Лабораторные работы по количественному анализу для студентов 2, 3 курсов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

количественный анализ анионов

преподаватель: Колтун Е.В.

Цели: изучить методы количественного анализа веществ и освоить их применение для решения

задач.

Задачи: изучить сущность методов количественного анализа, важнейшие частные

реакции; научить применять методы количественного анализа при проведении химико-

технологического контроля; производить вычисления и решать задачи в методах

количественного анализа; сформировать умения и навыки проведения лабораторных

опытов.

Источники используемых материалов:

1. А. Г. Крешков, А. А. Ярославцев «Курс аналитической химии. Количественный анализ»: М., Высш. шк., 1987.

2. В. Д. Пономарев, Л. И. Иванова «Практикум по аналитической химии»: М., Высш. шк., 1983.

3. Ю. Я. Харитонов «Аналитическая химия. Часть 2. Количественный анализ»: 2-е издание, М., "Высшая школа", 2003.

4. С. А. Шапиро, М.А. Шапиро «Аналитическая химия. Учебник для техникумов»: М., Высш. школа Год: 1979

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ВОДЫ В КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ХЛОРИДЕ БАРИЯ (BaCl₂ · 2Н₂О).

Проведение анализа:

1. Взятие навески:

тщательно вымытый бюкс насухо вытирают снаружи полотенцем и помещают со вставленной на ребро крышкой на 40-60 мин в сушильный шкаф при температуре

120-125⁰С. Горячий бюкс с крышкой охлаждают в эксикаторе (15-20 мин). Остывший бюкс взвешивают на аналитических весах. Результаты взвешивания записывают в тетрадь.

Высушивание (30 мин) и взвешивание повторяют при тех же условиях до тех пор, пока масса бюкса не будет постоянной или разница в результатах взвешивания будет не более 0,0002 г.

В высушенный и взвешенный бюкс насыпают 1,5 -2 г свежеперекристаллизованного хлорида бария BaCl_{2 ·} 2Н₂О, закрывают крышкой и взвешивают. Вес бюкса вместе с кристаллогидратом записывают в тетрадь.

2. Высушивание:

открывают бюкс с навеской кристаллогидрата, крышку ставят на ребро и помещают в сушильный шкаф на 1,5-2 часа при температуре 120-125⁰С (при более высокой температуре BaCl₂ разлагается, а при более низкой будет удалена не вся кристаллизационная вода).

Затем бюкс закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 20 мин и взвешивают.

Высушивание (30 мин) и взвешивание повторяют при тех же условиях до тех пор, пока масса бюкса с навеской не будет постоянной (разница не более 0,0002 г).

3. Вычисления и форма записи результатов анализа:

Масса бюкса – 24,3238 г

Масса бюкса с навеской (BaCl₂ · 2Н₂О) – 27,0141 г

Масса навески – 2, 6903 г

Масса бюкса с навеской после первого высушивания – 26,6165 г

Масса бюкса с навеской после второго высушивания – 26,6161 г

Масса кристаллизационной воды в навеске: 27,0141 – 26,6161 = 0,3980 г

Содержание кристаллизационной воды в навеске в (%):

в 2,6903 г навески BaCl₂ 2Н₂О содержится 0,3980 г Н₂О

в 100 г навески BaCl₂ 2Н₂О – Х г Н₂О

0,3980 ·100

Х = ––––––––––––– = 14,79 % Н₂О

2,6903

Полученный результат сравниваем с теоретическим содержанием кристаллизационной воды, рассчитанным по химической формуле.

Относительная молекулярная масса BaCl₂ · 2Н₂О – 244,28 г;

относительная молекулярная масса Н₂О – 18,015 г.

Составляем пропорцию:

в 244,28 г BaCl₂ · 2Н₂О содержится 36,03 г Н₂О

в 100 г BaCl₂ · 2Н₂О – Х г Н₂О

36,03 · 100

Х = ––––––––––––– = 14,75 % Н₂О

244,28

Абсолютная ошибка в % составит: 14,79 – 14,75 = 0,04 % (∆α = α – b, где α – полученное содержание компонента, b – истинное содержание компонента)

Относительная ошибка в % составит: (О = ∆α · 100/ b, где ∆α – абсолютная ошибка,

b – истинное содержание компонента)

14,75 – 0,04

100 – Х 0,04 · 100

Х = ––––––––––––– = 0,27 %

14,75

Контрольные вопросы:

1. Сущность гравиметрического (весового) анализа.

2. Что такое осаждаемая форма вещества? Каким требованиям она должна удовлетворять?

3. Что такое весовая форма вещества? Каким требованиям она должна удовлетворять?

4. Какие весы применяют в химической лаборатории для взвешивания?

5. Что такое навеска?

6. Какие вещества называются кристаллогидратами?

7. Что такое кристаллизационная вода?

8. Как определяют содержание влаги в анализируемом образце?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОСТИ РАСТВОРА ЩЕЛОЧИ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ЕГО ТИТРА ПО СТАНДАРТНОМУ РАСТВОРУ КИСЛОТЫ.

1. Титрование сильной кислоты сильной щелочью:

в бюретку налить анализируемый раствор щелочи, в колбу отмерить 20 мл стандартного раствора соляной кислоты. В колбу с соляной кислотой добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого до появления розового окрашивания или 2-3 капли фенолфталеина и приступить к титрованию.

Титровать на белом фоне, чтобы не пропустить момент изменения окраски индикатора.

Если титрование идет в присутствии метилового оранжевого, то его можно считать законченным в тот момент, когда раствор кислоты от одной капли щелочи станет из розового желтым.

Если же индикатор – фенолфталеин, то раствор кислоты от одной капли щелочи окрашивается в малиновый цвет.

2. Определение нормальности щелочи по стандартному раствору кислоты:

вычислить по формуле нормальность щелочи:

V(щелочи) · N(щелочи) = V(кислоты) · N(кислоты)

V(щелочи) N(кислоты)

––––––––––– = –––––––––––

V(кислоты) N(щелочи)

V(кислоты) · N(кислоты)

N(щелочи) = ––––––––––––––––––––––

V(щелочи)

3. Вычисление титра щелочи по стандартному раствору кислоты:

вычислить по формуле титр щелочи:

Э_(НCl) · N(_NаOН)

Т_{NаOН/ НCl} = –––––––––––––––– , (г/мл)

1000

М_(НCl)

Э_(НCl) = –––––––– , (г), где n = 1

n

Титр по определяемому веществу показывает количество граммов определяемого вещества эквивалентное 1 мл стандартного раствора, то есть титр щелочи по стандартному раствору кислоты NаOН/ по НCl показывает количество граммов щелочи NаOН эквивалентное 1 мл соляной кислоты НCl.

Результаты запишите в тетрадь.

Контрольные вопросы:

1. Что такое титрование?

2. Сущность прямого титрования?

3. Сущность обратного титрования?

4. Сущность титрования заместителя?

5. Что такое индикаторы?

6. Что такое титр?

7. Что такое точка эквивалентности?

8. Как вычислить грамм-эквивалент кислоты?

9. Какая реакция лежит в основе метода нейтрализации?

10. Какие индикаторы применяют при титровании по методу нейтрализации?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОСТИ РАСТВОРА

ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ KMnO₄ПО ХИМИЧЕСКИ ЧИСТОЙ

ЩАВЕЛЕВОЙ КИСЛОТЕ Н₂С₂О₄ · 2Н₂О.

Определение нормальности перманганата калия KMnO₄ по химически чистой щавелевой кислоте Н₂С₂О₄ · 2Н₂О основано на реакции:

KMnO₄ + Н₂С₂О₄ · 2Н₂О + Н₂SO₄ = MnSO₄ + К₂SO₄ + СО₂ + Н₂О

Составьте электронный баланс и расставьте коэффициенты.

Ход анализа:

1. Титрование перманганатом калия раствора щавелевой кислоты:

в химический стакан (или коническую колбу) налить 12,5 мл раствора 0,1н раствора щавелевой кислоты Н₂С₂О₄, прилить сюда же 2,5 мл 2н раствора серной кислоты Н₂SO₄. Смесь нагреть до температуры 70-80⁰С и оттитровать раствором перманганата калия KMnO₄ до появления в растворе неисчезающей в течение 1 мин бледно-розовой окраски, вызванной избыточной каплей перманганата калия KMnO₄.

Титруемый раствор щавелевой кислоты должен быть горячим. Если к концу титрования раствор остынет, его вновь нагревают, но не доводят до кипения. Если вместо бледно-розовой окраски получится коричневато-бурая (данная окраска раствора свидетельствует об образовании частиц MnO₂), это значит, что при титровании допущена ошибка, и титрование следует повторить.

2. Определение нормальности раствора перманганата калия KMnO₄:

вычислить по формуле нормальность раствора перманганата калия KMnO₄:

V(KMnO₄) · N(KMnO₄) = V(Н₂С₂О₄) · N(Н₂С₂О₄)

V(KMnO₄) N(Н₂С₂О₄)

––––––––––– = –––––––––––

V(Н₂С₂О₄) N(KMnO₄)

V(Н₂С₂О₄) · N(Н₂С₂О₄)

N(KMnO₄) = ––––––––––––––––––––––

V(KMnO₄)

3. Вычисление титра раствора перманганата калия по раствору щавелевой кислоты:

вычислить по формуле титр перманганата калия:

Э(Н₂С₂О₄) · N(KMnO₄)

Т(KMnO_4/ Н₂С₂О₄) = –––––––––––––––– , (г/мл)

1000

М(Н₂С₂О₄)

Э(Н₂С₂О₄) = –––––––– , (г), где n = 2

n

Результаты запишите в тетрадь.

Контрольные вопросы:

1. Сущность метода оксидиметрии.

2. Для каких определений пользуются методом перманганатометрии.

3. Какие стандартные растворы и индикаторы применяют при титровании методом перманганатометрии?

4. Как рассчитывается грам-эквивалент окислителя и восстановителя?

5. Как приготовить стандартный раствор перманганата калия?

6. По какому химически чистому веществу определяют нормальность раствора перманганата калия?

7. Запишите структурную формулу щавелевой кислоты.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ ДВУХВАЛЕНТНОГО ЖЕЛЕЗА Fe (II).

Ионы железа Fe²⁺ легко окисляются перманганатом калия KMnO₄ в кислой среде.

Определим содержание железа Fe (II) в растворе соли Мора, представляющей собой двойную соль (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ 6H₂O.

Реакция между перманганатом кали и солью Мора в кислой среде:

10(NH₄)₂Fe(SO₄)₂ + 2KMnO₄ + 8 Н₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + К₂SO₄ + 10(NH₄)₂SO₄ +

+ 8Н₂О

Ход анализа:

навеску (5 г) растертой соли Мора растворить в воде без нагревания во избежания окисления Fe²⁺ кислородом воздуха. Полученный раствор перенести в мерную колбу (1000 мл) и подкислить 30-40 мл 2н раствора серной кислоты Н₂SO₄. Долить воду до метки и тщательно перемешать. Взять пипеткой определенный объем (20 мл) приготовленного раствора. Прибавить еще 20 мл 2н раствора серной кислоты Н₂SO₄ и титровать на холоду 0,1н раствором перманганата калия KMnO₄ до получения неисчезающей в течение 1 мин бледно-розовой окраски.

Зная нормальность раствора перманганата калия, вычислить его титр по железу:

Э_(Fe) N(KMnO₄)

Т_{KMnO4/ Fe} = ––––––––––––––––––– , (г/мл)

1000

Так как ион Fe²⁺ отдает один электрон, то грамм-эквивалент железа равен:

А_(Fe)

Э_(Fe) = ––––– , (г), где n = 1

n

На основании результатов титрования вычислить массу железа, находящегося в навеске, и процентное содержание его в анализируемом образце:

56

Э_(Fe) = ––––– = 56 г

1

56 0,1

Т_{KMnO4/ Fe} = –––––––– = 0,0056 г/мл

1000

Масса железа в 20 мл раствора соли Мора:

m_(Fe) = Т_{KMnO4/ Fe} V(KMnO₄),

m_(Fe) = 0,0056 г/мл 4,5 мл = 0,0252 г

в 20 мл соли Мора содержится 0,0252 г Fe

в 1000 мл соли Мора – Х г Fe

0,0252 1000

Х = –––––––––––––– = 1,26 г

20

5 г – 100 %

1,26 г – Х % 1,26 100

Х = –––––––––– = 21%

5

Полученный результат сравниваем с теоретическим содержанием железа в навеске, рассчитанным по химической формуле:

относительная молекулярная масса (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ – 284,02892 г;

относительная молекулярная масса Fe – 55,84 г;

в 284,02892 г (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ содержится 55,84 г Fe

в 100 г (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ – Х г Fe

100 55,84

Х = ––––––––––––– = 19,7% Fe

284,0892

Абсолютная ошибка в % составит: 21% - 19,7% = 1,3%

Относительная ошибка в % составит:

19,7 – 1,3

100 – Х 1,3 100

Х = –––––––– = 6,5 %

19,7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАРБОНАТНОЙ (ВРЕМЕННОЙ) ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ.

Жесткость воды определяется содержанием в ней растворимых солей магния и кальция: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.

Карбонатная жесткость воды обусловлена присутствием в воде растворимых солей Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При кипячении воды бикарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + H₂O + CO₂ ↑

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃ + H₂O + CO₂ ↑

Поэтому карбонатная жесткость почти полностью устраняется при кипячении воды.

Эту жесткость называют временной или устранимой и обозначают Ж_В.

Ход анализа:

Ополоснуть мерную колбу емкостью 100 мл два-три раза анализируемой водой. Наполнить колбу этой водой до метки. Всю воду из колбы количественно перенести в коническую колбу. Прибавить 1-2 капли метилового оранжевого и оттитровать 0,1 н раствором соляной кислоты НCl до появления неисчезающей бледно-розовой окраски.

Кислота нейтрализует лишь гидрокарбонаты кальция и магния:

Ca(HCO₃)₂ + 2НСl = CaСl₂ + 2H₂O + 2CO₂ ↑

Mg(HCO₃)₂ + 2НСl = MgCl₂ + 2H₂O + 2CO₂ ↑

Количество израсходованной на титрование кислоты эквивалентно количеству солей, определяющих карбонатную жесткость титруемой воды.

Карбонатную (временную) жесткость воды определяем по формуле:

V(НCl) ∙ N(НCl)

Ж_В = –––––––––––––––– ∙ 1000 (мг-экв/л) или Ж_В = V(НCl) ∙ N(НCl) ∙ 10 (мг-экв/л)

V(Н₂О)

Контрольные вопросы:

1. Понятие жесткости воды.

2. Чем обусловлена карбонатная жесткость воды?

3. Каким методом определяют карбонатную жесткость воды?

4. Что принято за единицу измерения карбонатной жесткости?