OH–( A(OH)3 t .( A2O3
Основные операции: расчёт навески, взвешивание образца, растворение пробы, осаждение, созревание осадка, фильтрование и промывание осадка, высушивание, прокаливание, охлаждение, взвешивание гравиметрической формы, расчёты (табл. 2).
2 Осаждаемые и гравиметрические формы
Осаждаемая форма
Гравиметрическая форма
A(OH)3
A2O3
H2SiO3
SiO2
BaSO4
BaSO4
AgC
AgC
Гравиметрический метод считают самым надёжным и используют для оценки на- дёжности других методов. (Более подробные сведения о методе – в материале по осади- тельному титрованию.)
Отличие гравиметрического метода анализа от титриметрического. Для определения одного и того же вещества в одном и том же объёме могут быть использованы раз- личные методы (гравиметрический и титриметрический). Гравиметрический метод анали за отличается от титриметрического рядом особенностей.
1. В основе гравиметрического метода анализа – точное измерение массы, в основе титриметрического метода – измерение объёма.
2. В гравиметрическом методе анализа измеряют массу определяемого вещества или малорастворимого осадка, в котором содержится определяемое соединение или ион; в титриметрическом анализе измеряют объём реактива, использованного для реакции с анализируемым веществом.
3. В гравиметрическом методе анализа используют растворы основных исходных реактивов приблизительной концентрации; в титриметрическом анализе применяют ре- активы точно известной концентрации.
4. В гравиметрическом анализе, как правило, растворы реактивов приливают к ана лизируемому раствору в избытке; в титриметрическом анализе – в строго эквивалентных количествах.
5. В гравиметрическом методе анализа не имеет особого значения вопрос, когда на- ступил момент эквивалентности; в титриметрическом анализе решающее значение имеет фиксирование точки эквивалентности, которую определяют с помощью индикатора или другим способом.
6. В гравиметрическом методе анализа требуется много времени для осаждения вещества, декантации, фильтрования, промывания осадка, подготовки его к взвешиванию и т.д. Все операции в титриметрическом анализе проводятся быстрее, чем в гравиметрическом анализе, так как определение в титриметрическом анализе по существу начинается и заканчивается процессом постепенного приливания раствора реактива к анализируемому веществу до завершения реакции. Так, для завершения определения гравиметрическим способом требуется от 2 до 24 ч; определение титриметрическим методом продолжается обычно от нескольких минут до 1 ч.
7. Гравиметрический метод анализа отличается большой точностью порядка 0,010,005 %. Титриметрический анализ менее точен, достигаемая точность составляет 0,10,05 %. Методы считаются самыми надежными и используют для оценки надежности других методов.
Определение бария в хлориде бария
Оборудование: технохимические весы; аналитические весы; муфельная печь; сушильный шкаф; химические стаканы на 100 мл; конические колбы на 250 мл; бюксы с крышками; шпатели; стеклянные палочки; воронки для фильтрования; фарфоровые тигли; эксикатор; электроплитка с закрытой спиралью; спиртовки; спички; тигельные щипцы; металлические треугольники; штативы; фильтры (синяя лента); пипетки; груши резиновые.
Реактивы: BaCl22H2O (х.ч. или ч.д.а.); 1н раствор серной кислоты; 2н раствор соляной кислоты; 0,5н раствор нитрата серебра; дистиллированная вода.
Ход работы
1. Отбор средней пробы.
Состав отобранной средней пробы должен соответствовать среднему химическому составу исследуемого материала. Проба должна быть однородна, измельчена и хорошо перемешана.
2. Расчет навески.
Из отобранной пробы для анализа берут навеску. Навеску рассчитывают исходя из характера и количества образующегося осадка (осаждаемой формы). Получаемый осадок должен иметь как можно меньшую растворимость, о которой судят по величине произведения растворимости (ПР). Поэтому определение бария с наименьшими потерями можно проводить в виде BaSO4.
Осадок сульфата бария является тяжелым мелкокристаллическим осадком, поэтому его масса должна быть около 0,4 г. Реакция протекает по уравнению:
BaCl22Н2О+ H2SO4 = BaSO4 + 2HCl + 2Н2О
Рассчитывают массу BaCl22Н2О, необходимую для получения указанного количества гравиметрической формы.
3. Взятие навески.
На технохимических весах взвешивают чистый сухой бюкс и вносят в него рассчитанное количество BaCl22Н2О. Затем бюкс с навеской взвешивают на аналитических весах (m1). Переносят навеску в колбу на 250 мл. Определяют точную массу бюкса без навески (m2). По разности двух взвешиваний определяют массу навески: mН = m1 – m2.
4. Растворение навески.
В колбу с навеской наливают 100 мл дистиллированной воды, образуется разбавленный раствор с концентрацией около 0,5%. Для лучшего осаждения и предупреждения коллоидообразования к раствору добавляют 2,5 мл 2н раствора соляной кислоты и перемешивают.
5. Осаждение.
В качестве осадителя используют 1н раствор серной кислоты. Расчет осадителя проводят исходя из уравнения реакции. Для осаждения молярной массы эквивалента BaCl22Н2О, равной 122 г/моль, нужно взять 1000 мл 1н раствора серной кислоты. Отсюда:
122г – 1000мл
mH – X
X = mH . 1000мл/122
Для полноты осаждения бария количество осадителя берут в полуторакратном избытке. Рассчитанный объем 1н раствора серной кислоты и 30 мл дистиллированной воды помещают в химический стакан и, закрыв стакан часовым стеклом, ставят на водяную баню. Колбу с растворенной навеской также нагревают на водяной бане. Растворы нагревают почти до кипения (кипятить не нужно). Затем очень медленно, по каплям, приливают горячий раствор серной кислоты к горячему раствору хлорида бария при постоянном перемешивании стеклянной палочкой. После приливания всего объема осадителя, стеклянную палочку вынимают и промывают над колбой дистиллированной водой. Колбу с осадком оставляют на водяной бане до полного осветления жидкости над осадком. Эти условия способствуют росту кристаллов.
После осветления раствора проверяют полноту осаждения. Для этого по стенке колбы добавляют осторожно 2-3 капли осадителя. Если в месте соприкосновения осадителя с раствором появляется муть, то добавляют еще 2-3 мл раствора серной кислоты. Отсутствие помутнения свидетельствует о полноте осаждения.
Затем колбу с осадком закрывают фильтровальной бумагой и оставляют до следующего занятия. В это время происходит процесс созревания осадка, который сопровождается растворением мелких и ростом крупных кристаллов.
6. Фильтрование и промывание осадка.
Для фильтрования осадка сульфата бария используют наиболее плотные обеззоленные фильтры «синяя лента». Сложенный вчетверо фильтр раскрывают и вставляют в сухую чистую воронку. Край фильтра должен быть на 5-10 мм ниже края воронки. Затем воронку с фильтром устанавливают в кольцо и подставляют под нее чистый стакан. Аккуратно, не взмучивая осадка, декантируют жидкость из колбы по стеклянной палочке на фильтр. Палочку держат над воронкой слегка наклонно, так, чтобы ее нижний конец не касался фильтра. Уровень жидкости не должен достигать края фильтра по крайней мере на 5 мм.
После того, как жидкость с осадка будет слита, осадок 2-3 раза промывают декантацией, приливая по 10 мл промывной жидкости. В качестве промывной жидкости используют воду, подкисленную H2SO4 (1 мл H2SO4 на 250 мл дистиллированной воды). Затем осадок переносят на фильтр, приливая небольшие порции промывной жидкости. Для удаления частиц осадка со стенок колбы, их протирают небольшими кусочками фильтровальной бумаги, которые потом бросают на фильтр с осадком. В колбе и на стеклянной палочке не должно остаться частиц осадка.
После перенесения осадка на фильтр приступают к его промыванию на фильтре. Промывание продолжают до отрицательной реакции на полноту промывания. Для этого в пробирку отбирают 1 мл фильтрата и добавляют 2-3 капли раствора нитрата серебра. О чистоте промывания свидетельствует отсутствие мути. Затем осадок промывают горячей дистиллированной водой, чтобы удалить сульфат-ионы. Промывание прекращают, если фильтрат не дает мути с раствором хлорида бария.
7. Высушивание, озоление и прокаливание осадка.
Воронку с осадком помещают в сушильный шкаф. После высушивания фильтр с осадком должны остаться слегка влажными, так как сухой фильтр при сворачивании становится ломким. Фильтр с осадком сворачивают в спираль и переносят в фарфоровый тигель. Тигель предварительно должен быть высушен до постоянной массы и взвешен на аналитических весах.
Тигель с осадком устанавливают на фарфоровый треугольник и на небольшом пламени обугливают фильтр. Необходимо следить, чтобы бумага не загорелась. После прекращения выделения пара и дыма, тигель при помощи тигельных щипцов переносят в муфельную печь, где при температуре 800єС происходит прокаливание осадка. После прокаливания тигель с помощью тигельных щипцов помещают в эксикатор и, после охлаждения тигля, взвешивают на аналитических весах. Процедуру прокаливания и взвешивания осадка повторяют несколько раз до постоянной массы.
8. Расчет результатов анализа.
Содержание бария
·ЭКСП. (в %) рассчитывают по формуле:
·ЭКСП.= m Г.Ф. *F*100/ mН, где
m Г.Ф. – масса гравиметрической формы, г; mН – масса навески, г;
F – гравиметрический фактор 0,5884;
Теоретическое содержание бария
·ТЕОР. (в %) в хлориде бария находят по формуле:
·ТЕОР=М(Вa *100%/ВaCL2*2H2O=137,34*100/244,28=56,28%
Абсолютная ошибка:Аабс=
·ТЕОР-
·эксп
Относительная ошибка: Аабс=
·ТЕОР-
·эксп/
·ТЕОР*100%
Сделайте вывод.
Лабораторная работа № 2. Определение массовой доли влаги в хлориде бария весовым методом (Определение кристаллизационной воды в хлориде бария)
Определение воды. Знание влажности пробы необходимо для точного расчета результатов анализа и содержания других компонентов. Помимо этого, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] входит в состав многих соединений в определенных [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] соотношениях (в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]). Для определения воды разработаны прямые и косвенные методы.
В косвенных методах воду определяют по уменьшению массы пробы при обезвоживании нагреванием или путем выдерживания в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] с энергичным водоотнимающим веществом ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], концентрированная [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и др.). Метод дает правильные результаты, если при этом в пробе не происходит никаких других процессов, кроме удаления воды, т.е. проба не содержит других летучих веществ.
Для определения влажности пробу обычно выдерживают при температуре 105-1100С до постоянной массы. Стехиометрическая или кристаллизационная вода при этом удаляется не всегда, а обезвоживание некоторых веществ, например гидроксидов железа, алюминия и др., требует уже значительно более высокой температуры (700-8000С и выше). При определении влажности органических веществ часто используется нагревание в вакууме при температуре ниже 1000С.
В прямых методах определения воды водяные пары поглощаются осушителем – специальным веществом, энергично поглощающим влагу ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ],[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], и др.). Содержание воды определяется по увеличению массы осушителя, конечно, если он не поглощает других веществ, кроме воды.
Цель работы: Определение массовой доли кристаллизационной воды в кристаллогидрате 13 EMBED Equation.3 1415 методом отгонки.
Сущность работы:Определение массовой доли внешней влаги (влажность образца) и кристаллизационной воды в кристаллогидрате ВаС12·2Н2О осуществляется методом отгонки. При этом удаление внешней влаги происходит при высушивании анализируемого образца при 1100С, а определение кристаллизационной воды основано на разложении кристаллогидрата хлорида бария при 125°С с выделением воды:
ВаС12·2Н2О ®ВаС12+2Н2О
По убыли массы пробы взятой для анализа определяют влажность образца и массовую долю кристаллизационной воды в образце.
Посуда и реактивы:
- бюкс стеклянный для взвешивании – 1 шт.
- свежеперекристаллизированный химически чистый ВаС12 2Н20
Выполнение работы:В тщательно вымытый, высушенный и взвешенный вместе с крышкой на аналитических весах бюкс помещают около 1.5 г свежеперекристаллизированного химически чистого ВаС12 2Н2О. Затем бюкс с солью снова взвешивают на аналитических весах и определяют точную массу навески, взятой для анализа. Открыв бюкс, помещают крышку сверху, повернув ее на ребро и выдерживают бюкс в сушильном шкафу при температуре 110°С 2 часа. Затем охлаждают в эксикаторе и, закрыв крышкой, взвешивают на аналитических весах. Операцию повторяют до достижения постоянной массы. Как правило, одновременно проводят не менее двух параллельных опытов.
Массу внешней влаги определяют как разность масс бюкса с влажной и сухой навеской образца, а расчет влажности анализируемого образца (при погрешности параллельных результатов менее 0,3%) проводится по формуле (6.5).
Далее, высушенный до постоянной массы при 1100С образец нагревают до постоянной массы при 1250Cи по разности масс бюкса рассчитывают массу удаленной кристаллизационной воды. Затем рассчитывают массовую долю кристаллизационной воды в анализируемом сухом кристаллогидрате хлорида бария и сравнивают её с теоретически рассчитанным значением для этой соли.
Лабораторная работа № 3. Определение серы в растворимых сульфатах (примеры практического применения методов гравиметрического анализа)
Теоретические данные
Определение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в веществах, содержащих растворимые [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], основано на осажденииSO42- в виде BaSO4
Ba2+ + SO42- = BaSO4 .
Растворимость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в воде мала ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]=1,1
·10-10), следовательно, это соединение является подходящей [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] при определении серы. При прокаливании [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] не изменяется, поэтому он также является и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], удовлетворяющей практически всем необходимым требованиям. Недостатком сульфата бария является склонность к образованию мелких кристаллов, что затрудняет его[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Поэтому при осаждении необходимо создавать условия, благоприятствующие образованию крупнокристаллических осадков (см. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]). Важнейшим из этих условий является медленное прибавление осадителя, которое необходимо также и для получения более чистого осадкаBaSO4. Повышение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] осадка в процессе его формирования для уменьшения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] раствора относительно осаждаемого соединения, достигается добавлением небольшого количества [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] или повышением температуры.
Для получения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] прокаливание полученного осадка осуществляют при температуре 800-9000С. При более высоких температурах BaSO4 разлагается:
BaSO4 = BaO + SO3.
Массу [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (г) в анализируемой пробе находят по формуле
m = F mг.ф.,
где F = 0,4116 - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], mг.ф. – масса [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Цель работы: Определить содержание серы в веществе, содержащем растворимый сульфат.
Сущность работы: Определение серы в веществах, содержащих растворимые сульфаты, основано на осаждении SO4-2 в виде BaSO4:
SO4-2 + Ba2+ ( BaSO4(
Растворимость BaSO4 в воде мала (Ks0=1,1·10-10), поэтому это соединение является хорошей осаждаемой формой при определении серы.
При прокаливании состав BaSO4 не изменяется, поэтому сульфат бария является также и весовой формой. Состав BaSO4 строго соответствует формуле, он весьма устойчив термически и химически. Следует отметить резко выраженную склонность осадка к образованию весьма мелких кристаллов, которые при фильтровании иногда проходят через поры фильтра и могут затруднять работу. Поэтому при осаждении нужно особенное внимание обратить на создание условий, благоприятствующих образованию сравнительно крупнокристаллических осадков.
Оборудование и материалы.
Стакан химический емкостью 150-200 мл
Палочка стеклянная
Колба или стакан для сбора фильтрата
Воронка для фильтрования
Промывалка
Фарфоровый тигль для прокаливания
Бюретка
2н раствор соляной кислоты (HCL).
2 н раствор хлорида серебра (AgCl).
5 % раствор хлорида бария.(BaCL2).
Выполнение работы
Осаждение. Прибавив к полученному раствору 2-3 мл 2н раствора HCl, нагревают его на сетке почти до кипения (но не кипятить, т.к. пар может увлекать капельки жидкости из стакана). Далее очень медленно по каплям из бюретки приливают 5%-ный раствор BaCl2 к исследуемому раствору, помешивая его стеклянной палочкой, не касаясь ею дна и стенок стакана, т.к. иначе осадок плотно прилипнет к стеклу. Вынимать палочку из стакана нельзя, т.к. при этом могут быть потеряны оставшиеся на ней частицы осадка.
По мере осаждения скорость прибавления раствора осадителя понемногу увеличивают. Когда почти весь осадитель прилит, не вынимая палочку из стакана, накрывают его для защиты от пыли часовым стеклом и оставляют в таком виде до следующего занятия, чтобы произошло созревание осадка. Как только BaSO4 осядет на дно стакана, проверяют полноту осаждения. Для этого к оставшейся прозрачной жидкости осторожно по стенке стакана приливают несколько капель раствора осадителя и наблюдают, не появится ли муть.
Фильтрование и промывание осадка. Приступая к фильтрованию, берут наиболее плотный беззольный фильтр (синяя лента) и хорошо пригоняют его к воронке. Поместив воронку с фильтром в кольцо штатива и подставив под воронку другой чистый стакан, по стеклянной палочке декантируют жидкость на фильтр, тщательно соблюдая при этом все указания, сделанные ранее. Когда сливание жидкости с осадка станет невозможным, убеждаются в том, что в фильтрате отсутствуют малейшие признаки мути, и выливают его из стакана.
После этого 3-4 раза промывают осадок декантацией, вливая в стакан каждый раз по 20-30 мл холодной дистиллированной воды и как можно полнее сливая ее с осадка на фильтр. По окончании последней декантации очень осторожно (это самый ответственный момент в работе) количественно переносят осадок на фильтр и промывают его для удаления хлорид-ионов холодной дистиллированной водой. Промывание продолжают до тех пор, пока собранная в пробирку порция стекающей с фильтра жидкости, слегка подкисленная HNO3, не перестанет давать муть AgCl при действии AgNO3 или муть Hg2Cl2 при действии Hg2(NO3)2.
Высушивание и прокаливание осадка. Подсушив фильтр, с промытым осадком, осторожно переносят его вместе с осадком в доведенный до постоянной массы тигель. Затем ставят его на электроплитку (обязательно в вытяжном шкафу), где фильтр медленно обугливается. После этого тигль помещают в муфельную печь и приступают к прокаливанию осадка. Прокаливание осадка нужно проводить при 800-900 0С. При 1400 0С осадок разлагается:
BaSO4 ( BaO + SO3 (
Затем тигель охлаждают в эксикаторе и взвешивают, прокаливают еще 10-15 мин, по охлаждении снова взвешивают и так до получения постоянной массы. Результаты взвешивания оформляют в таблицу 1.
Таблица 1.
Результаты взвешивания.
Объект взвешивания
Масса после прокаливания
1
11
111
Тигль №___
Тигль с осадком
8,5329
8,5314
8,5315
Пустой тигль
7,8629
7,8607
7,8605
Осадок
-
-
0,6710
Тигль №___
Тигль с осадком
9,9978
9,9956
9,9936
Пустой тигль
9,3229
9,3218
9,3211
Осадок
-
-
0,6723
Расчет результатов анализа.
Рассчитываем среднее значение массы осадков.
13 EMBED Equation.3 1415 г.
Рассчитываем абсолютное расхождение результатов двух параллельных определений.
13 EMBED Equation.3 1415 г.
Рассчитываем относительное расхождение результатов двух параллельных определений.
13 EMBED Equation.3 1415
Рассчитываем массу серы в полученном сульфате.
13 EMBED Equation.3 1415 г.
Практическое занятие № 2. Решение типичных задач на гравиметрический метод.
Цель: Научиться решать типичные задачи на гравиметрический метод.
Теоретические сведения.
Гравиметрическим анализом называют метод количественного химического анализа, основанный на точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного либо в элементарном виде, либо в виде соединения определённого состава. Гравиметрия включает две группы: 1) методы отгонки; 2) методы осаждения.
Методы отгонки делятся на прямые и косвенные. Алгоритм проведения анализа: точную навеску анализируемого образца обрабатывают таким образом, чтобы из неё выделился в газообразном виде определяемый компонент. Далее выделившийся компонент поглощают и по привесу поглотителя определяют количество анализируемого компонента (прямой метод) или по убыли массы навески анализируемого образца рассчитывают содержание летучей составляющей (косвенный метод).
В методах осаждения навеску анализируемого вещества тем или иным способом переводят в раствор, после чего определяемый элемент осаждают в виде какого-либо малорастворимого соединения (осаждаемая форма). Выпавший осадок отделяют фильтрованием, тщательно промывают, прокаливают или высушивают (перевод осадка в гравиметрическую форму) и точно взвешивают. По массе осадка и его формуле рассчитывают содержание в нём определяемого элемента и выражают содержание этого элемента чаще всего в процентах от навески.
Из всех перечисленных операций наиболее важна – операция осаждения. Для осаждения рекомендуют брать полуторный избыток осадителя и создавать условия, при которых достигается полнота осаждения – остаточное количество определяемого компонента в растворе не должно превышать 13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415 - предел чувствительности обычных аналитических весов. Желательно, чтобы осадитель был летучим и специфичным для определяемого элемента.
Требования к осаждаемой форме
Осаждаемая форма должна обладать достаточно малой растворимостью, необходимой для достижения полного осаждения определяемого элемента.
Желательно, чтобы структура осадка давала возможность с достаточной скоростью вести фильтрование и отмывание от примесей. Этому требованию отвечают крупнокристаллические осадки.
Необходимо, чтобы осаждаемая форма достаточно легко превращалась в гравиметрическую форму.
Требования к гравиметрической форме
Важнейшее требование, предъявляемое к гравиметрической форме, является точное соответствие её состава известной химической формуле.
Следующее требование – достаточная химическая устойчивость гравиметрической формы к окружающей среде. То есть во время подготовки к взвешиванию и в процессе взвешивания гравиметрическая форма должна сохранять свой химический состав.
Желательно, чтобы содержание определяемого элемента в гравиметрической форме было как можно меньшим, так как погрешности анализа при этом меньше скажутся на окончательном результате анализа. Количественной характеристикой является фактор пересчета или аналитический множитель
13 EMBED Equation.3 1415 , (1.20)
где 13 EMBED Equation.3 1415молярная (атомная) масса определяемого компонента; 13 EMBED Equation.3 1415 молярная масса гравиметрической формы.
При вычислении фактора пересчета необходимо:
а) величину молекулярной (атомной) массы определяемого вещества (элемента) разделить на величину молекулярной массы гравиметрической формы;
б) молекулярные (атомные) массы брать с такими коэффициентами, чтобы они были эквивалентны друг другу, то есть, чтобы в них содержалось одинаковое количество атомов соответствующего элемента.
Важным параметром является величина навески анализируемого вещества. Её масса зависит от метода анализа и характера осадка. Если осадок объёмный, аморфный, то масса навески должна быть в пределах 13 EMBED Equation.3 1415; если осадок кристаллический, то масса навески лежит в пределах13 EMBED Equation.3 1415. Оптимальную навеску легко рассчитать, используя формулы
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415, (1.21)
где 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 - масса навески анализируемого образца для кристаллической и аморфной гравиметрической форм, соответственно. 13 EMBED Equation.3 1415- фактор пересчета для соответствующих гравиметрической и аналитической форм; 13 EMBED Equation.3 1415 - предполагаемая или известная массовая доля в процентах анализируемого вещества в образце.
Содержание определяемого элемента в анализируемой пробе рассчитываем по уравнениям
13 EMBED Equation.3 1415; (1.22)
13 EMBED Equation.3 1415, (1.23)
где 13 EMBED Equation.3 1415- масса гравиметрической формы, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415масса анализируемого вещества в образце, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415 - масса навески, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- фактор пересчета.
Гравиметрический анализ характеризуется высокой точностью 0,01-0,1% и используется в качестве арбитражных и маркировочных методов.
Решение типовых задач
Задача 1. Определить факторы пересчета для определения а) 13 EMBED Equation.3 1415 в виде 13 EMBED Equation.3 1415; б) 13 EMBED Equation.3 1415 в виде 13 EMBED Equation.3 1415; в) 13 EMBED Equation.3 1415 в 13 EMBED Equation.3 1415; г) 13 EMBED Equation.3 1415 в 13 EMBED Equation.3 1415.
Решение.
Определяем фактор пересчета по уравнению (1.20)
а) 13 EMBED Equation.3 1415;
б) 13 EMBED Equation.3 1415;
в) 13 EMBED Equation.3 1415;
г) 13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 2. Определить содержание хлорид-иона в образце, если из навески массой 1,000013 EMBED Equation.3 1415, получено 0,204013 EMBED Equation.3 1415 гравиметрической формы 13 EMBED Equation.3 1415.
Решение.
Наиболее распространенный метод определения содержания хлорид-иона – осаждение в виде хлорида серебра
13 EMBED Equation.3 1415.
Перевод осажденной формы в гравиметрическую в этом методе заключается в высушивании осадка: 13 EMBED Equation.3 1415.
Содержание хлорид ионов определяем по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 3. Определить объём 13 EMBED Equation.3 1415 раствора серной кислоты (13 EMBED Equation.3 1415), необходимый для количественного осаждения бария из навески 13 EMBED Equation.3 1415, содержащей 13 EMBED Equation.3 1415
Решение.
В основе определения бария лежит реакция осаждения
13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
По уравнению реакции на 13 EMBED Equation.3 1415 соли бария требуется 13 EMBED Equation.3 1415 серной кислоты, составим пропорцию и определим массу 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415.
С учетом полуторного избытка осадителя для достижения оптимальных условий осаждения потребуется 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415.
Требуемый для осаждения объём данной концентрации раствора кислоты рассчитываем по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415.
Задачи для самостоятельного решения:
Задача 1. Вычислите [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] PbC2O4 в воде.
Задача 2. Вычислите [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] хромата серебра Ag2CrО4, если в 100 мл воды растворяется 1,85
·10-3 г этой соли.
Задача 3. При каком рН достигается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ионов Са2+ в виде СаС2О4 из раствора, содержащего 0,005 моль/л ионов кальция, при 50% избытке осадителя и общем объеме раствора 100 мл?
Задача 4. Рассчитайте [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] СаС2О4 1) в воде, 2) в 2М растворе HCl.
Задача 5. Вычислите растворимость карбоната кальция CaCO3 в воде, в 0,01 М растворе нитрата калия KNO3 и в 0,01 М растворе нитрата магния Mg(NO3)2, если ПРCaCO3 =3,8
·10-9
Литература по теме:
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач. – М.: Дрофа, 2003. – 320 с.
Интернет источники: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Интернет источники http://main.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/0142.pdf
Лабораторная работа № 4. Приготовление и стандартизация 0,1 М раствора хлороводородной (соляной) кислоты
Теоретические основы. Если химическая реакция происходит между веществами, находящимися в растворах, то число эквивалентов вещества можно выразить через молярную концентрацию его эквивалента, то есть (1 = (2
СN 113 EMBED Equation.2 1415V1 = СN 213 EMBED Equation.2 1415V2
(закон эквивалентов для реакций в растворах).
Точное определение концентрации неизвестного раствора (стандартизация) проводится с помощью титрования - постепенного смешивания реагирующих веществ до достижения точки эквивалентности. В точке эквивалентности выполняется закон эквивалентов - реагирующие вещества содержатся в эквивалентных количествах.
Стандартизацию раствора соляной кислоты можно провести с помощью реакции с гидроксидом натрия:
HCl + NaOH = NaCl + H2O
Метод титрования, основанный на реакции нейтрализации (взаимодействие кислоты со щелочью) носит название кислотно-основное титрование (метод нейтрализации).
Раствор гидроксида натрия с точно известной концентрацией носит название рабочего (стандартного, титрованного) раствора.
Точку эквивалентности в процессе кислотно-основного титрования можно определить с помощью кислотно-основных индикаторов - веществ, изменяющих свой цвет при изменении реакции среды. Например, индикатор метилоранж в кислой среде имеет красную окраску, в нейтральной - оранжевую, а в щелочной среде - желтую.
Цель работы. Методом кислотно-основного титрования определить точную концентрацию приготовленного ранее раствора соляной кислоты. В качестве стандартного раствора использовать раствор гидроксида натрия, а в качестве индикатора - метилоранж. Измерив объем добавленного раствора кислоты, рассчитать его точную концентрацию.
Порядок работы.
1. Ознакомьтесь с установкой для титрования. Она состоит из бюретки, закрепленной в штативе. Капиллярный конец бюретки присоединен к ней резиновым шлангом с зажимом. Цена деления шкалы бюретки 0,1 мл. Пипетка представляет собой стеклянную трубку, утолщенную посередине. Она позволяет измерять точные фиксированные объемы (раствор заполняется до метки в верхней части пипетки).
2. Укрепите бюретку в штативе и промойте ее раствором кислоты: через воронку залейте в бюретку раствор кислоты выше нулевой отметки и затем слейте его полностью в стакан, ослабив для этого зажим бюретки.
3. Снова заполните бюретку раствором кислоты и заполните ее капиллярный конец, загнув его вверх для облегчения удаления воздуха.
4. Установите уровень раствора кислоты на нулевой метке.
5. В коническую колбу отмерьте из общей бюретки или пипеткой 10,0 мл стандартного раствора гидроксида натрия, добавьте цилиндром 25-30 мл дистиллированной воды и 2-3 капли метилоранжа, который в присутствии щелочи окрасится в желтый цвет.
6. Подставив колбу под бюретку, проводите титрование: добавляйте по каплям раствор кислоты, непрерывно перемешивая раствор. Титрование окончено, когда добавление очередной капли раствора NaOH изменит окраску раствора в колбе на оранжевую (красный цвет раствора означает, что добавлен избыток кислоты, титрование необходимо повторить).
7. Запишите объем кислоты в бюретке в таблицу (см. форму лабораторного отчета) с точностью до 0,1 мл.
8. Повторите титрование еще два раза, каждый раз доливая раствор кислоты в бюретке до нулевого уровня. Расхождение между измеренными объемами кислоты не должно превышать 0,1- 0,2 мл.
9. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора соляной кислоты с точностью до 0,0001.
Форма лабораторного отчета.
1. Название лабораторной работы.
2. Краткое описание, цель работы.
3. Уравнение реакции.
Экспериментальные данные занесите в таблицу:
№ опыта
1
2
3
Объем раствора кислоты, V, мл
Объем раствора NaOH , VNaOH = 10,0 мл
Концентрация раствора NaOH , CN (NaOH) = .......
Расчеты: 1) средний объем кислоты:
VHCl = 13 EMBED Equation.2 1415 = ...
2) концентрация раствора кислоты:
CN HCl = 13 EMBED Equation.2 1415 = ...
Типовые задачи.
При стандартизации раствора NaOH на титрование 10 мл его пошло 12,5 мл 0,0967 N раствора H2SO4. Вычислите концентрацию раствора NaOH.
Какой объем 15% раствора серной кислоты (плотность 1,10 г/мл) потребуется для полного растворения 24,3 г магния?
Для полного осаждения сульфата бария из 100 г 15% (по массе) раствора хлорида бария потребовалось 14,4 мл раствора серной кислоты. Найти молярную концентрацию эквивалента (нормальность) раствора кислоты.
Какой объем 0,3 Н раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 1,4 г гидроксида калия?
Тема 1.3.
Титриметрический (объёмный) анализ качества сырья и продуктов металлургии
Практическое занятие № 3. Расчет концентрации растворов по различным параметрам.
Цель: научиться рассчитывать концентрацию растворов по различным параметрам.
Теоретические сведения.
Растворы – гомогенные (однородные) системы переменного состава, содержащие два или несколько компонентов. Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято называть растворителем, а другой компонент – растворенным веществом. При одинаковом агрегатном состоянии компонентов растворителем считают обычно то вещество, которое преобладает в растворе. Растворы бывают твердыми (сплавы металлов), жидкими и газообразными (смеси газов). В медицине наиболее распространены жидкие (чаще водные) растворы.
Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора или растворителя. Существуют различные способы выражения концентрации растворов:
Процентная концентрация по массе С% (массовая доля)показывает число единиц массы растворенного вещества (г, кг) в 100 единицах массы раствора (г, кг) и рассчитывается по формуле:
С%=mв-ва· 100% / mр-ра (1),
где mр-ра - масса раствора, в котором содержится масса вещества mв-ва . Следовательно, физиологический раствор (0,9% NaCl) содержит 0,9г NaCl в 100г раствора.
Молярная концентрация СМ (молярность) показывает число молей растворенного вещества в 1л (1дм3) раствора. Согласно определению СМ=
·/V, где количество вещества
·=m/M, а объем раствора V выражен в литрах. Таким образом получаем формулу:
СМ=m / М·V (2),
где m-масса вещества, г; М-молярная масса вещества, г/моль; V – объем раствора, л.
Например, 5М раствор глюкозы содержит 5моль С6Н12О6 в 1л раствора.
Нормальная концентрация СN (нормальность, молярная концентрация эквивалента) показывает, сколько эквивалентов вещества находится в 1л (1дм3) раствора. Эквивалент Э (эквивалентная масса, молярная масса эквивалента) –это реальная или условная частица вещества, которая в данной реакции реагирует с одним атомом или ионом водорода, или одним электроном. Эквивалент зависит от типа реакции, в которой участвует данное вещество. В рамках нашего курса не рассматривается образование кислых, основных солей, а также более сложных продуктов, поэтому эквивалент кислоты находится делением молярной массы кислоты на ее основность (число атомов водорода в формуле), эквивалент основания – делением молярной массы на кислотность (число ОН групп), эквивалент соли равен молярной массе, деленной на произведение степени окисления металла на число его атомов в формуле. Например, Э(Н2SO4)= 98/2=49 (г/моль), Э(Са(ОН)2)=74/2=37 (г/моль), Э(Al2(SO4)3)=342/3·2=57 (г/моль). Для реагентов, используемых в окислительно-восстановительных реакциях, эквивалент находят делением молярной массы на число участвующих в превращении электронов.
Нормальную концентрацию рассчитывают по формуле:
СN=m /Э ·V (3),
где m-масса вещества, г; Э-эквивалент, г/моль; V – объем раствора, л. Запись 0,1N HCl (или 0,1н. HCl) означает, что 1л раствора содержит 0,1 эквивалента HCl.
Зная нормальность раствора, можно найти молярность, и наоборот. Так как масса растворенного вещества m=СN · Э · V= СM · M · V, то после сокращения объема получаем:
СN · Э = СM · M (4).
Моляльная концентрация Сm (моляльность) показывает число молей растворенного вещества в 1 кг (1000г) растворителя.
Сm =
·в-ва / mр-ля = mв-ва / М · mр-ля (5),
где
·в-ва - число моль вещества; mв-ва - масса вещества, г; mр-ля - масса растворителя, кг; М- молярная масса вещества, г/моль.
Например, 0.3Сm раствор NaOH содержит 0,3моль вещества на 1000г воды.
Титр Т - это масса вещества (г) в 1мл (1см3) раствора. Согласно определению Т=m/V (6),
где m –навеска вещества, г; V – объем раствора, мл.
Титр также может быть найден по формуле:
Т=Э · СN /1000 (7),
где Э-эквивалент вещества, г/моль; СN – нормальная концентрация, N; 1000 -коэффициент для пересчета размерности (в 1л 1000мл).
Мольная доля компонента – это отношение числа молей данного вещества к общему числу молей всех веществ в растворе. Если раствор содержит два компонента (1-растворенное вещество, 2- растворитель), то мольные доли находятся следующим образом:
Х1=
·1/(
·1+
·2);
Х2=
·2/(
·1+
·2) (8),
где
·1 – число моль растворенного вещества,
·2– число моль растворителя. В сумме Х1+ Х2=1.
Процентная концентрация считается приблизительной, остальные рассмотренные концентрации являются точными и широко применяются в медико-биологических исследованиях, химическом и фармакопейном анализе.
Пример 1.
10мл сыворотки крови взрослого человека содержат 0.015 г холестерина (C27H47O). Найдите процентную концентрацию по массе (массовую долю) и молярность, если принять плотность сыворотки
·
·1 г/мл.
Решение:
Процентную концентрацию C% можно найти следующим образом:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] , где m(раствора) = V(раствора) ·
· =10 мл · 1г/мл = 10г, тогда C% =0.015·100/10=0.15%;
или воспользуемся определением процентной концентрации, которая показывает число грамм вещества в 100г раствора:
если 0.015г (холестерина) - в 10 г (сыворотки)
то X г (холестерина) - в 100 г (сыворотки),
и получаем такой же ответ: X=C% = 0.015 · 100 / 10 = 0.15 г = 0.15%
Молярная концентрация показывает число моль холестерина в 1 л раствора (сыворотки). Найдем сначала молярную(=молекулярную)массу: Mr(холестерина)= 27·Ar(C)+47·Ar(H)+1·Ar(O)=27·12+47·1+1·16=387;
М=387 г/моль , затем вычислим число моль вещества в данной пробе раствора (в 10мл): n = 0.015 / 387 = 0.0000388 (моль), наконец находим число моль вещества в 1л раствора: CM = 0.0000388 моль / 0.01 л = 0.00388 моль/л = 3.88 мМ.
Ответ: 0.15%; 3.88 мМ.
Пример 2.
Как приготовить 400мл 25% раствора магнезии (MgSO4) с плотностью
· =1.2 г/мл из более концентрированного 5 М раствора?
Решение:
Найдем массу раствора, который мы собираемся приготовить:
m=V·
·=400 ·1.2=480 (г)
В соответствии с определением процентной концентрации этот раствор должен содержать
25г (MgSO4) в 100г(раствора),
или X г (MgSO4) в 480г(раствора),
таким образом находим X=25·480 / 100 = 120 (г). Однако по условию задачи у нас нет кристаллического MgSO4 , который мы могли бы взвесить для приготовления раствора: нужно разбавить более концентрированный раствор, который содержит 5 моль (MgSO4) в 1л, или это m (MgSO4)= n· M=5моль · 120 г/моль = 600 г.
Следовательно, найдем объем 5M раствора, который содержит 120 г MgSO4 :
600г(MgSO4) – в 1000 мл
120г(MgSO4) – в X мл , тогда X= 200 мл.
Таким образом, мы отбираем 200мл 5M раствора MgSO4, помещаем в мерную колбу на 400мл, добавляем необходимое количество дистиллированной воды до метки (фактически раствор должен быть разбавлен в 2 раза).
Существует множество других способов решения этого задания. Например, можно использовать формулы или найти сначала число моль MgSO4, необходимое для приготовления раствора: n=120/120=1 моль, ...и т.д.].
Ответ: 200мл 5М р-ра разбавить до 400мл.
Пример 3.
Раствор MgSO4 , приготовленный в предыдущем задании, был проверен фармацевтом. Обнаружено, что точная концентрация раствора равна 2.5M. Найдите нормальность, титр, моляльность и мольную долю вещества, если плотность раствора равна 1.2 г / мл.
Каков курс лечения данным препаратом (сколько дней), если пациенту назначили инъекции по 5мл один раз в день и суммарная (кумулятивная) доза должна составить 125 ммоль?
Решение:
Для нахождения нормальной концентрации CN можно воспользоваться формулой CN ·Э = CM ·M, которая позволяет быстро перейти от молярности к нормальности (и наоборот). Для соли эквивалент равен: Э= [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] ,
поэтому CN ·M / 2 = CM ·M, после сокращения получаем CN = 2· CM = 2· 2.5 = 5 (N, н., моль/л)
Титр может быть найден следующим образом :
T=Э · CN / 1000 = 60 ·5 / 1000 = 0.3000 (г/мл)
Моляльная концентрация µ показывает число мольMgSO4 в 1 кг растворителя, поэтому найдем сначала массу 1л раствора, затем массу MgSO4, и наконец массу воды:
m(раствора) =
· ·V = 1.2 ·1000 = 1200 (г),
m(MgSO4) = n · M = 2.5 · 120 = 300 (г),
m(H2O) = m(раствора) – m (MgSO4) = 1200-300 = 900 (г)
Если 2.5 моль (MgSO4) – в 900 г (воды),
то µ моль(MgSO4) – в 1000 г(воды), получаем µ=2.5·1000/900 = 2.78 (моль/кг)
Для нахождения мольной доли X найдем число моль воды:
n (H2O) = m / M = 900 / 18 = 50 (моль),
затем найдем отношение X(MgSO4) = [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] =0.048
Если раствор магнезии используется в качестве лекарственного препарата, то с разовой дозой 5мл пациент получает следующее число моль MgSO4 :
2.5моль(MgSO4) – в 1000 мл(раствора)
X моль(MgSO4) - в 5 мл(раствора), тогда X=0.0125моль=12.5ммоль
ммоль(в день) · число дней = ммоль(суммарная доза)
12.5 · число дней = 125, => число дней = 10
Курс лечения 10 дней.
Ответ: 5н., 0.3000 г/мл, 2.78 моль/кг, 0.048; 10дней.
Задачи для самостоятельного решения
1. Физиологический раствор для внутривенных инфузий, который является 0.9% раствором NaCl в воде, имеет плотность
·
· 1г/мл. Сколько граммов NaCl нужно взвесить для приготовления 400мл раствора ?
2. Витамин B6 (пиридоксина гидрохлорид) обычно используется в виде 5% раствора для инъекций. Сколько миллиграммов витамина содержит одна ампула объемом 1cм3 , если плотность раствора
·
· 1г/мл ?
3. Какая масса адреналина попала в организм, если ввели 1мл 0.1% раствора? (Считайте плотность
·=1г/мл).
4. Найдите молярную концентрацию физиологического раствора, принимая плотность равной 1г/мл.
5. Рассчитайте молярную концентрацию 10% CaCl2, если плотность
·=1.1 г/см3.
6. Найдите нормальную концентрацию и титр 0.1M H2SO4. (При условии полного замещения атомов водорода в предстоящей реакции H2SO4).
7. Один моль фруктозы растворили в 500 г воды. Найдите моляльную концентрацию и мольную долю фруктозы в растворе.
8. 10% CaCl2 назначен внутривенно по 10мл, 2 раза в день. Сколько моль CaCl2 получит пациент после 10-дневного курса лечения? (Плотность раствора не учитывать).
9. Рассчитайте молярность 5% раствора глюкозы с плотностью
·= 1.06 г/мл.
Приготовление растворов заданных концентраций
Оборудование: аналитические весы; технохимические весы; набор ареометров; мерные колбы на 50, 100, 200, 250 мл; мерные цилиндры емкостью на 50, 100, 250 мл; стаканы емкостью на 100 и 250 мл; воронки; пустые склянки для растворов; стеклянные палочки; шпатели и капсулаторки; резиновые груши; пипетки; стаканчики для взвешивания; фильтры.
Реактивы: дистиллированная вода; твердые соли CoSO46Н2О, CuSO45Н2О, K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6]3Н2О, Na2CO3, NaCl, NiSO47Н2О; твердый NaOH; концентрированные растворы HCl, CН3COOH, H2SO4.
Ход работы 1. Выполнить расчеты по предложенным вариантам. 2. Приготовить растворы указанных концентраций по заданию преподавателя.
Вариант № 1
Приготовить 85 г 3%-ного раствора хлорида натрия NaCl из твердой соли.
Вариант № 2
Приготовить 100 мл 1М раствора хлорида натрия NaCl из твердой соли.
Практическое занятие № 4. Решение типовых задач на титриметрический (объёмный) анализ качества сырья и продуктов металлургии
Цель: научиться решать типовые задачи на титриметрический (объёмный) анализ
. Титриметрический (объёмный) метод анализа
Титриметрический (объёмный) анализ в отношении скорости выполнения даёт огромное преимущество по сравнению с гравиметрическим анализом. Вместо взвешивания продукта реакции при титриметрии измеряют объём затрачиваемого на её проведение раствора реагента, концентрация которого всегда точно известна. Поэтому количественное определение содержания вещества осуществляется путем точного измерения объёмов растворов двух веществ, вступающих между собой в реакцию.
Требования к реакциям, применяемым в титриметрическом анализе
Существенная особенность титриметрического анализа состоит в том, что при титровании употребляют не избыток реагента, а его количество, точно отвечающее уравнению реакции и химически эквивалентное количеству определяемого вещества (закон эквивалентов).
Поэтому при титровании необходимо точно установить момент эквивалентности, то есть определить точку эквивалентности. Следовательно, реакция, применяемая в объёмном анализе, должна иметь индикатор или индикаторный метод, позволяющий зафиксировать окончание титрования при эквивалентности реагирующих веществ.
Вторым необходимым условием является количественное течение реакции до равновесия, характеризуемого соответствующей величиной константы равновесия реакции.
В титриметрии можно применять только те реакции, которые протекают с достаточной скоростью. Точно зафиксировать точку эквивалентности для медленно протекающей реакции практически невозможно.
Необходимо, чтобы прибавляемый титрованный раствор реактива расходовался исключительно на реакцию с определяемым веществом, то есть при титровании не должны протекать побочные реакции.
Классификация методов титриметрического анализа
Метод титриметрии характеризуют по химической реакции, лежащей в основе определения веществ, и по способу титрования.
В соответствии с этим титриметрические определения подразделяют на метод кислотно-основного титрования (нейтрализации), метод осаждения и комплексообразования, метод окисления-восстановления.
По способу титрования различают следующие методы:
1. Метод прямого титрования. Определяемый ион титруют раствором реагента или наоборот.
2. Метод замещения. В случае трудности с фиксацией точки эквивалентности при прямом титровании, определяемый ион замещают строго эквивалентным количеством иона, титрующегося прямым титрованием без трудностей.
3. Метод обратного титрования (титрование по остатку). Используется в случае отсутствия подходящего индикатора для фиксации точки эквивалентности при прямом титровании или когда прямая реакция протекает медленно.
Каким бы методом не проводилось титрование, всегда требуется соблюдение условий:
а) точное измерение одного или обоих реагирующих растворов;
б) наличие титрованного раствора, при помощи которого проводят титрование до достижения точки эквивалентности;
в) вычисление результатов анализа.
Таблица
Формулы расчета результатов количественных определений в титриметрии
Метод расчета
Способ титрования
прямое
13 EMBED Equation.3 1415
обратное (по остатку)
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
1. 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
2. 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3. 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415 - нормальная концентрация титранта, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- концентрация добавляемого с избытком реагента при обратном титровании, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- объёмы титранта и реагента, соответственно, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса эквивалента определяемого вещества (13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415 - молярная масса вещества 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- число эквивалентов), 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- объём мерной колбы, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- объём раствора, взятый на титрование, аликвота, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- навеска образца, взятого для анализа, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- титр титранта по определяемому веществу, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- титр реагента по вспомагательному веществу, 13 EMBED Equation.3 1415.
Важная величина в расчетах 13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса эквивалента вещества.
Для определения молярной массы эквивалента кислоты: 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса кислоты, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- число ионов водорода кислоты, замещающихся на ионы металла или её основность.
Для определения молярной массы эквивалента основания: 13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - молярная масса основания, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- число гидроксильных групп основания или его кислотность.
Для определения молярной массы эквивалента соли: 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса соли, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- число ионов металла в молекуле соли; 13 EMBED Equation.3 1415- валентность металла.
Для окислительно-восстановительных реакций: 13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415- молярная масса вещества, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415- число электронов вещества, участвующих в окислительно-восстановительном взаимодействии.
Решение типовых задач
Задача 1. Для установления концентрации раствора 13 EMBED Equation.3 1415взята навеска 13 EMBED Equation.3 1415безводной соды. Навеска растворена в воде и объём раствора доведен до 13 EMBED Equation.3 1415. На титрование 13 EMBED Equation.3 1415 полученного раствора требуется 13 EMBED Equation.3 1415 раствора кислоты. Вычислить нормальную концентрацию и титр соляной кислоты, а так же титр раствора соляной кислоты по 13 EMBED Equation.3 1415.
Решение.
В системе протекает реакция
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415.
Определим молярную массу эквивалента соды
13 EMBED Equation.3 1415.
Нормальная концентрация кислоты определяется по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415.
Титр соляной кислоты 13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415.
Титр соляной кислоты по гидроксиду натрия равен
13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 2. Навеску руды массой 13 EMBED Equation.3 1415 растворили в соответствующем растворителе. На титрование ионов 13 EMBED Equation.3 1415 было затрачено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 раствора 13 EMBED Equation.3 1415. Определить процентное содержание железа в растворе.
Решение.
При титровании анализируемого раствора 13 EMBED Equation.3 1415 протекает реакция
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Содержание железа в растворе определим по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415.
Молярная масса эквивалента железа равна
13 EMBED Equation.3 1415.
Тогда 13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 3. Навеску руды массой 13 EMBED Equation.3 1415 растворили в мерной колбе объёмом 13 EMBED Equation.3 1415. На титрование 13 EMBED Equation.3 1415 раствора было затрачено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 раствора 13 EMBED Equation.3 1415. Определить процентное содержание 13 EMBED Equation.3 1415в руде.
Решение.
При использовании метода аликвотирования содержание железа в процентах рассчитывается по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415.
Задача 4. Для определения содержания кальция навеску шлака массой 13 EMBED Equation.3 1415 растворили в 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 раствора 13 EMBED Equation.3 1415. После окончания реакции избыток 13 EMBED Equation.3 1415 оттитровали 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 раствором 13 EMBED Equation.3 1415. Определить содержание кальция в шлаке в процентах.
Решение.
В ходе анализа (метод обратного титрования) в растворе протекают реакции 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
При использовании метода обратного титрования содержание кальция в процентах определяется по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415.
Задачи для контрольных работ, домашних заданий и самостоятельной работы
1.1. Сколько граммов 13 EMBED Equation.3 1415 содержится в 13 EMBED Equation.3 1415 раствора, если при действии на 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 её раствором получено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415?
1.2. Какие требования предъявляются к реакциям в объёмном анализе и почему?
2.1. Для установления титра раствора 13 EMBED Equation.3 1415, полученного разбавлением концентрированной кислоты, 13 EMBED Equation.3 1415 раствора 13 EMBED Equation.3 1415 с титром 13 EMBED Equation.3 1415 оттитровали 13 EMBED Equation.3 1415 раствора серной кислоты. Зная, что реакция идет по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415,
вычислить титр раствора 13 EMBED Equation.3 1415.
2.2. Какие требования предъявляются к гравиметрической форме в гравиметрии?
3.1. Определить процентное содержание 13 EMBED Equation.3 1415 в техническом препарате сульфата магния, если из навески 13 EMBED Equation.3 1415 его получено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415.
3.2. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы та или иная реакция осаждения могла быть использована в титриметрическом анализе?
4.1. Определить содержание 13 EMBED Equation.3 1415 в граммах в 13 EMBED Equation.3 1415 раствора, если на титрование 13 EMBED Equation.3 1415 этого раствора затрачено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 раствора 13 EMBED Equation.3 1415.
4.2. Описать алгоритм выполнения гравиметрического анализа.
5.1. При определении фосфора в чугунах и сталях навеску растворяют в 13 EMBED Equation.3 1415 и окисляют образовавшуюся фосфористую кислоту до фосфорной. Фосфат-ион осаждают в виде 13 EMBED Equation.3 1415. Отфильтровав осадок, его растворяют в аммиаке, после чего осаждают молибденовую кислоту в виде 13 EMBED Equation.3 1415, по массе которого и вычисляют содержание фосфора. Вычислить фактор пересчета для этого определения.
5.2. Что такое индикаторная ошибка титрования? Перечислить типы индикаторных ошибок титрования.
6.1. Определить нормальность и титр раствора 13 EMBED Equation.3 1415, если на титрование навески 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415, растворенной в произвольном объёме воды, израсходовано 13 EMBED Equation.3 1415 раствора щелочи.
6.2. Объясните, зачем при осаждении 13 EMBED Equation.3 1415 раствор подкисляют, нагревают и энергично перемешивают?
7.1. Из навески бронзы массой 13 EMBED Equation.3 1415 получено 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415. Определить массовую долю олова в сплаве.
7.2. В чем сущность титриметрии и её отличие от гравиметрии?
Тема 2.1. Фотометрический анализ качества материалов металлургического производства
Лабораторная работа № 5. Определение концентрации ионов меди в электролите латунирования дифференциально-фотометрическим методом.
Электролит латунирования содержит компоненты CuSO4 и ZnSO4 ионы меди определяют фотометрическим [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], окрашивающих раствор в интенсивный сине-фиолетовый цвет. Ионы Zn, образующие с аммиакатом бесцветные комплексы, определению не мешают. Определение проводят в присутствии избытка NН4. В этих условиях в растворе образуются комплексы меди Cu(NН3)42+. Ввиду относительно большого содержания меди в образце определение выполняют методом дифференциальной фотометрии.
Реактивы и оборудование: сульфат меди CuSO4
·5Н2О, аммиак NН3, раствор 5 % [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], Н2SO4 1 М раствор (2н), колбы мерные (50 и 100 мл), бюретка (25 мл), пипетка 10 м, фотоэлектроколориметр.
Ход работы:1. Приготовление стандартных растворов меди и выбор светофильтра.Точную навеску CuSO4
· 5Н2О массой около (0,78±0,04) г количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, растворяют в 5 мл Н2SO4 и доводят раствор до метки дистиллированной водой (раствор 1). Из раствора 1 готовят 6 стандартных растворов, содержащих от 5-30 г меди в 50 мл. Для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], в мерные колбы вместимостью 50 мл переносят от 2,5 до 15 мл раствора 1. Добавляют в каждую колбу по 2 мл раствора NН4 и объём растворов доводят до метки дистиллированной водой. Оптическую плотность каждого раствора измеряют не ранее чем через 10 мин в кювете с толщиной слоя 2 см.
Первым фотометрируют раствор, имеющий [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], изменения его оптической плотности относительно воды в диапазоне длин волн 400-750 нм и строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность-длина волны. Выбирают светофильтр, при котором наблюдается максимальное светопоглощение раствора. Этот светофильтр используется для дальнейшей работы.
2.Построение градуировочного графика.
С выбранным светофильтром (п.1) поочередно фотометрируют [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], полученные по п.1, относительно стандартного раствора, содержащего 5 мг Cu в 50 мл. По результатам измерений строят график (относительная плотность-концентрация меди)
3.Анализ исследуемого раствора.
Анализируемый раствор, состоящий из смеси CuSO4 и ZnSO4 , [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], объемом 50 мл, добавляют 2 мл раствора NН3, доводят до метки водой и через 10 минут фотометрируют при выбранном по п.1светофильтре относительно стандартного раствора меди, содержащего 5 мг Cu в 50 мл. Измерения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], используя среднее значение оптической плотности меди по градуировочному графику находят концентрацию меди в пробе анализируемого раствора. Рассчитывают массу меди в анализируемом растворе, учитывая произведенные разбавления.
Таблица 1.
№
Сульфосалициловая к-та 10%
Железо(стандарт)
NH4OH – 10 %
T (%)
D
1
10 мл
2,5 мл
10 мл
26
0,57
2
10 мл
5 мл
10 мл
27
0,55
3
10 мл
7,5 мл
10 мл
28
0,54
4
10 мл
10 мл
10 мл
29
0,53
5
10 мл
12,5 мл
10 мл
31
0,51
6
10 мл
15 мл
10 мл
32
0,50
7
Х мл
10 мл
15 мл
30
0,52
Обработка результатов:
Найдем титр по меди г/мл
Вычислим концентрации стандартных растворов T (%) Постойте График зависимости T от С
C
·10-4 (г/мл) D Постойте График зависимости D от С C
·10-4 (г/мл) Постойте График зависимости D от T D T (%) Вывод: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], построили графики зависимостей и, используя [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], количественно определили содержание меди в электролите.Также вычислили объем анализируемой пробы “X”:
. Учебно-методическое и информационное обеспечение:
а) основная литература
Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн.1,2. Титриметрический и гравиметрический методы анализа. Физико-химические методы анализа. - М., Дрофа, 2002.
Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Аналитическая химия. Лабораторный практикум. - М., Дрофа, 2004.
Васильев В.П., Кочергина Л.А., Орлова Т.Д. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач. - М., Дрофа, 2003.
Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. -М.:ИД «Альянс», 2007.
Интернет источники: http://www.uzluga.ru/potrd/%D0%9B%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F+%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0+%E2%84%962+%3A+%D0%9E%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5+%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8+%D0%B2+%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5+%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5+%D0%B4%D0%B8%D1%84%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE-%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BC+%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%BCd/main.html
Практическое занятие № 5. Характеристика электрохимических методов анализа.
Цель: Сформировать представления об электрохимических методах анализа и их применении в современных клинических и медико-биологических исследованиях, а также принципах и механизмах действия современной лабораторно-клинической аппаратуры, что является основой для изучения последующих дисциплин. Научиться применять учебный материал в будущей профессии врача.
Сделайте запись в рабочей тетради по плану:
Дата
Номер занятия
Тема занятия
Основные вопросы темы – это учебные вопросы занятия
Краткое описание порядка выполнения лабораторных работ.
Учебные вопросы занятия:
1. Общая характеристика электрохимических методов анализа.
1.1. Основные тенденции развития и использования электрохимических методов в количественном анализе и медико-биологических исследованиях.
1.2. Основные понятия электрохимии: электрохимическая реакция, электрохимическая ячейка, электроды сравнения и электроды определения.
1.3. Классификация электрохимических методов анализа.
2. Потенциометрия.
2.1.Сущность и аналитические возможности метода.
2.2. Прямая потенциометрия (ионометрия) и потенциометрическое титрование.
3. Кондуктометрия.
3.1.Электропроводность растворов. Измерение электропроводности растворов. Зависимость электропроводности от различных факторов.
3.2.Сущность и аналитические возможности метода.
3.3.Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование.
4. Вольтамперометрические методы анализа.
4.1. Основные принципы вольтамперометрии. Аналитические возможности метода.
5. Как определить концентрацию раствора слабой кислоты и ее константы ионизации методом потенциометрического титрования.
Рекомендуемая литература:
Практическое занятие № 6.Решение типовых задач на фотометрический анализ
Цель. Научиться решать типовые задачи на фотометрический анализ.
Теоретические сведения. Фотометрический метод анализа
Фотометрический метод анализа основан на использовании основного оптического закона Бугера-Ламберта-Бера
13 EMBED Equation.3 1415, (3.1)
где 13 EMBED Equation.3 1415 оптическая плотность (абсорбция) окрашенного раствора; 13 EMBED Equation.3 1415 пропускание; 13 EMBED Equation.3 1415 световой поток, падающий на раствор и прошедший через раствор, соответственно; 13 EMBED Equation.3 1415 толщина поглощающего слоя раствора, 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415 молярный коэффициент абсорбции (поглощения), 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415 концентрация определяемого вещества, 13 EMBED Equation.3 1415.
Метод градуировочного графика
В соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера график в координатах оптическая плотность – концентрация должен быть линеен и проходить через начало координат. Градуировочный график обычно строят минимум по трем стандартным растворам. Измерив оптическую плотность анализируемого раствора, по градуировочному графику определяют концентрацию исследуемого вещества.
Метод молярного коэффициента поглощения
Определяют абсорбцию нескольких стандартных растворов 13 EMBED Equation.3 1415, для каждого из них рассчитывают молярный коэффициент абсорбции (поглощения) 13 EMBED Equation.3 1415 и полученные значения усредняют. Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора 13 EMBED Equation.3 1415 и рассчитывают концентрацию определяемого вещества 13 EMBED Equation.3 1415 по формуле
13 EMBED Equation.3 1415. (3.2)
Массу определяемого вещества рассчитывают по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (3.3)
где 13 EMBED Equation.3 1415 молярная масса определяемого вещества 13 EMBED Equation.3 1415.
Метод добавок
Готовят два раствора, один из аликвоты определяемого вещества, второй – из аликвоты определяемого вещества с добавкой известной концентрации стандартного раствора 13 EMBED Equation.3 1415. В обоих растворах создают одинаковые условия и фотометрируют в одинаковых кюветах при одной и той же длине волны. Концентрацию анализируемого раствора находят по уравнению
13 EMBED Equation.3 1415, (3.4)
где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415- концентрация анализируемого раствора и раствора с добавкой стандартного раствора, соответственно; 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 - оптическая плотность анализируемого раствора и анализируемого с добавкой стандартного раствора, соответственно.
Задача. При фотоколориметрическом определении Fe3+ с сульфосалициловой кислотой из стандартного раствора с содержанием железа 10 мг/см3 приготовили ряд разведений в мерных колбах вместимостью 100 см3, измерили оптическое поглощение и получили следующие данные:
Vст, см3 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
А 0,12 0,25 0,37 0,50 0,62 0,75
Определите концентрацию Fе3+ в анализируемых растворах, если их оптическое поглощение равно 0,30 и 0,50.
Решение. Строим калибровочный график для стандартного раствора и находим концентрацию при оптическом поглощении 0,30 и 0,50. Она равна 24 и 40 мг/100 см3соответственно.
Ответ:24,0 и 40,0 мг/100 см3.
Задача. После растворения 0,2500 г стали раствор разбавили до 100,0 мл. В три колбы вместимостью 50,0 мл поместили по 25,00 мл этого раствора и добавили: в первую колбу стандартный раствор, содержащий 0,50 мг Ti, растворы Н2О2 и Н3РО4, во вторую – растворы Н2О2 и Н3РО4, в третью – раствор Н3РО4 (нулевой раствор). Растворы разбавили до метки и фотометрировали два первых раствора относительно третьего. Получили значения оптической плотности: Ах+ст = 0,650, Ах= 0,250.
Рассчитать массовую долю (%) титана в стали.
Решение. Определяем концентрацию титана, добавленного со стандартным раствором:
сст = 0,50 / 50,00 = 1,00 . 10-2 мг/мл,
где 0,50 мг – масса добавленного титана; 50,00 мл – объем раствора.
Вычисляем концентрацию титана по формуле
сх = сст Ах / (Ах+ст – Ах); сх = 1,00·10-2 ·0,250 / (0,650 – 0,250) = 6,25·10-3 мг/мл.
Определяем массу титана во взятой навеске:
m = (6,25 . 10-3 . 50,00 . 100,0) / 25,00 = 1,25 мг = 1,25 . 10 -3 г.
и рассчитываем его массовую долю (%):
wTi = ( 1,25 . 10-3 . 100) / 0,2500 = 0,50%.
Ответ: Массовая доля титана в стали 0,50%.
http://www.chem-astu.ru/chair/study/PCMA/r1_1_2.htm
Задачи для самостоятельного решения:
Задача 1.При фотоколориметрическом определении Fe3+ с сульфосалициловой кислотой из стандартного раствора с содержанием железа 10 мг/см3 приготовили ряд разведений в мерных колбах вместимостью 100 см3, измерили оптическое поглощение и получили следующие данные:
Vст, см3 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
А 0,12 0,25 0,37 0,50 0,62 0,75
Определите концентрацию Fе3+ в анализируемых растворах, если их оптическое поглощение равно 0,30 и 0,50.
Задача 2. После растворения 0,2500 г стали раствор разбавили до 100,0 мл. В три колбы вместимостью 50,0 мл поместили по 25,00 мл этого раствора и добавили: в первую колбу стандартный раствор, содержащий 0,50 мг Ti, растворы Н2О2 и Н3РО4, во вторую – растворы Н2О2 и Н3РО4, в третью – раствор Н3РО4 (нулевой раствор). Растворы разбавили до метки и фотометрировали два первых раствора относительно третьего. Получили значения оптической плотности : Ах+ст = 0,650, Ах = 0,250.
Рассчитать массовую долю (%) титана в стали.
Тема 2.2.
Хроматографический анализ качества материалов металлургического производства
Практическое занятие № 7. Разделение ионов железа и меди из смеси методом бумажной хроматографии.
Теоретические сведения
Для разделения и обнаружения катионов и анионов часто используют плоскостную (бумажную и тонкослойную) хроматографию.
В методе бумажной хроматографии разделение веществ происходит вследствие распределения их между водной фазой, содержащейся в целлюлозе, и любой другой подвижной фазой. В качестве подвижной фазы применяют органические растворители, воду или растворы электролитов. В неподвижной фазе вещество может удерживаться не только из-за растворения в воде, адсорбированной в бумаге, но и в результате адсорбции на бумаге.
Для оценки хроматографического поведения веществ используют величину Rf , которая равна отношению расстояния l, пройденного веществом от стартовой линии, к расстоянию L, пройденному растворителем.
Rf = l/ L.
Разделение веществ возможно, если Rf (I) - Rf(II)
·0,1.
Величина Rf зависит от природы вещества, состава подвижной фазы, типа бумаги, температуры, техники эксперимента. Значения Rf, полученные при определенных условиях, обычно приведены в таблицах.
Разделение и обнаружение катионов
Для разделения катионов наиболее часто используют восходящую бумажную хроматографию.
Этот метод целесообразно использовать для разделения и обнаружения катионов в следующих системах: 1. Ni(II), Co(II), Cu(II), Cd(II); 2. Ni(II), Mn(II), Pb(II), Zn(II); 3. Cr(III), Ni(II), Co(II), Zn(II); 4. Al(III), Mn(II), Pb(II), Bi(III); 5. Mn(II), Co(II), Cu(II), Cd(II); 6. Ni(II), Co(II), Pb(II0, Zn(II); 7. Al(III), Mn(II), Co(II), Bi(III); 8. Cr(III), Al(III), Cu(II), Bi(III).
Для определения положения каждого компонента на бумажной хроматограмме необходимо знать величины Rf.
Аппаратура.
Разделение проводят в закрытых камерах, так как необходимо избегать испарения растворителя с полоски бумаги. Можно использовать цилиндр с притертой крышкой, к которой с помощью крючка крепится полоска хроматографической бумаги шириной 2 см и длиной около 20 см. Систему растворителей (HCl – ацетон) заранее вносят в цилиндр для насыщения атмосферы камеры парами растворителя.
Нанесение образца на полоску хроматографической бумаги.
На расстоянии 2 см от края бумажной полоски карандашом проводят стартовую линию. В середину этой линию капилляром (прижимая его к бумаге) наносят каплю анализируемого раствора, диаметр пятна не должен превышать 5 мм. Нанесение образца повторяют 2-3 раза, предварительно подсушивая пятно над песочной баней.
Получение хроматограммы.
Полоску хроматографической бумаги с нанесенной каплей анализируемого раствора опускают вертикально в цилиндр так, чтобы ее конец был погружен в растворитель не более чем на 0,5 см. Пятно не должно погружаться в растворитель! Бумажная полоска не должна касаться стенок цилиндра. Время хроматографирования составляет 1,5-2 часа. Процесс прекращают после того, как растворитель пройдет от линии старта не менее 10 см. После этого бумажную полоску вынимают, отмечают положение фронта растворителя и тщательно высушивают полоску над электроплитой или песочной баней. Измеряют расстояние между стартовой линией и фронтом растворителя L. По табличным значениям Rf и экспериментально найденной величине L вычисляют l – высоту подъема зоны каждого катиона из заданной смеси.
Обнаружение катионов.
Большинство катионов образует неокрашенные зоны, поэтому для их обнаружения хроматограмму обрабатывают растворами органических и неорганических реагентов-проявителей (табл.1). http://www.chem.msu.su/rus/teaching/analyt/biophysik.pdf
Проявляют хроматограмму, прикасаясь капилляром с реагентом для обнаружения катиона только к участку бумажной полоски на рассчитанной высоте размещения зоны данного компонента. Появление характерной окраски подтверждает присутствие катиона в анализируемом растворе. Хроматограмму высушивают и вклеивают в рабочий журнал.
Цель: Приобрести навыки разделения смеси веществ с помощью тонкослойной и бумажной хроматографии.
Задание: Разделить смесь катионов меди (П) и железа (Ш) хроматографическим методом.
Оборудование и реактивы: Чашка Петри, химический стакан, стеклянные палочки,
капилляры, хроматографическая бумага. Р-р гксацианоферрата (П) калия(с=0,05 моль/л), насыщенный р-р сульфата меди (П) и нитрата железа (Ш).
Сущность работы: Для разделения смеси ионов меди(П) и железа (Ш) используется адсорбционная хроматография на бумаге. Различная скорость перемещения ионов обусловлена различием их адсорбционной способности. Разделенные хроматографические зоны обнаруживаются цветной реакцией с гексацианоферратом (П) калия.
Выполнение эксперимента:
1.Наносят разделяемую смесь катионов меди(П) и железа (Ш) на бумагу.
2. Проводят хроматографическое разделение.
3. Обнаруживают разделенные зоны.
4. Описывают полученную хроматограмму.
Рисунок:
Уравнения реакций:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6 Fe 4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
2CuSO4 + K4[Fe(CN)6] Cu2[Fe(CN)6 ] + 2K2SO4
Учтите: Зона, содержащая ионы Fe3+, окрашивается в интенсивно-синий цвет, зона, содержащая ионы Cu2+, окрашивается в коричневый цвет.
*В выводе указывают вид хроматографии по технике выполнения и доминирующему механизму.
Объясняют расположение окрашенных зон.
Вывод:
Опыт 2. Определение Fe(III) в пищевых продуктах методом бумажной хроматографии.
Из хроматографической или фильтровальной бумаги вырезают полоску шириной 6 и длиной 10 см. На расстоянии 1 см от нижнего края карандашом проводят тонкую линию (линия старта). На стартовую линию с помощью тонкого капилляра наносят исследуемый раствор так, чтобы диаметр пятна не превышал 5 мм. На эту же стартовую линию на расстоянии 2-3 см от этой капли наносят другим капилляров 0,05% раствор хлорида железа (III). Высушивают бумагу на воздухе.
Приготовленную таким образом полоску закрепляют с помощью двух соединенных резиновыми колечками стеклянных палочек и опускают в стакан со смесью растворителя (этанол и разбавленная соляная кислота в соотношении 1:4). Слой растворителя в стакане должен быть равным 1-1,5 см, глубина погружения полоски бумаги 2-3 мм. После поднятия растворителя на высоту 7-8 см полоску вынимают из стакана и карандашом отмечают линию подъема растворителя. Для обнаружения ионов Fe(III) бумага смачивают раствором гексацианоферрата (II) калия.
Вывод: Хроматограмму зарисовать. Сравнить форму, цвет и расстояние от линии старта для стандартного и исследуемого растворов, сделать вывод об идентичности ионов, сравнить концентрации растворов по иону Fe(III).
Практическое занятие №.8. Решение типовых задач по хроматографическому анализу.
Цель: Научиться решать типовые задачи по хроматографическому анализу.
Теоретические сведения.
Хроматография – физико-химический метод разделения смесей, основанный на сорбционном распределении компонентов между двумя фазами, одна из которых – подвижная фаза (газ или жидкость) – перемещается относительно другой – неподвижной фазы (сорбента). Смесь веществ, отличающихся разной сорбируемой способностью, разделяется на отдельные компоненты в процессе движения по слою сорбента.
Хроматографические методы различаются по следующим признакам:
по агрегатному состоянию системы, в которой проводится разделение смеси на компоненты, – газовая, жидкостная и газожидкостная хроматография;
по механизму разделения – адсорбционная, распределительная, ионообменная, осадочная, окислительно-восстановительная хроматография;
по форме проведения процесса – колоночная, плоскостная (бумажная и тонкослойная), капиллярная хроматография.
Ионообменная хроматография
Ионообменная хроматография – это разновидность хроматографических методов анализа, основанная на обратимом эквивалентном обмене ионов, содержащихся в анализируемом растворе, на подвижные ионы, входящие в состав ионитов. Синтетические иониты (ионообменники) представляют собой нерастворимые в воде и органических средах высокомолекулярные полиэлектролиты сетчатого строения, имеющие в своем составе функциональные группы кислотного (-SO3, -COO, -PO3 и др.) или основного (=NH, –NH2, ( N и др.) характера.
Важными характеристиками ионитов являются набухаемость, селективность, обменная емкость. Обменная емкость ионитов является количественной мерой способности ионита поглощать ионы. Численно обменную емкость выражают количеством поглощенных миллимоль эквивалентов ионов 1 г сухой смолы в H+ – форме для катионита и в Cl– – форме для анионита.
Решение типовых задач.
Задача 1. Определить массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным:
Компонент: Пропан Бутан Пентан Циклогексан
S, мм2 175 203 182 35
k 0,68 0,68 0,69 0,85
Решение: Расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому:
·i = Si . ki / S Si . ki . 100% ,
где
·i – массовая доля i-го компонента в смеси, %; Si – площадь пика i-го компонента; ki – поправочный коэффициент, определяемый чувствительностью детектора к i-му компоненту.
Найдем приведенную суммарную площадь пиков:
S Si . ki = 175 . 0,68 + 203 . 0,68 + 182 . 0,69 + 35 . 0,85 = 412,4.
Отсюда массовая доля (%) пропана равна
·(пропана) = (175 . 0,68 / 412,4 ) . 100% = 28,6%.
Ответ: Массовая доля пропана 28,6%.
Аналогично находим массовые доли
· (%) остальных компонентов смеси:
·(бутана) = 33,46%,
·(пентана) = 30,46%,
·(циклогексана) = 7,22%.
При выполнении анализа по методу внутреннего стандарта расчет проводят по формуле
·i = ( Si . ki ) / ( Sст . kст ) . R . 100%,
где Sст – площадь пика вещества, введенного в качестве внутреннего стандарта; kст – его поправочный коэффициент; R – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы.
Задача 2. Реакционную массу после нитрования толуола проанализировали методом газожидкостной хроматографии с применением этилбензола в качестве внутреннего стандарта. Определить процент непрореагировавшего толуола по следующим экспериментальным данным:
Взято толуола, г 12,7500
Внесено этилбензола, г 1,2530
Sтолуола, мм2 307
kтолуола 1,01
Sэтилбензола, мм2 352
kэтилбензола 1,02
Решение: Расчет проводят по методу внутреннего стандарта, используя формулу:
·i = ( Si . ki ) / ( Sст . kст ) . R . 100%,
Подставляем данные задачи в эту формулу:
·i = (307 . 1,01) / (352. 1,02 ) . (1,2530 / 12,75 ) . 100 = 8,49%
Ответ: 8,49%.
Задача 3: Для хроматографического определения никеля на бумаге, пропитанной раствором диметилглиоксима, приготовили три стандартных раствора. Для этого навеску 0,2480 NiCl2 . 6Н2О растворили в мерной колбе на 50 мл. Затем из этой колбы взяли 5,0; 10,0 и 20,0 мл и разбавили в колбах на 50 мл. Исследуемый раствор также разбавили в мерной колбе на 50 мл.
Постройте калибровочный график в координатах h – CNi и определите содержание никеля (мг) в исследуемом растворе, если высота пиков стандартных растворов равнa h1 = 25,5; h2 =37,5; h3 = 61,3, а высота пика исследуемого раствора равна hx = 49,0 мм.
Решение: Находим массу никеля в навеске NiCl2.6Н2О, учитывая, что М(NiCl2.6Н2О) и М(Ni) – молярные массы NiCl2.6Н2О и Ni соответственно равны238 г/моль и 59 г/моль. Тогда масса никеля в исследуемой навеске NiCl2.6Н2О составит:
mNi = (59 . 0,248) / 238 = 0,0615 г
0,0615г – 50 мл содержание никеля в первой колбе 0,00615 г/50мл
Х г - 5 мл
0,0615г – 50 мл содержание никеля во второй колбе 0,0123 г/50мл
Хг - 10 мл
0,0615 - 50 мл содержание никеля в третьей колбе 0,0246 г/50 мл
Хг - 20 мл
На основании проведенных расчетов строим график в координатах: h, мм – содержание никеля (С, г/50 мл). На график наносим высоту пика исследуемого раствора h=49 мм и находим содержание никеля в исследуемом растворе С = 18,45 мг/50мл.
Ответ: 18,45 мг.
Задачи для самостоятельного решения.
Задача №1. Через колонку с катионитом в Н+ – форме пропустили 20.00 мл раствора KCl. Элюат оттитровали 15.00 мл 0.1 М раствора NaOH. Определить содержание KCl в анализируемом растворе.
Задача №2. Какая масса Со(2+) останется в растворе, если через колонку, заполненную 5 г катионита в Н+ – форме, пропустили 200.0 мл 0.1 н раствора CoCl2. Полная динамическая емкость катионита равна 1.60 мэкв/г.
Задача №3. Для определения полной динамической емкости (ПДОЕ) катионита через колонку с 5 г катионита в Н+ – форме пропустили 350.0 мл 0.05 н раствора CaCl2. При определении Са(2+) в элюате в порциях по 50.00 мл были получены следующие значения концентраций: 0.0030; 0.0080; 0.0150; 0.0250; 0.0400; 0.0500 и 0.0500 моль экв/л. Определить ПДОЕ катионита по кальцию.
Практическое занятие №. 9. Проведение спектрального анализа сырья и продуктов металлургии с помощью спектрографа
Определение примесных элементов в стали марки 38 хмюа по х комплекту со
Цель работы: ознакомление с методом трех эталонов, определение содержания молибдена, марганца, хрома, алюминия и никеля в стали.
Необходимые приборы и материалы: 1. Кварцевый спектрограф ИСП-30. 2. Источник возбуждения спектра – генератор ИВС-2З или генераторы ДГ-2, ИГ-3. 3. Секундомер. 4. Х комплект эталонов (получают у руководителя занятий). 5. Микрофотометр МФ-2. 6. Угольные электроды, заточенные на усеченный конус с площадкой 1,52 мм. 7. Фотопластинки спектральные тип I.
Выполнение работы
Источник возбуждения спектра – генератор ДГ-2, ИВС-2З или ИГ-3, включенный по сложной схеме. Емкость конденсатора 0,01 мкФ, индуктивность 0,15 мкГн, сила тока 33,5 А. Устанавливают ширину щели прибора 0,015 мм. Источник света устанавливается с трехлинзовой конденсорной системой на стандартном расстоянии от щели прибора. Промежуточная диафрагма круглая. Рабочий искровой промежуток между электродами 2,5 мм. Обыскривание производят (при закрытой щели прибора) 15 с. Время фотографирования спектра 40 с.
Аналитические пары линий, нм (искровой спектр)
Мn 293,306 – Fе 293,690;
Ni 341,394 – Fе 341,313;
Si 251,612 – Fе 251,810;
Мо 277,540 – Fе 277,058;
Сr 283,047 – Fе 282,328;
Al 308,216 – Fе 308,374.
При анализе в дуге переменного тока ширина щели спектрографа 0,015 мм. Источник света устанавливается с трехлин- зовой конденсорной системой на стандартном расстоянии, промежуточная диафрагма высотой 5 мм. Источник возбуждения спектра – генератор ДГ-2, сила тока 34 А, дуговой промежуток 1,5 мм. Предварительный обжиг 10 с, продолжительность фотографирования 510 с, в зависимости от чувствительности фотопластинки.
Аналитические пары линий, нм (дуговой спектр)
Мn 259,373 – Fе 259,154;
Мо 317,035 – Ее 320,540;
Si 250,690 – Fе 250,790; Ni 341,394 – Fе 339,934;
Сr 267,716 – Fе 268,921; Al 308,216 – Fе 308,374.
Форма отчета. Должны быть представлены: 1) название и цель работы; 2) результаты фотометрирования; 3) результаты анализа; 4) рабочий градуировочный график
Источники:
1. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
2. http://www.tstu.ru/book/elib/pdf/2007/k_Barsukov2.pdf
Приложение 1
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1 - Важнейшие кислотно-основные индикаторы
№ п/п
Индикатор
Интервал перехода рН и окраска индикатора
1
Пикриновая кислота
0,0 – 1,3
бесцветная – желтая
2
Метиловый зеленый
0,1 – 2,0
желтая – зелено-голубая
3
Метиловый фиолетовый, 2-й переход
1,0 – 1,5
зеленая - синяя
4
Тимоловый синий (тимолсульфофталеин), 1-й переход
1,2 – 2,8
красная - желтая
5
Метиловый оранжевый
3,1 – 4,4
красная – оранжево-желтая
6
Бромфеноловый синий (тетрабромфенолсульфофталеин)
3,0 – 4,8
желтая – пурпурная
7
Ализариновый красный С (ализарин)
3,7 – 5,2
желтая - фиолетовая
8
Бромкрезоловый синий (бромкрезоловый зеленый)
3,9 – 5,4
желтая – синяя
9
Метиловый красный
4,4 – 6,2
красная – желтая
10
Бромфеноловый красный (дибромфенолсульфофталеин)
5,0 – 6,8
желтая – красная
11
п-Нитрофенол
5,6 – 7,6
бесцветная – желтая
12
Бромтимоловый синий (дибромтимолсульфо фталеин)
6,0 – 7,6
желтая – синяя
Продолжение таблицы 1
№ п/п
Индикатор
Интервал перехода рН и окраска индикатора
13
Феноловый красный (фенолсульфо фталеин)
6,8 – 8,2
желтая – красная
14
Тропеолин 000
7,6 – 8,9
желто-зеленая – розовая
15
Ксиленоловый синий, 2-й переход
8,0 – 9,6
желтая - синяя
16
Фенолфталеин
8,2 – 9,8
бесцветная – пурпурная
17
Тимолфталеин
9,3 – 10,5
бесцветная – синяя
18
Ализариновый красный С, 2-й переход
10,0 – 12,0
фиолетовая – бледно-желтая
19
Индигокармин (индигосульфонат натрия)
11,6 - 14,0
синяя - желтая
Приложение 2
Таблица 2 - Важнейшие окислительно-восстановительные индикаторы
Индикатор
Соединение
Eo, B
Окраска
Окисленной
формы
Восстановленной формы
2,2' Дипиридил (комплекс с рутением)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+1,33
Нет
Желтая
Нитро-о фенантролин, комплекс сFe2+ (нитроферроин)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+1,25
Бледно-голубая
Красная
1,10 Фенантролин, комплекс с Fe2+(ферроин)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+1,06
Бледно-голубая
Красная
N Фенилантраниловая кислота (2 дифениламинкарбоновая кислота)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+1,00
Фиолетово-красная
Нет
5,6 Диметил-1,10 фенантролин (комп лекс с Fe2+)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,97
Желто-зеленая
Красная
Дифенил аминсуль фонат натрия
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,84
Синяя
Нет
3,3' Диме токсибензидин (о Дианизидин)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,78
Красная
Нет
Дифениламин
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,76
Фиолетовая
Нет
Дифенилбензидин
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,76
Фиолетовая
Нет
п-Этокси хризоидин
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,76
Бледно-желтая
Красная
Вариами новый синий
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
+0,71
Фиолетовая
Нет
Приложение 3
Таблица 3 - Произведения растворимости некоторых малорастворимых веществ
Формула вещества
ПР
Формула вещества
ПР
AgBr
5,3·10-13
Cd(OH)2
2,2·10-14
AgI
8,3·10-17
Cu(OH)2
5,0·10-20
Ag2CrO4
1,1·10-12
CaF2
4,0·10-11
AgCl
1,8·10-10
CaC2O4
2,3·10-9
BaSO4
1,1·10-10
CaSO4
2,4·10-5
BaC2O4
1,1·10-7
Li3PO4
3,2·10-9
СaCrO4
7,1·10-4
MgC2O4
8,6·10-5
CaCO3
3,8·10-9
MgCO3
2,1·10-5
Ca3(PO4)2
10-29
MgNH4PO4
2,5·10-13
CuBr
5,25·10-9
Mg3(PO4)2
1·10-13
CuCO3
2,5·10-10
Na2SiF6
2,8·10-4
CuCl
1,2·10-6
Ni(C4H7O2N2)2
2,3·10-25
CuI
1,1·10-12
NiCO3
1,3·10-7
CuS
6,3·10-36
Ni2P2O7
1,7·10-13
Cu2S
2,5·10-48
PbBr2
9,1·10-6
FeCO3
2,5·10-11
PbCO3
7,5·10-14
Fe(OH)3(cвежеосажд.)
6,3·10-38
PbC2O4
4,8·10-10
Fe(OH)3 (после стар.)
6,3·10-39
PbCl2
1,6·10-5
FeS
5·10-18
PbCrO4
1,8·10-14
Hg2Cl2
1,3·10-18
PbI2
1,1·10-9
Hg2I2
4,5·10-29
Pb3(PO4)2
7,9·10-43
HgS
1,6·10-52
PbS
2,5·10-27
Hg2S
1·10-47
PbSO4
1,6·10-8
KBF4
2·10-3
Sn(OH)4
1·10-57
KClO4
1,1·10-2
SnS
2,5·10-27
KIO4
8,3·10-4
SrSO4
3,2·10-7
K(C6H5)4B
2,25·10-8
Приложение 4
СЛОВАРЬ ХИМИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ
http://www.chem-astu.ru/chair/study/anchem/
Аналитическая химия рассматривает принципы и методы изучения химического состава вещества. Включает качественный и количественный анализ. Задача первого из них – обнаружение компонентов анализируемого образца и идентификация соединений, второго – определение концентрации или массы компонентов. Для определения компонентов используют [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Практически все эти методы основаны на зависимости каких-либо доступных измерению свойств веществ от их состава. При этом необходимо найти уравнение связи между свойством и составом, разработать способы регистрации количественных характеристик свойства ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), устранить помехи со стороны других компонентов. Величину аналитического сигнала переводят в единицы, характеризующие количество или концентрацию компонента. Измеряемыми величинами могут быть масса, объем, светопоглощение, сила электрического тока и т.д. Методы химического анализа применяются для контроля многих технологических процессов, главным образом в химической, нефтехимической, металлургической, фармацевтической и пищевой промышленности. Достижения аналитической химии используются в различных отраслях науки и техники.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (устаревшее название - весовой анализ). Совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении массы веществ. При прямой гравиметрии (используется наиболее широко) устанавливают массу определяемого компонента или продукта его химического превращения, при обратной - изменение массы вещества в результате химической реакции или физического процесса с участием определяемого компонента. В первом случае определяемый компонент обычно выделяют из раствора в виде элемента или в виде труднорастворимого соединения ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]). Затем последние превращают в так называемую [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – устойчивое соединение определенного состава, массу которого измеряют. Например, при определении Ca2+ форма осаждения - CaC2O4, гравиметрическая форма – СаО. Форму осаждения выделяют с помощью электролиза (электрогравиметрия) или реагента-осадителя, отделяют фильтрованием, декантацией, центрифугированием и др., отмывают от следов сорбированных на ней компонентов раствора; часто осадок растворяют и переосаждают. Сорбция сопутствующих компонентов и их осаждение зависят от состава раствора, химических свойств осаждаемого соединения и этих компонентов, формы и структуры осадка (аморфная, мелко- или крупнокристаллическая). Осадок обычно превращают в гравиметрическую форму сушкой или прокаливанием.
Прямую гравиметрию используют также для анализа гетерогенных систем с отделением определяемой фазы фильтрованием, центрифугированием и т.п. При анализе газов определяемый компонент поглощают сорбентом и измеряют прирост массы. Например, при определении углерода в органических веществах после их сжигания выделившийся СО2 сорбируют асбестом, пропитанным расплавленным NaOH.
Относительная погрешность измерения массы в прямой гравиметрии может достигать 0,010,1%. Однако при этом необходимо вносить поправку на растворимость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], обеспечивать ее селективное выделение, предупреждать соосаждение других компонентов раствора и их сорбцию на поверхности формы осаждения, обеспечивать количественный переход формы осаждения в гравиметрическую и т.п. Поэтому точный анализ методами прямой гравиметрии сравнительно трудоемок. Методы гравиметрии постепенно заменяют методами титриметрии, кулонометрии, атомно-абсорбционного анализа, рентгеноспектрального анализа и др.
Примеры косвенной гравиметрии – определение гигроскопичности (воды) по убыли массы анализируемого вещества в результате его высушивания при 150
·С (метод отгонки), определение СО2 в карбонатах по изменению массы в результате их взаимодействия с кислотой, а также определение термически неустойчивых веществ методом термогравиметрии.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Вещества, способные изменять окраску или люминесценцию в зависимости от рН среды. Применяется для установления окончания реакции между кислотами и основаниями (гл. обр. при [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) или др. реакций, если в них участвуют ионы Н+. Равновесие в водном растворе кислотно-основных индикаторов можно представить в виде: Ina+H2O[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Inb+H3O+, где Ina и Inb- соответственно кислотная и основная формы, которые у цветного индикатора окрашены различно. Константа равновесия этого процесса называется константой индикатора КIn.
Считают, что цвет одной формы индикатора заметен, если ее концентрация в 10 раз превышает концентрацию другой формы, т.е. интервал перехода окраски практически соответствует изменению отношения Ina/Inb=KIn/[Н3О+] от 0,1 до 10, или области рН=рКIn±1. Значение рН, при котором переход окраски наиболее отчетлив, называется показателем титрования (рТ=рКIn). На изменение окраски индикатора влияют также его концентрация, концентрация раствореннго СО2, присутствие посторонних нейтральных электролитов, природа растворителя, наличие коллоидных частиц (в том числе белковых), температура и т.д.
В качестве кислотно-основных индикаторов используются главным образом органические соединения, а также некоторые неорганические, например, гидроксид и соли алюминия, соли цинка и серебра, экстракты растений (красный и синий капустный сок и др.). Из хемилюминесцентных кислотно-основных индикаторов чаще всего применяю лофин (люминесцирует при рН 8,9-9,4 в присутствии K3[Fe(CN)6]), люминол и люцигенин. При титровании разбавленных растворов необходим индикатор с узким интервалом перехода окраски (до 0,2 единицы рН). Для этого используют смешанные индикаторы, которые представляют собой композиции из индикатора и нечувствительного к изменению рН красителя, цвет которого дополняет окраску одной из форм индикатора, или из двух кислотно-основных с близкими значениями рКIn; эти смеси имеют дополнительную окраску при промежуточном значении рН (например, смесь тимолового синего с фенолфталеином; рТ 9,0). Разновидность смешанных индикаторов – универсальные индикаторы – смеси нескольких веществ, которые изменяют цвета в широких пределах изменения рН (иногда от 1 до 14).
Особая группа – кислотно-основные индикаторы, применяемые для установления конечной точки титрования в неводных средах. Например, при титровании слабых органических оснований в среде ледяной СН3СООН применяют тимоловый синий, при титровании слабых карбоновых кислот в ДМФА – о-нитроанилин. Для определения органических кислот и оснований в смеси воды и несмешивающегося с ней растворителя применяют так называемые амфи-индикаторы, которые представляют собой соли кислот, служащих кислотно-основными индикаторами (например, тропеолин ОО, ализарин С, метиловый оранжевый, бромфеноловый синий), с различными органическими основаниями (алкалоидами, спартеином, атропином, эфедрином, хинином, кодеином, пилокарпином и др.). Эти индикаторы хорошо растворяются в органических растворителях, плохо – в воде; отличаются высокой чувствительностью.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (объемный анализ). Совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении количества реагента, необходимого для взаимодействия с определяемым компонентом в растворе или газовой фазе. Раствор или газовую смесь с точно известной концентрацией реагента (титрант) постепенно добавляют к анализируемой смеси, причем объем (или массу) вводимого титранта контролируют. Эта операция называется титрованием. Кривая титрования представляет собой зависимость какого-либо физического свойства раствора или газовой смеси (окислительно-восстановительного потенциала, электрической проводимости и др.) от объема или массы титранта.
Для вычисления массы определяемого компонента необходимо зафиксировать [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], т.е. момент титрования, когда объем (масса) титранта эквивалентен количеству определяемого компонента в соответствии со стехиометрией реакции между ними при условии, что эта реакция практически необратима. По изменению окраски титруемого раствора (в который обычно добавляют индикаторы), по излому или скачку на кривой титрования экспериментально устанавливают конечную точку титрования, которая достаточно мало отличается от точки эквивалентности. Если реакция между определяемым компонентом и вводимым реагентом недостаточно быстра, используется метод [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. При этом к анализируемой смеси добавляют точно известное количество реагента, избыток которого определяют с помощью подходящего титранта.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] различают окислительно-восстановительное титрование, титрование по методу осаждения, комплексообразования и др.; по способу индикации конечной точки – потенциометрическое титрование, фотометрическое титрование, кондуктометрическое титрование, амперометрическое титрование и др. В зависимости от того, раствор какого реагента применяется в качестве титранта, различают [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и т.д.
Титрование проводят с помощью объемных и весовых бюреток или на специальных титраторах с автоматической регистрацией кривой титрования или автоматической остановкой титрования в конечной точке. Селективность анализа зависит от титранта и способа индикации конечной точки, а также от характера предварительной обработки анализируемой смеси реагентами. Титриметрический анализ отличается малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления и довольно высокой точностью (относительная погрешность обычно не превышает десятых долей процента).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Метод титриметрического определения вещества, основанный на его окислительно-восстановительной реакции с титрантом:
аОх1 + bRed2 + cA1 + dB1 + =
·Red1 +
·Ox2 +
·A2 +
·B2 +,
где Ох1 и Ох2 – окисленные формы соответствующего титранта и определяемого вещества; Red1 и Red2 – их восстановленные формы; А1, В1, А2, В2 – неокисляющиеся и невосстанавливающиеся вещества, участвующие в окислительно-восстановительной реакции или образующиеся в результате этой реакции; а, b, с, ,
·,
·,
·,
·, - стехиометрические коэффициенты. Если реакция происходит в прямом направлении, титрант действует как окислитель, если в обратном – как восстановитель. Для выяснения возможного направления процесса его представляют в виде суммы двух электродных процессов (полуреакций):
aOx1 + ne + cA1 +=
·Red1 +
·A2 +,
·Ox2 + ne +
·B2 += bRed2 + dB1+
Эти полуреакции характеризуются соответствующими окислительно-восстановительными потенциалами
E1=E1o+[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]ln[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
E2=E2o+[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]ln[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где E1o и E2o - стандартные потенциалы пар Ох1/Red1 и Ох2/Red2 в данной системе, n-число электронов, участвующих в полуреакциях, F-число Фарадея, R – универсальная газовая постоянная. Окислительно-восстановительная реакция протекает в прямом направлении, если Е1>Е2, и в обратном направлении, если Е2>Е1. Титрование эффективно, если при этом отношение [Red2]/[Ox2] в случае титрования окислителем или обратное отношение в случае титрования восстановителем мало. Для этого подбирают титрант, обеспечивающий достаточно большое значение |E1o-E2o|, увеличивают концентрацию А1 или А2, например ионов Н+ при окислительно-восстановительном титровании восстановителей солями ванадиевой, марганцевой или других кислородосодержащих кислот. В соответствии с тем, какое вещество служит титрантом, различают [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], иодатометрию, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], феррометрию, тиосульфатометрию и др. Формально к окислительно-восстановительному можно отнести и кулонометрическое титрование, в котором роль титранта выполняет электрический ток.
Конечную точку титрования устанавливают потенциометрически, с помощью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], по появлению или исчезновению окраски титранта, титруемого вещества или их соединений с реагентами (например, иода с крахмалом). Для прямого титрования окислительно-восстановительная реакция должна быть быстрой. Если она медленная, применяется [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора. Применяются для установления конечной точки окислительно-восстановительного титрования и для колориметрического определения окислительно-восстановительного потенциала (преимущественно в биологии). Такими индикаторами служат, как правило, вещества, которые сами подвергаются окислению или восстановлению, причем окисленная (InOx) и восстановленная (InRed) формы имеют разные окраски.
Для обратимых окислительно-восстановительных индикаторов можно записать полуреакцию
InOx + ne [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] InRed,
где n– число электронов.
При потенциале Е отношение концентраций обеих форм индикатора определяется урвнением Нернста:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ],
где EоIn – [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. (В статьях о конкретных окислительно-восстановительных индикаторах приводятся значения Е0In при [H+]=1М и температуре 25оС.) Интервал перехода окраски практически соответствует изменению отношения [InOx]/[InRed] от 0,1 до 10, что при 25oС соответствует
·[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (В). Некоторые окислительно-восстановительные индикаторы изменяют окраску необратимо, например разрушаются при окислении с образованием бесцветных продуктов, как индиго (под действием гипохлоритов), нафталовый сине-черный (в броматометрии).
При титровании сильными окислителями (K2Cr2O7, KMnO4) применяются индикаторы, имеющие сравнительно высокие ЕoIn, например дифениламин и его производные; при титровании сильными восстановителями [солями Ti(III), V(II) и т.д.] применяются индикаторы с относительно низкими Еo, например сафранин, метиленовый синий. В качестве окислительно-восстановительных индикаторов используют также вещества, специфически взаимодействующие с одной из форм окислительно-восстановительной пары с изменением окраски, например крахмал – индикатор наI2, а роданид-ионы – на Fe3+.
Ошибки
Абсолютные
Относительные
Root EntryEquation NativeEquation Native