Лабораторная работа № 3Определение кобальта (II) и цинка (II) при совместном присутствии Цель работы. Определить массу кобальта (II) и цинка (II) в анализируемом растворе (г). Сущность работы. Поскольку Zn2+ и Co2+ обладают достаточно близкими химико- аналитическими свойствами, то для определения их при совместном присутствии часто необходимо провести предварительное разделение. В данной лабораторной работе предлагается провести такое разделе- ние с помощью ионного обмена на анионите. Иониты – это высокомолекулярные полиэлектролиты различно- го строения и состава, которые при погружении в раствор электролита поглощают из него катионы или анионы, выделяя в раствор эквива- лентное число ионов с зарядом того же знака. Между катионитом и раствором происходит обмен катионами, между анионитом и раство- ром – обмен анионами. Разделение ионов Zn2+ и Co2+ на анионите основано на способ- ности Zn2+ образовывать анионные комплексы с хлорид-ионами, в то время как Co2+ не образует устойчивых хлоридных комплексов. По- этому полученную пробу сначала обрабатывают 4 н. HCl. При этом Zn2+ переходит в анионную форму [ZnСl4]2–. При последующем про- пускании раствора, содержащего ионы Co2+ и [ZnСl4]2–, через колонку с анионитом в хлоридной форме комплексные анионы [ZnСl4]2– по- глощаются анионитом и задерживаются в колонке: 2RСl + [ZnСl4]2– R2ZnСl4 + 2Сl–, а катионы Co2+ не сорбируются анионитом и проходят через колонку, не задерживаясь. После вымывания Co2+ колонку промывают дистиллированной водой. При этом цинк (II) переходит в катионную форму за счет раз- рушения хлоридных комплексов: [ZnСl4]2– + 4Н2О [Zn(Н2О)4]2+ + 4Сl– и вымывается из колонки. После разделения проводят определение Zn2+ и Co2+ методом потенциометрического титрования. Определение Co2+ основано на реакции окисления аммиачного комплекса кобальта (II) феррицианидом калия: [Со(NН3)6]2+ + [Fе(СN)6]3– = [Со(NH3)6]3+ + [Fe(СN)6]4–. В этой окислительно-восстановительной реакции фактор экви- валентности [Со(NН3)6]2+ равен 1. Определение Zn2+ основано на образовании малорастворимого гексацианоферрата (II) калия-цинка в кислой среде: 3Zn2+ + 2К4[Fе(СN)6] К2Zn3[Fe(СN)6]2 + 6К+. В этой реакции обмена фактор эквивалентности Zn2+ равен 3/2. Реактивы. 2 н. и 4 н. растворы HCl; 25\%-ный раствор NН4ОН; стандартный 0,05000 М раствор К3[Fe(СN)6]; стандартный 0,05000 М раствор К4[Fe(СN)6]; ацетоновый раствор NН4СNS. Посуда и оборудование: Ионообменная колонка с набухшим анионитом АВ-17; стек- лянная воронка; стаканы вместимостью 150 мл (3 шт.); 2 бюретки; коническая пробирка; рН-метр или иономер любой марки; индика- торный электрод – платиновый; электрод сравнения – хлоридсереб- ряный; магнитная мешалка; стержень магнитной мешалки; фильтро- вальная бумага. Выполнение работы. Подготовка ионита. Перед работой анионит следует перевести в хлоридную форму. Для этого через колонку нужно пропустить ~100 мл 2 н. HCl. Необходимый объем 2 н. HCl через воронку постепенно зали- вать в колонку, с помощью винтового зажима отрегулировать ско- рость вытекания раствора примерно до 1 капли в секунду. При работе с колонкой необходимо следить за тем, чтобы в слой ионита не попадал воздух. Во избежание этого поверхность ионита всегда должна быть покрыта раствором не менее чем на 3 см, поэтому следует постоянно следить за уровнем раствора над слоем ионита. По окончании пропускания раствора перекрыть винтовой зажим. Разделение ионов цинка (II) и кобальта (II). Получить анали- зируемый раствор (4–6 мл) в стакан, прилить к нему приблизительно равный объем 4 н. НСl. Подставить под колонку чистый стакан. Ана- лизируемый раствор залить в колонку и отрегулировать скорость вы- текания раствора примерно до 1 капли в секунду. Остатки анализи- руемого раствора со стенок стакана смыть в колонку небольшим ко- личеством 2 н. НСl. Пропустить через колонку ~50–60 мл 2 н. НСl вслед за анализи- руемым раствором с целью полного вымывания ионов Co2+. После этого проконтролировать полноту вымывания Co2+ ка- пельной реакцией с роданидом аммония. Для этого на фильтроваль- ную бумагу нанести каплю реактива и каплю элюата; появление синей окраски свидетельствует о присутствии кобальта (II): Co2+ + 4SCN– [Co(SCN)4]2–. Подставить под колонку второй стакан и пропустить ~120 мл дистиллированной воды. При этом из колонки вымывается Zn2+. После пропускания всего объема дистиллированной воды про- контролировать полноту вымывания Zn2+ качественной реакцией с К4[Fе(СN)6]. Для этого в коническую пробирку собрать 3–5 капель элюата и добавить 1 каплю реактива; появление белой мути свиде- тельствует о присутствии цинка (II): 3Zn2+ + 2К4[Fе(СN)6] К2Zn3[Fe(СN)6]2 + 6К+. В результате ионы Co2+ и Zn2+ оказываются разделенными. Подготовка иономера и электродов к работе. Заранее вклю- чить иономер и прогреть в течение 10–15 минут. Промыть электроды: для этого наполнить стакан дистиллиро- ванной водой, опустить в него стержень магнитной мешалки и погру- зить электроды в воду на глубину не менее 1–1,5 см. Включить маг- нитную мешалку и перемешивать ~30 с. Вынуть электроды из стакана и заменить дистиллированную во- ду. Повторить промывание. Определение кобальта (II). В стакан с элюатом, содержащим ионы Co2+, прибавить 25–30 мл 25\%-ного раствора NH4OH до рН = 10 (контролировать с помощью универсальной индикаторной бумаги) и ~50 мл дистиллированной воды. Заполнить одну из бюреток стандартным 0,05000 М раствором K3[Fe(СN)6] (не забыть удалить пузырек воздуха из нижней части бюретки!). В стакан с раствором кобальта (II) опустить стержень магнитной мешалки и погрузить электроды в раствор на глубину не менее 1– 1,5 см. Включить магнитную мешалку. Добавить в анализируемый раствор 0,2 мл титранта из бюретки, дождаться установления равновесного значения потенциала Е (мВ) и записать его в рабочий журнал с указанием добавленного объема тит- ранта (табл. 6). Таблица 6 Результаты потенциометрического титрования кобальта (II)
Продолжить титрование, добавляя по 0,2 мл титранта и фикси- руя значение Е после добавления каждой порции. Титрование пре- кращается после скачка, когда значение потенциала Е практически не меняется или его изменение небольшое и равномерное. После окончания титрования промыть электроды дистиллиро- ванной водой (как описано выше). По результатам титрования построить кривые титрования: инте- гральную в координатах Е, мВ – V, мл, и дифференциальную в коор- динатах ΔЕ / ΔV и V, мл. Для построения дифференциальной кривой следует рассчитать ΔV и ΔЕ как разности двух соседних значений (ΔV = Vi+1 – Vi, ΔЕ = = Еi+1 – Еi) и отношение ΔЕ / ΔV, соответствующее каждому значению V, кроме V = 0 мл. Результаты расчетов занести в таблицу. Для нахождения объема титранта в точке эквивалентности по интегральной кривой следует определить точку перегиба кривой тит- рования. Для этого нужно продлить линейные участки кривой (до скачка, в области скачка и после скачка) и найти середину отрезка между точками пересечения линейных участков (см. рис. 2). Объем титранта в точке эквивалентности на дифференциальной кривой следует определить по положению максимума (см. рис. 3). Используя закон эквивалентов n(1Co2+) = n(1K3[Fe(СN)6]), по полученному значению объема титранта в точке эквивалентности рассчитать массу (г) кобальта (II) в анализируемом растворе: m(Со) = C(1K3[Fe(СN)6]) · V(K3[Fe(СN)6]) · M(1Со). Определение цинка (II). Заполнить вторую бюретку стандарт- ным 0,05000 М раствором K4[Fe(СN)6]. В стакан с раствором, содержащим ионы Zn2+, прибавить из первой бюретки 1 мл раствора К3[Fе(СN)6] для создания окислитель- но-восстановительной пары [Fе(СN)6]3–/[Fе(СN)6]4–, опустить стер- жень магнитной мешалки и погрузить электроды. Провести титрование, как описано выше. Результаты записывать в таблицу, аналогичную табл. 6. После окончания титрования промыть электроды дистиллиро- ванной водой и погрузить в стакан с дистиллированной водой для хранения. По результатам титрования построить интегральную и диффе- ренциальную кривые титрования, как описано выше. По кривым оп- ределить объем титранта в точке эквивалентности и на основании за- кона эквивалентов n(3/2Zn2+) = n(1K4[Fe(СN)6]) рассчитать массу (г) цинка (II) в анализируемом растворе: m(Zn) = C(1K4[Fe(СN)6]) · V(K4[Fe(СN)6]) · M(3/2Zn). Вопросы к лабораторным работам № 2 и 3 1. Каким образом определяют объем титранта в точках эквива- лентности при потенциометрическом титровании? 2. Обоснуйте выбор системы электродов в каждой работе. 3. На основании каких свойств ионов цинка (II) и кобальта (II) осуществлялось их разделение на анионите? 4. Как определяли значения факторов эквивалентности? |
| Оглавление| |