Определение содержания меди (II)

Цель работы – определить массу меди (II) или соли CuSO₄ · 5H₂O в пробе, г.

Сущность работы. Определение меди (II) основано на взаимодействии ионов Сu²⁺ c иодид-ионами с последующим титрованием выделившегося иода стандартным раствором тиосульфата натрия:

2СuSO₄ + 4KI = 2CuI ↓ + 2K₂SO₄ + I₂

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

Фактор эквивалентности Cu²⁺ в этой реакции равен 1 в соответствии с полуреакцией:

Cu²⁺ + I^– +ē D CuI↓

Реакцию следует проводить в кислой среде для подавления гидролиза ионов меди (II). Для проведения реакции необходим большой избыток раствора KI, который расходуется на:

ü образование I₂;

ü связывание Cu⁺ в малорастворимое соединение CuI;

ü растворение выделяющегося иода с образованием комплексного соединения KI₃.

Приборы и посуда: мерная колба (100,0 мл); мерные цилиндры (100 мл и 10–20 мл), пипетка (10,0 мл); бюретка; конические колбы для титрования.

Реактивы: стандартный раствор Na₂S₂O₃, 10%-ный раствор КI, 2 н. раствор H₂SO₄, раствор крахмала.

Выполнение работы.

Анализируемый раствор получают у лаборантов в мерную колбу. Затем доводят водой объем раствора до метки, тщательно перемешивают. Переносят пипеткой аликвотную часть анализируемого раствора в колбу для титрования. К содержимому колбы прибавляют 3 мл 2 н. раствора H₂SO₄, и 10–15 мл раствора КI. Накрыв колбу часовым стеклом, оставляют смесь на 5 минут в темном месте для завершения реакции. Выделившийся I₂ титруют раствором Na₂S₂O₃ при интенсивном перемешивании. Для фиксирования конечной точки титрования используют раствор крахмала.

Титруют не менее 3 раз до получения сходимых результатов. По полученным данным рассчитывают массу меди (II) или ее соли в анализируемой пробе, г.

Индивидуальные задания для самоподготовки

По методам окислительно-восстановительного титрования.

Перманганатометрия.

1. Раствор для отбеливания бумаги содержит пероксид водорода. На титрование 10,0 мл этого раствора израсходовано 22,5 мл 0,05000 н. раствора KMnO_4. Найти массовую концентрацию пероксида водорода в растворе (г/л).

2. Какая масса CaCl₂ (г) содержалась в 200,0 мл раствора, если после прибавления к 20,0 мл его 30,0 мл 0,1000 н. (NH₄)₂C₂O₄ и отделения образовавшегося осадка СаC₂O₄ · Н₂О на титрование избытка (NH₄)₂C₂O₄ в кислой среде израсходовали 14,3 мл 0,02000 н. KMnO₄?

3. Навеска технической щавелевой кислоты 1,0254 г растворена в мерной колбе объемом 50,0 мл. На титрование аликвоты 20,0 мл израсходовано 15,5 мл 0,5000 н. раствора KMnO₄. Рассчитать массовую долю (%) H₂C₂O₄ в исследуемом образце.

4. Навеску железной проволоки массой 0,5342 г растворили в кислоте и довели объем раствора в мерной колбе до 100,0 мл. 20,0 мл полученного раствора оттитровали 18,35 мл 0,07685 н. раствора KMnO₄. Рассчитать массовую долю (%) железа в исследуемом образце.

5. Какая масса (г) Na₂C₂O₄ содержится в образце, растворенном в мерной колбе объемом 200,0 мл, если на титрование 15,0 мл этого раствора расходуется 16,7 мл 0,1234 н. раствора KMnO₄?

6. Отбеливающий раствор для бумажного производства готовят из пергидроля. Навеску пергидроля массой 1,2514 г перенесли в мерную колбу вместимостью 250,0 мл. На титрование 10,0 мл раствора в кислой среде израсходовали 15,8 мл 0,05896 н. раствора KMnO₄. Вычислить массовую долю (%) Н₂О₂ в пергидроле.

7. Навеска технической щавелевой кислоты 1,2762 г растворена в мерной колбе объемом 200,0 мл. На титрование аликвоты 25,0 мл израсходовано 50,5 мл 0,05000 н. раствора KMnO₄. Рассчитать массовую долю (%) H₂C₂O₄ в исследуемом образце.

8. Для определения титра T(KMnO₄) использовали стандартный образец, содержащий 2,95% хрома. Рассчитать массу навески образца (г), чтобы на титрование полученного из нее раствора хрома (III) было затрачено 10,0 мл 0,05 н. раствора KMnO₄.

9. Какая масса (г) технического оксалата натрия, содержащего 95% Na₂C₂O₄, необходима для приготовления 200,0 мл раствора, чтобы на титрование аликвоты 10,0 мл израсходовать 21,3 мл 0,07689 н. раствора KMnO₄?

10. Какую навеску железной проволоки (г), содержащей около 80% Fe, надо взять для анализа, если после растворения этой навески раствор соли железа (II) поместили в мерную колбу объемом 100,0 мл и довели до метки водой? На титрование аликвоты 15,0 мл полученного раствора израсходовали 18,5 мл 0,03475 н. раствора KMnO₄.

11. Навеску руды массой 0,1021 г, содержащей MnO₂, обработали 15,0 мл H₂C₂O₄ в присутствии H₂SO₄ и на титрование не вошедшего в реакцию избытка H₂C₂O₄ израсходовали 5,2 мл 0,04000 н. KMnO₄. Вычислить массовую долю (%) Mn в руде, если 10,0 мл раствора H₂C₂O₄ титруются 9,0 мл раствора KMnO₄.

12. Из навески известняка массой 0,1025 г, растворенной в HCl, ионы Са²⁺ осадили в виде СаC₂O₄ · Н₂О. Промытый осадок растворили в разбавленной H₂SO₄ и образовавшуюся Н₂C₂O₄ оттитровали 12,3 мл раствора KMnO₄ [T(KMnO₄/CaCO₃) = 0,005810 г/мл]. Рассчитать массовую долю (%)CaCO₃ в известняке.

13. Вычислить массовую долю (%) железа в руде и T(KMnO₄), если после растворения пробы массой 0,3602 г и восстановления железа до Fe²⁺ на титрование израсходовали 24,86 мл перманганата [T(KMnO₄/Н₂C₂O₄) = 0,004510 г/мл].

14. Из навески H₂C₂O₄ массой 0,5500 г приготовили 100,0 мл раствора. На титрование аликвоты 10,0 мл этого раствора израсходовали 9,7 мл KMnO₄. Найти молярную концентрацию и титр раствора KMnO₄.

15. Какая масса кальция (г) содержалась в 200,0 мл раствора CaCl₂, если после прибавления к 20,0 мл этого раствора 40,0 мл 0,1000 н. (NH₄)₂C₂O₄ и отделения образовавшегося осадка СаC₂O₄ · Н₂О на титрование избытка (NH₄)₂C₂O₄ израсходовали 24,3 мл 0,02000 н. KMnO₄ в кислой среде?

16. Для окисления муравьиной кислоты в щелочной среде к навеске НСООН добавили 40,0 мл 0,05004 н. KMnO₄. Затем раствор подкислили 2 н. раствором H₂SO₄ и оттитровали избыток перманганата 16,2 мл 0,05000 н. раствора H₂C₂O₄. Рассчитать массу НСООН (г), взятую для анализа.

Иодометрия.

1. Навеска медного сплава массой 0,3020 г растворена в мерной колбе объемом 200,0 мл. К 15,0 мл этого раствора добавили избыток иодида калия. На титрование выделившегося иода израсходовано 3,5 мл 0,0500 н раствора тиосульфата натрия. Рассчитать массовую долю меди (%) в исследуемом образце.

2. Из навески образца сульфита натрия (используется в производстве целлюлозы из твердых пород древесины) массой 0,7538 г приготовили 200,0 мл раствора. На титрование 20,0 мл анализируемого раствора в кислой среде затрачено 9,6 мл 0,05000 н. раствора I₂. Рассчитать массовую долю (%) сульфита натрия в образце.

3. Какая масса K₂Cr₂O₇ (г) растворена в мерной колбе объемом 100,0 мл, если к аликвоте 15,0 мл полученного раствора добавили избыток раствора иодида калия и на титрование выделившегося иода израсходовали 6,5 мл 0,0500 н раствора тиосульфата натрия?

4. Навеска медного сплава массой 0,2235 г растворена в мерной колбе объемом 100,0 мл. К 15,0 мл этого раствора добавили избыток иодида калия. На титрование выделившегося иода израсходовано 4,5 мл раствора тиосульфата натрия с титром 0,006350 г/мл. Рассчитать массовую долю меди (%) в исследуемом образце.

5. Навеску технического FeCl₃ массой 2,3040 г растворили в мерной колбе вместимостью 250,0 мл. К 20,0 мл полученного раствора добавили KI и раствор серной кислоты. Выделившийся иод оттитровали 11,0 мл 0,09923 М раствора тиосульфата натрия. Вычислить массовую долю (%) FeCl₃ в образце.

6. К 20,0 мл раствора H₂S прибавили 40,0 мл 0,02005 н. раствора I₂ и избыток иода оттитровали 8,2 мл 0,01998 н. Na₂S₂O₃. Вычислить концентрацию (г/л) H₂S в растворе.

7. Из навески K₂Cr₂O₇ массой 0,5500 г приготовили 100,0 мл раствора. К аликвоте 10,0 мл добавили избыток раствора иодида калия и на титрование выделившегося иода израсходовали 6,5 мл раствора Na₂S₂O₃. Найти молярную концентрацию раствора Na₂S₂O₃.

8. Для определения содержания формальдегида НСОН навеску технического препарата массой 0,2965 г растворили в воде, добавили NaOH и 50,0 мл 0,1005 н. раствора I₂. По окончании реакции окисления раствор подкислили. На титрование избытка иода израсходовали 15,1 мл раствора тиосульфата с Т(Na₂S₂O₃) = 0,01594 г/мл. Вычислить массовую долю (%) формальдегида в препарате.

9. Навеску сульфита натрия массой 0,4356 г растворили в воде, объем раствора довели до 250,0 мл. На титрование 20,0 мл полученного раствора в кислой среде затрачено 12,2 мл 0,05000 н. раствора I₂. Рассчитать массовую долю (%) SO₂ в образце.

10. Из навески K₂Cr₂O₇ массой 0,6450 г приготовили 100,0 мл раствора. К аликвоте 10,0 мл добавили избыток раствора иодида калия и на титрование выделившегося иода израсходовали 22,5 мл раствора тиосульфата натрия. Найти молярную концентрацию, титр и титр раствора тиосульфата натрия по иоду.

11. Для определения активного хлора в сточной воде к 100,0 мл пробы прибавили 10,0 мл 10% раствора иодида калия и 10,0 мл концентрированной серной кислоты. На титрование выделившегося иода затратили 5,3 мл 0,1000 н. раствора Na₂S₂O₃. Определить массовую концентрацию Cl₂ (г/л).

12. К подкисленному раствору Н₂О₂ прибавили избыточное количество KI и несколько капель раствора соли молибдена (VI) в качестве катализатора. Выделившийся I₂ оттитровали 18,7 мл 0,09528 н. Na₂S₂O₃. Какая масса Н₂О₂ (г) содержалась в отбеливающем растворе.

13. Навеску образца, содержащего MnO₂, массой 0,1016 г обработали концентрированной хлороводородной кислотой. Образовавшийся хлор отогнали и поглотили раствором KI. Выделившийся иод оттитровали 20,8 мл 0,05004 М Na₂S₂O₃. Вычислить массовую долю (%) MnO₂ в образце.

14. Пробу фруктового напитка объемом 100,0 мл подкислили 20 мл 6 н. серной кислоты, добавили 30,0 мл 0,002000 н. раствора I₂ и выдержали в течение 1–2 минут для полного окисления аскорбиновой кислоты С₆Н₈О₆. Избыток непрореагировавшего иода восстановили 20,0 мл 0,001992 н. раствора тиосульфата натрия. На титрование избытка Na₂S₂O₃ затратили 10,7 мл 0,002000 н. раствора I₂. Определить концентрацию (мг/л) аскорбиновой кислоты (М_r = 176,13 г/моль) в напитке.

15. Содержание диоксида серы в бисульфитном варочном растворе определяется методом иодометрического титрования. Рассчитать концентрацию SO₂ (г/100 мл), если на титрование 20,0 мл варочного раствора израсходовали 24,2 мл 0,1008 н. раствора I₂.

16. Пробу отбеливающего раствора объемом 20,0 мл разбавили в мерной колбе до 250,0 мл и 25,0 мл раствора оттитровали иодометрически, затратив 10,58 мл 0,1194 н. Na₂S₂O₃. Вычислить концентрацию (г/л) Cl₂ (активного хлора) в первоначальном растворе.

6. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ

Основные положения

Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами). Наибольшее распространение получила этилендиаминтетрауксусная кислота (H₄Y). Из-за низкой растворимости этой кислоты обычно используют ее натриевую соль – Na₂H₂Y (ЭДТА).

Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА можно представить следующими уравнениями:

Особенности образования комплексонатов ионов металлов:

ü независимо от заряда иона металла всегда образуются комплексы состава 1 : 1;

ü в результате реакции выделяются 2 иона Н⁺, поэтому f_экв(ЭДТА) = и f_экв(Meⁿ⁺) = .

ü чем больше заряд иона металла, тем более устойчивые комплексонаты образуются.

На степень протекания реакции образования комплексонатов влияют следующие побочные реакции:

ü протонирование и депротонирование ЭДТА:

Н₂Y^2– + H⁺ D H₃Y^–

H₃Y^– + H⁺ D H₄Y

ü гидролиз ионов металлов:

Меⁿ⁺ + H₂O D MeOH^(n–1)+ + H⁺ и т. д.;

ü реакции комплексообразования иона металла с другими лигандами, присутствующими в растворе.

Следовательно, степень протекания реакции комплексообразования зависит от рН раствора и константы устойчивости образующихся комплексонатов. Катионы, образующие устойчивые комплексонаты (например, Fe³⁺), могут быть оттитрованы в кислых растворах. Ионы Ca²⁺, Mg²⁺ и другие, образующие менее устойчивые комплексонаты, титруют в щелочной среде.

Конечную точку титрования (к. т. т. ) чаще всего определяют с помощью металлоиндикаторов. Металлоиндикаторы – хромофорные органические соединения, образующие с ионами металлов интенсивно окрашенные комплексы, причем окраска этих комплексов отличается от окраски свободного индикатора.

Механизм действия металлоиндикаторов заключается в следующем. При добавлении металлоиндикатора к раствору соли металла происходит реакция комплексообразования:

Me²⁺ + Н₂Ind D MeInd + 2H⁺

При титровании раствором ЭДТА ионы металла переходят из менее устойчивого комплекса с металлоиндикатором в более устойчивый комплекс с ЭДТА:

MeInd + Н₂Y^2–D MeY^2– + H₂Ind

В результате раствор приобретает окраску свободного инди-катора.

Метод комплексонометрии применим для анализа широкого круга объектов, поскольку почти все катионы металлов образуют устойчивые комплексонаты. Рабочие растворы метода устойчивы. В качестве титрантов метода обычно применяют стандартные водные растворы ЭДТА с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,05 моль/л, а также стандартные растворы сульфата магния или цинка.

Точность определений составляет 0,2–0,3%.

Практические работы

Лабораторная работа № 11