Лабораторная работа № 3. Кислотно-основное титрование

ГРАВИМЕТРИЯ

Лабораторная работа № 1
Гравиметрическое определние кристаллизационной воды в хлориде бария

Цель работы. Определение воды в твердых веществах – один из наиболее важных случаев определения, так как вода нередко является основной частью анализируемых веществ. Содержание воды опре­деляют как прямыми, так и косвенными методами.

Кристаллизационной называется вода, входящая в структуру кристаллов некоторых веществ, называемых кристал­логидратами. Содержание кристаллизационной воды в кристалло­гидратах отвечает определенным химическим формулам, например ВаС1₂×2Н₂О, CuSO₄×5H₂O, Na₂SO₄×10H₂O, Na₂SO₄×7H₂O и т. д. Вследствие этого кристаллизационную воду называют также стехиометрической водой.

При нагревании кристаллогидраты разлагаются с выделением воды. На этом основано определение содержания кристаллиза­ционной воды в большинстве кристаллогидратов методом отгонки. Так, в рассматриваемом случае навеску ВаС1₂×2Н₂О, помещенную в бюкс, нагревают до 120 – 125 °С в сушильном шкафу до тех пор, пока не перестанет изменяться масса ве­щества (высушивание до постоянной массы).

Достижение постоянной массы свидетельствует, очевидно, о том, что вся кристаллизационная вода уже удалена. Масса ее равна убыли в массе вещества.

Приборы и реактивы. Сушильный шкаф; технические весы; аналитические весы; эксикатор; тигельные щипцы; стеклянный бюкс; хлорид бария кристаллический, BaCl₂×2H₂O.

Выполнение работы.

Взятие навески.

1. Тщательно вымытый бюкс высушивают в сушильном шкафу и, не закрывая крышкой, охлаждают, поставив на 20 мин в эксикатор около весов.

2. После этого, соблюдая все правила, точно взвешивают бюкс вместе с крышкой на аналитических весах. Затем помещают в него около 1,5 г свежеперекристаллизованного ВаС1₂×2Н₂О и, закрыв крыш­кой, снова точно взвешивают.

Высушивание.

1. Открыв бюкс, помещают крышку сверху бюкса боком (т. е. перевернув на ребро) и ставят на полку (не на дно) сушильного шкафа. Под бюкс следует подложить листок бумаги с указанием своей фамилии. Выдерживают бюкс в шкафу при температуре около 125 °С приблизительно 2 ч. Затем тигель­ными щипцами переносят бюкс и крышку его в экси­катор.

2. Продержав эксикатор 20 мин около весов, вынимают из него бюкс и, закрыв крышкой, точно взвешивают. Далее снова ставят бюкс с веществом в сушильный шкаф и выдерживают его там (открыв крышку) еще около 1 ч, повторно охлаждают в экси­каторе и снова взвешивают.

3. Если второе взвешивание дает тот же самый результат, что и первое, или отличается от него не более чем на 0,0002 г, кри­сталлизационную воду можно считать удаленной практически полностью. В противном случае высушивание с периодическим взве­шиванием повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто посто­янство массы. Результаты всех повторных взвешиваний обязатель­но записывают в лабораторный журнал, даже если они одинаковые.

Если работу приходится прерывать, бюкс оставляют в эксика­торе.

Таблица. Результаты определения кристаллизационной воды

Масса бюкса с веществом, г	9,5895
Масса бюкса, г	8,1320
Навеска ВаС12×2Н2О, m(ВаС12×2Н2О), г	1,4575
Масса бюкса с веществом после высушивания 1-е взвешивание, г	9,3747
2-е взвешивание, г	9,3749

Расчеты.

Масса кристаллизационной воды в навеске:

m(H₂O) = 9,5895 - 9,3748 = 0,2147 г

Массовая доля кристаллизационной воды в ВаС1₂×2Н₂О вычисляют из пропорции:

в 1,4575 г ВаС12×2Н2О содержится 0,2147 г Н₂О

в 100 г ВаС12×2Н2О – х г Н₂О

%

Расчет ошибки определения. Для проверки найденную ве­личину сравнивают с теоретически вычисленным значением массовой доли Н₂О в ВаС1₂×2Н₂О.

В 1 моль (244,3 г) ВаС1₂×2Н₂О содержится 2 моль воды, т.е. 36,03 г Н₂О.

Составим пропорцию:

в 244,3 г ВаС1₂×2Н₂О содержится 36,03 г Н₂О

в 100 г ВаС1₂×2Н₂О – х г Н₂О

%

Абсолютная ошибка составляет:

d = 14,73% – 14,75% = –0,02%.

Относительную ошибку определения вычисляют по формуле

%

Эта погрешность объясняется ошибками взвешивания. При правильной работе абсолютная ошибка данного опреде­ления не должна превышать ±0,05%. Другими словами, прием­лемы результаты, лежащие в пределах от 14,70 до 14,80%.

Лабораторная работа № 2
Гравиметрическое определение сульфатов в виде сульфата бария

Метод основан на осаждении сульфат-ионов в виде кристалличе­ского белого осадка BaSO₄ и получении гравиметрической формы (BaSO₄) прокаливанием:

SO₄^2– + Ba²⁺ = BaSO₄

Данным методом определяют сульфатную серу, а также свободную, пиритную и сульфидную, предварительно окислив их до сульфатной.

Осаждению сульфат-ионов в виде BaSO₄ мешают анионы SiO₃^2–, SnO₃^2–, WO₄^2– и другие, образующие осадки соответствую­щих кислот при подкислении раствора. Осаждению мешают также ионы Fe³⁺ , Al³⁺, С1^–, МпО₄– и другие, соосаждаемые с BaSO₄. Мешающие ионы должны быть предварительно удалены из анализируемого раствора.

Приборы и реактивы. Муфельная печь; аналитические весы; водяная или песчаная баня; эксикатор; стеклянные палочки; стеклянные воронки; фарфоровые тигли; мерный цилиндр вместимостью 100 мл; щипцы тигельные; химические стаканы вместимостью 200 – 250 и 100 мл; фильтры беззольные «синяя лента»; хлорид бария, 3 М раствор; хлороводородная кислота, 6 М раствор.

Выполнение работы.

Подготовка тиглей.

1. Фарфоровые тигли моют, ополаскивают дистиллированной водой, сушат, помещают в муфельную печь и прокаливают при температуре 800 ^оС 15 – 20 мин.

2. Тигельными щипцами достают тигли и выставляют их для охлаждения на керамическую подставку на 1 – 2 мин. Затем тигли помещают в эксикатор до полного охлаждения. После этой операции тигли разрешается брать и переносить только тигельными щипцами или пинцетом.

3. Прокаленные и охлажденные тигли взвешивают на аналитических весах. Результаты записывают в таблицу:

Таблица. Доведение тиглей до постоянной массы

Взвешивание	Тигель № 1	Тигель № 2
После 1-го прокаливания
После 2-го прокаливания

4. После взвешивания тигли снова прокаливают, охлаждают и взвешивают. Если вторая масса отличается от первой не более чем на 0,0002 – 0,0004 г, то тигли доведены до постоянной массы. В противном случае прокаливание повторяют еще раз и т. д.

Получение осаждаемой формы.

1. Аликвотную часть анализи­руемого раствора переносят в химический стакан вместимостью 200 – 250 мл и приливают 100 мл дистиллированной воды. К полу­ченному раствору добавляют 5 мл 2 М раствора HCl и нагревают почти до кипения на песчаной бане.

2. В химический стакан вме­стимостью 100 мл помещают 50 мл дистиллированной воды и 6 мл 3 М раствора ВаС1₂, нагревают почти до кипения.

3. Осторожно, по каплям, при постоянном переме­шивании стеклянной палочкой приливают нагретый раствор ВаС1₂ к горячему раствору сульфата, при этом палочка не должна касаться стенок стакана. Стакан с образовавшимся осадком ставят на баню.

4. Как только осадок осядет, и жидкость над ним просветлеет, проводят проверку полноты осаждения BaSO₄. Для этого к раствору над осадком приливают 2 – 3 капли горячего раствора ВаCl₂, осторожно, не взмучивая осадка. Если при этом не наблюдается помутнения раствора, полнота осаждения достигнута, в противном случае приливают еще 1 мл горячего рас­твора ВаС1₂, дают осадку осесть и снова проверяют полноту осаждения. Затем стакан ставят, нагревают 2 – 3 ч для созревания осадка (или оставляют в рабочем шкафу до сле­дующего занятия), после чего осадок фильтруют и промывают.

Отделение осаждаемой формы.

1. Для фильтрования применяют бумажный без­зольный фильтр «синяя лента». Подготовку фильтра см. Примечание 1.

2. Готовят промывную жидкость, в стакан на 150 мл приливают 100 мл дистилли­рованной воды и подкисляют 2 М раствором НС1 (8 – 10 капель на 100 мл воды).

3. Воронку с фильтром вставляют в кольцо штатива над стаканом так, чтобы оттянутый конец воронки касался внут­ренней стенки стакана, что ускоряет фильтрование (рис. 1).

4. Раствор, находящийся над осадком, переносят на фильтр способом декантации (см. Примечание 2).

5. После сливания большей части раствора осадок промыва­ют, также используя способ декантации (см. Примечание 3). Для этого к осад­ку в стакане приливают небольшими порциями промывную жидкость. Промывную жидкость переме­шивают с осадком в стакане, давая каждый раз отстояться осадку, и сливают жидкость с осадка на фильтр, как указано выше. Эту операцию повторяют 2 – 3 раза. Промывание де­кантацией значительно эффективнее, чем промывание на фильтре.

6. Затем осадок количественно переносят на фильтр, для чего к нему приливают небольшими порциями промывную жидкость, взмучивают осадок стеклянной палочкой и сливают суспензию на фильтр.

7. Оставшийся в стакане осадок смывают из промывалки струей промывной жидкости на фильтр, тщательно удаляют частицы осадка со дна и стенок стакана, стирая их стеклян­ной палочкой с резиновым наконечником. Стакан и палочку ополаскивают промывной жидкостью, сливая ее на фильтр. Частицы осадка со дна и стенок стакана снимают небольшим кусочком влажного беззольного фильтра с по­мощью стеклянной палочки, присоединяя этот кусочек к осадку на фильтре.

Рис. 1. Отделение осаждаемой формы: а) промывка декантацией; б) перенос осадка.

8. Для проверки полноты промывания осадка несколько ка­пель фильтрата отбирают на часовое стекло и проводят ка­чественную реакцию на ионы хлорида, от которых осадок отмывается. Промывание заканчивают при отрицательном результате пробы.

Получение весовой формы.

1. Влажный фильтр с осадком подсушивают перед поме­щением в тигель. Для этого воронку с фильтром накры­вают листом бумаги, проколотым в нескольких местах, и помещают в сушильный шкаф при температуре 100 °С. Не­обходимо следить за тем, чтобы не пересушить фильтр (ломкость бумаги).

2. Подсушенный фильтр с осадком осто­рожно вынимают из воронки, складывают, и переносят в тигель, масса которого доведена до постоянной.

3. Тигель устанавливают слегка наклонно в фарфоровый треугольник и небольшим пламенем газовой горелки озоляют фильтр так, чтобы он не загорелся.

4. По окончании озоления осадок в тигле прокаливают в муфельной печи при температуре 800 ^оС до получения постоян­ной массы тигля с гравиметрической формой (см. Приложение 4). Результаты прокаливания записывают в лабораторный журнал.

Таблица. Масса тиглей с осадком на аналитических весах после прока­ливания

Взвешивание	Тигель № 1	Тигель № 2
После 1-го прокаливания
После 2-го прокаливания
После 3-го прокаливания
Масса пустого тигля
Масса осадка, m

Расчеты

1. По результатам анализа рассчитать массу сульфата (SO₄) в пробе. Составим пропорцию:

в 1 моль BaSO₄ (233,4 г) содержится 1 моль SO₄ (96,06 г)

в m г « х г

2. Рассчитать относительную ошибку определения. Для этого получить у преподавателя истинное значение содержания сульфата – m_ист:

Примечания

1. Основная цель этой отделения осаждаемой формы – количественное отделение осадка от раствора и его очистка от адсорбированных загрязнений. Осадок отделяют от раствора путем фильтрования через бумажный беззольный фильтр или фильтрующий тигель. Бумажные беззольные фильтры изготовляют из фильтровальной бумаги, обрабо­танной, например, НС1, HF, и применяют в том случае, если продукты горения бумаги и уголь не будут оказывать влия­ния на состав осадка. Масса золы беззольных фильтров ме­нее 0,1 мг, т. е. при взвешивании на обычных аналитических весах такая масса золы не скажется на результатах взве­шивания.

Беззольные фильтры выпускают с различным размером пор. По плотности (пористости) фильтры маркируют цвет­ной бумажной лентой, которой оклеивают упаковку фильтров: синяя лента – для мелкозернистых осадков типа BaSO₄; белая лента – для среднезернистых типа CaCrO₄ красная лента – для крупнозернистых и аморфных осадков типа Fe(OH)₃. На этикетках указана зольность фильтров, обыч­но 0,00005 г.

Размер фильтра выбирают в зависимости от количества полученного осадка, осадком должна быть заполнена одна треть фильтра. Размер воронки подбирают так, чтобы расстоя­ние между краем фильтра и краем воронки было не меньше 5 мм и не более 15 мм. Фильтр складывают пополам, пригла­живают и затем складывают еще раз примерно пополам. Затем разворачивают фильтр так, чтобы получился конус (от­гибая одну створку образовавшегося уголка), и вкладывают его в стеклянную воронку так, чтобы он соответствовал по форме конусу воронки. Смачивают фильтр водой из промывалки и расправляют его, чтобы он плотно прилегал к ворон­ке, не имел складок.

2. Для промывки декантацией на фильтр осторожно по стеклянной палочке, приставленной к носику стакана, слива­ют раствор, находящийся над осадком, стараясь не взмучи­вать осадок. Стеклянную палочку держат вертикально в ле­вой руке, нижний конец ее должен касаться внутренней поверхности фильтра. Фильтр в воронке может быть заполнен жидкостью только так, чтобы ее уровень находился на 0,5 см ниже края фильтра. Стеклянную палочку после каж­дого приливания жидкости опускают в стакан.

3. Промывание осадка на фильтре проводят небольшими порциями промывной жидкости из промывалки, смывая стру­ей жидкости осадок со стенок фильтра в его нижнюю часть. Общий объем промывной жидкости не должен превышать 100 мл. При добавлении промывной жидкости небольшими порциями к осадку достигается более полное удаление адсор­бированных примесей с поверхности осадка.

4. При переведении осадка в гравиметрическую форму могут протекать побочные реакции. При озолении фильтра:

ВаSO₄ + 2С = 2СО₂ + ВаS

Обратный переход сульфида бария в сульфат происходит при длительном нагревании осадка на воздухе:

BaS + 2O₂ = BaSO₄

Возможно также последующее превращение BaS в ВаСО₃ под действием СО₂ и влаги воздуха.

При слишком высокой температуре прокаливания (>800°С):

BaSO₄ = BaO + SO₃

Контрольные вопросы

1. Сущность гравиметрического анализа: растворимость осадков и ее влияние на анализ, свойства осадков, разделение фаз.

2. Расчет растворимости (моль/л, г/л) исходя из величины ПР.

3. Осаждаемая и гравиметрическая формы; требования, предъявляемые к осаждаемой форме.

4. Факторы, влияющие на полноту осаждения и выбор осаждающего реагента (произведение растворимости и произведение активностей, константа равновесия гетерогенной реакции).

5. Теоретическое обоснование выбора оптимальных условий осаждения кристаллических и аморфных осадков, механизм образования осадков.

6. Виды загрязнений осадков и способы их очистки, фильтрование и промывка осадков.

7. Получение гравиметрической формы и требования, предъявляемые к ней.

8. Техника гравиметрического анализа, конкретные примеры определений.

9. Вычисления в гравиметрии. Аналитические возможности метода.

ТИТРИМЕТРИЯ

Титрование – метод анализа, предложенный Ж.Л.Гей-Люссаком в XIX веке. Он получил широкое распространение за точность скорость и простоту.

Титриметрический метод основан на определении количества реагента (титранта), затраченного на реакцию с определяемым веществом. При выполнении анализа к точно измеренному объему анализируемого раствора постепенно прибавляют непрерывно контролируемый объем реагента с точно известной концентрацией до того момента, когда количество эквивалентов титранта станет равным количеству эквивалентов определяемого вещества. Этот момент называется точкой эквивалентности. Уравнение реакции титрования обязательно должно быть известным

А + В = C + D

Тогда условие эквивалентности

или

Откуда рассчитывают неизвестную концентрацию определяемого вещества. Точку эквивалентности определяют с помощью специальных индикаторов, резко изменяющих окраску в этот момент. При достижении точки эквивалентности титрование останавливают и записывают объем раствора титранта.

Для титриметрических определений можно использовать реакции различных типов: кислотно-основного взаимодействия, окислительно-восстановительные, комплексообразования, осаждения. Ко всем реакциям предъявляются общие требования:

– строгое соответствие стехиометрическому уравнению;

– количественное протекание, степень полноты не менее 99,9%;

– высокая скорость взаимодействия.

Для проведения титрования используют специальную посуду и приемы работы.

Мерные колбы. Мерные колбы (рис. 1) – круглые плоскодонные кол­бы с узким длинным горлом, приблизительно на середине которого находится круговая метка. Если налить жидкость так, чтобы нижний мениск ее находился на уровне метки, тогда объем находящейся в колбе жидкости будет равен номинальной вместимости колбы. Мерные колбы калиброваны при 20 °С на вливание. На стенке колбы находится марка завода-изготовителя, в которой указаны номинальный объем колбы, температура калибро­вания, класс точности, ГОСТ. Мерные колбы изготов­ляют вместимостью 25, 50, 100, 200, 250, 500, 1000, 2000 см³. Они имеют либо пришлифованные стеклянные пробки, либо закрываются резиновыми пробками. Мерные колбы предназначены для приготовления раство­ров точно известного объема либо путем разбавления точно измеренного объема (аликвотной части) раствора более вы­сокой концентрации, либо растворением точной навески ве­щества в дистиллированной воде и других растворителях. Объем раствора в мерной колбе доводят до метки следую­щим образом: из промывалки наливают растворитель до уровня приблизительно на 1 см ниже метки, затем при помощи пипетки с резиновым колпачком по каплям добав­ляют растворитель до метки. При этом глаза наблюдателя должны находиться на уровне метки на колбе. Мерную колбу нужно всегда брать за горло выше уровня раствора, в противном случае колба и раствор за счет тепла руки нагреваются, и объем раствора не будет соответствовать номинальному.

Пипетки. Пипетки (рис. 1, б) предназначены для точного отмеривания опре­деленного объема жидкости и переноса ее из одного сосуда в другой (отбор аликвотных частей). Эту операцию произ­водят следующим образом. Чистую пипетку берут большим и средним пальцами правой руки за ее верхний конец, погру­жают нижний конец на 3 – 4 см в жидкость и всасывают ее приблизительно до половины пипетки. Быстро закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем, выни­мают пипетку из жидкости, наклоняют пипетку почти гори­зонтально и, не отпуская указательный палец, поворачивают ее так, чтобы жидкость обмыла стенки, затем выливают ее. Ополаскивание пипетки повторяют. Для отбора аликвотной части погружают конец пипетки в жидкость, всасывают ее до уровня немного выше метки и закрывают верхнее отвер­стие указательным пальцем. Затем приподнимают пипетку над жидкостью и, ослабив нажим указательного пальца, медленно, по каплям, выпускают избыток жидкости до тех пор, пока нижний край мениска не коснется метки (глаза должны находиться на одном уровне с меткой), в этот момент плотно прижимают указательный палец и прекра­щают тем самым вытекание жидкости. Если на кончике пи­петки остается капля, ее удаляют прикосновением конца пипетки к стенке сосуда. Для выливания жидкости из пи­петки опускают в соответствующий сосуд нижний конец пипетки, открывают верхнее отверстие и дают жидкости свободно вытечь, затем слегка касаются носиком пипетки дна или стенки сосуда, держат так пипетку приблизительно 10 с и вынимают ее из сосуда. В носике пипетки всегда остается жидкость.

Операция отбора аликвотных частей жидкости должна быть отработана до уровня навыка, это гарантирует ее правильность и воспроизводимость.

Заполнять пипетку ядовитыми жидкостями, концентри­рованными кислотами и щелочами надо только с помощью специальных приспособлений (груш и др.).

Бюретки. Бюретки (рис. 3) – длинные стеклянные трубки с кра­ном или другим запорным устройством. Это может быть на­детая на конец бюретки резиновая трубка со стеклянным оттянутым наконечником, которая либо пережимается ме­таллическим зажимом, либо в нее вставлен стеклянный шарик, служащий затвором. При сдавливании резиновой трубки в месте расположения шарика сверху вниз по каса­тельной резина оттягивается, образуется щель между шари­ком и внутренней стенкой резиновой трубки, через кото­рую вытекает раствор из бюретки. На наружной стенке бюретки нанесена шкала из больших делений, соответствующих целым миллилитрам, и малых, соответствующих десятым долям миллилитра.

Рис. 2. Бюретки

Бюретки предназначены для измерения объема вылитой из них жидкости, поэтому они калиброваны на выливание.

Бюретки используют главным образом при титровании.

Подготовка бюретки к титрованию.

Чи­стую бюретку, закрепленную в лапке лабораторного шта­тива, ополаскивают 2 – 3 раза раствором титранта, для чего через воронку наливают его каждый раз по 5 – 7 см³ в бюретку и выливают через запорное устройство в ко­ническую колбу или стакан.

Затем наливают в бюретку через воронку раствор титранта до уровня на 2 – 3 см выше отметки «0» и заполняют им носик бюретки. Для этого перегибают резиновую трубку, соединяющую бюретку с но­сиком так, чтобы его конец был направлен вверх, и на­давливают кончиками большого и указательного пальцев на стеклянный шарик, находящийся внутри трубки. При этом раствор титранта, вытесняя воздух, заполняет носик бюретки; вытекающий из носика раствор собирают в колбу или стакан для слива.

После этого вынимают из бюретки воронку (не забывать!) и выпускают через затвор по каплям титрант в посуду для слива до тех пор, пока нижний край мениска раствора не коснется нулевой отметки бюретки (глаза должны быть на уровне отметки).

Титрование. Коническую колбу с аликвотной частью титруемого раствора подставляют под носик бюретки и приподнимают за горло так, чтобы конец носика находился в конической части колбы. Кончиками большого и указатель­ного пальцев другой руки, надавливая на запорный сте­клянный шарик, приливают раствор титранта в колбу, регу­лируя скорость приливания силой давления пальцев на шарик.

Прекращают приливать раствор титранта в момент, указан­ный в методике. Во время титрования раствор в колбе непрерывно перемешивают легким круговым движением колбы.

Расход титранта отсчитывают по нижнему краю мениска титранта в бюретке, определяя на глаз сотые доли милли­литра.

Результат титрования записывают в рабочий журнал, обязательно указывая сотые доли см³, например 15,46 см³; 9,70 см³ и т.п. Параллельно титруют 4 – 5 проб и нахо­дят средний расход титранта, при этом разность любых двух титрований не должна превышать 0,05 см³.

Перед каждым титрованием, необходимо заполнять бю­ретку раствором титранта до нулевой отметки. Если титрант интенсивно окрашен, его уровень определяют по верхнему краю мениска.

Примечание

Нет необходимости добиваться того, чтобы масса навески совпадала с расчетной величиной g, как и не следует стремиться к тому, чтобы тетраборат натрия до последней крупинки высыпался из бюкса в мерную колбу. Необходимо не допустить потери даже самого малого коли­чества навески и важно точно знать ее массу.

По взятой навеске тетрабората натрия и вместимости мерной колбы рассчитать С и Т раствора тетрабората натрия.

Цель работы

Определить массу NaOH и Na₂CO₃, находящихся в растворе методом кислотно-основного титрования при совместном присутствии (последовательное титрование).

Определение компонентов смесей NaOH + Na₂CO₃ в растворе основано на титровании его стандартным раствором НС1 сначала в присутствии индикатора фенолфталеина и затем – метилового оранжевого.

При титровании раствора смеси NaОН + Na₂СО₃ по фенол­фталеину фиксируется момент титрования, когда оттитрованы NaOH и Na₂СО₃ до NaНСО3, расход титраита при этом составит V1. При титровании этого раствора по метиловому оранжевому NaНСО₃ титруется до угольной кислоты, общий расход титранта составит V₂, при­чем 2V₁ > V₂.

Объем титранта (V₂ – V₁) эквивалентен содержанию Na₂СО₃, f_экв(Na₂СО₃) = 1, a V₂ – 2(V₂ – V₁)эквивалентен содержанию NaOH.

Для пояснения сказанного титрование раствора смеси NaOH + Na₂CO₃ схематично изображено на рис. 2

Рис.2. Схема титрования смеси Na₂CO₃ и NaOH

Реактивы и оборудование. Коническая колба для титрования объемом 250 см³; пипетка на 10,00 см³; бюретка объемом 25 см³; мерная колба на 100,00 см³. Титрант – стандартный раствор HCl c концентрацией C(HCl) = 0,10 н; кислотно-основной индикатор метиловый оранжевый 1% раствор, кислотно-основной индикатор фенолфталеин 1% раствор.

Выполнение работы.

1. Отбирают пипеткой аликвотные части раствора Vа из мерной колбы V, и переносят их в колбы для титрования, добавляют 3 капли раствора фенолфталеина и медленно при перемешивании титруют стандартным раствором НС1 до обес­цвечивания розовой окраски; записывают расход титранта – V₁.

2. Затем добав­ляют в титруемый раствор 1 – 2 капли раствора метилового оранже­вого и продолжают титрование до перехода окраски раствора из желтой в оранжевую, записывают расход титранта – V₂.

Задание

1. По результатам титрований находят средние значения m(Na₂CO₃) и m(NaOH) из серии параллельных определений.

2. Рассчитать абсолютную и относительную ошибку определения, сравнив полученные результаты, с истинным значением, выданным лаборантом.

Абсолютная ошибка составляет:

d = m – m_ист .

Относительную ошибку определения вычисляют по формуле

%

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «массовая доля растворенного вещества»; молярная концентрация; молярная концентрация эквивалента (эквивалентная концентрация).

2. Вычислите молярные массы эквивалентов и факторы эквивалентности в реакциях полной нейтрализации следующих веществ: HNO₃; NH₃; H₂SO₄; KHSO₄; Na₂CO₃.

3. Рассчитайте объем 0,1 н. HNO₃, необходимой для нейтрализации 5,3 г Na₂CO₃.

4. Расчет рН слабых и сильных кислот и оснований в водных растворах.

5. Буферные растворы, используемые в химическом анализе, их состав, свойства, расчет рН. Буферная емкость.

6. Использование реакций гидролиза в анализе. Принцип расчета рН гидролизующихся солей.

7. Кривые кислотно-основного титрования, расчет и построение теоретических кривых титрования сильных и слабых кислот и оснований.

8. Скачок кислотно-основного титрования. Способы индикации конечной точки титрования.

9. Кислотно-основные индикаторы, механизм изменения их окраски. Интервал перехода окраски индикатора. Показатель титрования рТ. Правило выбора индикатора по теоретическим кривым титрования. Примеры двухцветных и одноцветных индикаторов.

Опыт 1. Приготовление ЭДТА

В качестве титранта в методе комплексонометрического ти­трования применяют стандартный раствор ЭДТА. Раствор готовят из двунатриевой соли ЭДТУ (ЭДТА, трилон Б, комплексон III), кристаллизующейся с двумя молекулами воды. Ее состав отвечает формуле Na₂C₁₀H₁₄N₂×2H₂O. Молекулярная масса этого соединения составляет 372,242 у. е. Применение натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты для приготовления стандартно­го раствора обусловлено ее лучшей растворимостью в воде по сравнению с кислотой. Так, при 22 ^оС растворимость ЭДТА составляет 10,8 г на 100 г воды, а ЭДТУ только 0,2 г на 100 г воды.

Для выполнения лабораторных работ готовят 500 мл 0,025 М раствора ЭДТА. Навеска, необходимая для приготов­ления указанного объема стандартного раствора ЭДТА, составляет:

г

Выполнение работы.

1. Навеску ЭДТА 4 – 5 г взвешивают в бюксе на технических весах, переносят в колбу вместимостью 500 мл и доводят до метки дистиллированной водой.

2. Бюкс после перенесения навески взвешивают на технических весах и по разности двух взве­шиваний находят массу навески ЭДТА. Раствор в колбе тщательно перемешивают, растворение ЭДТА происходит медленно.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Литература

1. Васильев, В.П. Аналитическая химия: учеб. для вузов по хим.-технол. спец. Кн. 1 - М.: Дрофа, 2009. - 366, [2] с. - (84623-12) (543; В 19) и предыдущие издания.

2. Васильев, В.П. Аналитическая химия [Текст]: учеб. для вузов по хим.-технол. спец. Кн. 2 - М.: Дрофа, 2009. - 383 с. - (74072-35) (543; В 19) (84625-12) и предыдущие издания.

3. Алексеев, В.Н. Количественный анализ: учебник для нехим. спец. вузов - М.: Химия, 1973. - 594 с. - (85023-1) (544; А 47)

4. Крешков, А.П. Основы аналитической химии: учебник для хим.-технол. спец. вузов. Кн. 1 - М.: Химия, 1976. - 472 с. - (51933-1) (543; К 80)

ГРАВИМЕТРИЯ

Лабораторная работа № 1
Гравиметрическое определние кристаллизационной воды в хлориде бария

Цель работы. Определение воды в твердых веществах – один из наиболее важных случаев определения, так как вода нередко является основной частью анализируемых веществ. Содержание воды опре­деляют как прямыми, так и косвенными методами.

Кристаллизационной называется вода, входящая в структуру кристаллов некоторых веществ, называемых кристал­логидратами. Содержание кристаллизационной воды в кристалло­гидратах отвечает определенным химическим формулам, например ВаС1₂×2Н₂О, CuSO₄×5H₂O, Na₂SO₄×10H₂O, Na₂SO₄×7H₂O и т. д. Вследствие этого кристаллизационную воду называют также стехиометрической водой.

При нагревании кристаллогидраты разлагаются с выделением воды. На этом основано определение содержания кристаллиза­ционной воды в большинстве кристаллогидратов методом отгонки. Так, в рассматриваемом случае навеску ВаС1₂×2Н₂О, помещенную в бюкс, нагревают до 120 – 125 °С в сушильном шкафу до тех пор, пока не перестанет изменяться масса ве­щества (высушивание до постоянной массы).

Достижение постоянной массы свидетельствует, очевидно, о том, что вся кристаллизационная вода уже удалена. Масса ее равна убыли в массе вещества.

Приборы и реактивы. Сушильный шкаф; технические весы; аналитические весы; эксикатор; тигельные щипцы; стеклянный бюкс; хлорид бария кристаллический, BaCl₂×2H₂O.

Выполнение работы.

Взятие навески.

1. Тщательно вымытый бюкс высушивают в сушильном шкафу и, не закрывая крышкой, охлаждают, поставив на 20 мин в эксикатор около весов.

2. После этого, соблюдая все правила, точно взвешивают бюкс вместе с крышкой на аналитических весах. Затем помещают в него около 1,5 г свежеперекристаллизованного ВаС1₂×2Н₂О и, закрыв крыш­кой, снова точно взвешивают.

Высушивание.

1. Открыв бюкс, помещают крышку сверху бюкса боком (т. е. перевернув на ребро) и ставят на полку (не на дно) сушильного шкафа. Под бюкс следует подложить листок бумаги с указанием своей фамилии. Выдерживают бюкс в шкафу при температуре около 125 °С приблизительно 2 ч. Затем тигель­ными щипцами переносят бюкс и крышку его в экси­катор.

2. Продержав эксикатор 20 мин около весов, вынимают из него бюкс и, закрыв крышкой, точно взвешивают. Далее снова ставят бюкс с веществом в сушильный шкаф и выдерживают его там (открыв крышку) еще около 1 ч, повторно охлаждают в экси­каторе и снова взвешивают.

3. Если второе взвешивание дает тот же самый результат, что и первое, или отличается от него не более чем на 0,0002 г, кри­сталлизационную воду можно считать удаленной практически полностью. В противном случае высушивание с периодическим взве­шиванием повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто посто­янство массы. Результаты всех повторных взвешиваний обязатель­но записывают в лабораторный журнал, даже если они одинаковые.

Если работу приходится прерывать, бюкс оставляют в эксика­торе.

Таблица. Результаты определения кристаллизационной воды

Масса бюкса с веществом, г	9,5895
Масса бюкса, г	8,1320
Навеска ВаС12×2Н2О, m(ВаС12×2Н2О), г	1,4575
Масса бюкса с веществом после высушивания 1-е взвешивание, г	9,3747
2-е взвешивание, г	9,3749

Расчеты.

Масса кристаллизационной воды в навеске:

m(H₂O) = 9,5895 - 9,3748 = 0,2147 г

Массовая доля кристаллизационной воды в ВаС1₂×2Н₂О вычисляют из пропорции:

в 1,4575 г ВаС12×2Н2О содержится 0,2147 г Н₂О

в 100 г ВаС12×2Н2О – х г Н₂О

%

Расчет ошибки определения. Для проверки найденную ве­личину сравнивают с теоретически вычисленным значением массовой доли Н₂О в ВаС1₂×2Н₂О.

В 1 моль (244,3 г) ВаС1₂×2Н₂О содержится 2 моль воды, т.е. 36,03 г Н₂О.

Составим пропорцию:

в 244,3 г ВаС1₂×2Н₂О содержится 36,03 г Н₂О

в 100 г ВаС1₂×2Н₂О – х г Н₂О

%

Абсолютная ошибка составляет:

d = 14,73% – 14,75% = –0,02%.

Относительную ошибку определения вычисляют по формуле

%

Эта погрешность объясняется ошибками взвешивания. При правильной работе абсолютная ошибка данного опреде­ления не должна превышать ±0,05%. Другими словами, прием­лемы результаты, лежащие в пределах от 14,70 до 14,80%.

Лабораторная работа № 2
Гравиметрическое определение сульфатов в виде сульфата бария

Метод основан на осаждении сульфат-ионов в виде кристалличе­ского белого осадка BaSO₄ и получении гравиметрической формы (BaSO₄) прокаливанием:

SO₄^2– + Ba²⁺ = BaSO₄

Данным методом определяют сульфатную серу, а также свободную, пиритную и сульфидную, предварительно окислив их до сульфатной.

Осаждению сульфат-ионов в виде BaSO₄ мешают анионы SiO₃^2–, SnO₃^2–, WO₄^2– и другие, образующие осадки соответствую­щих кислот при подкислении раствора. Осаждению ме