Лабораторная работа № 8Стандартизация рабочего раствора перманганата калия Цель работы – установить точную концентрацию раствора KMnO4. Сущность работы. Точную концентрацию раствора пермангана- та калия устанавливают через 8–10 дней после его приготовления. За это время происходит окисление восстановителей, присутствующих в дистиллированной воде (пыль, следы органических соединений), и концентрация KMnO4 стабилизируется. В качестве установочных ве- ществ для стандартизации используют: щавелевую кислоту H2C2O4 · 2H2O, оксалат натрия Na2C2O4, оксалат калия К2C2O4 · H2O, которые устойчивы при хранении. Титрование оксалат-ионов перман- ганатом калия проводят в сильно кислой среде, добавляя H2SO4: 5К2C2O4 + 2КMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O + 10CO2↑. В соответствии с полуреакциями факторы эквивалентности реа- гирующих веществ равны:
MnO4– + 8H+ + 5ē Mn2+ + 4H2O f C2O42– – 2ē 2CO2↑ f
(MnO4–) = (C O 2–) =
15 . 1 .
экв 2 4 2 Реакция взаимодействия перманганата калия с оксалат-ионами относится к типу автокаталитических. Она катализируется ионами Mn2+. Первые капли перманганата калия обесцвечиваются медленно даже в горячем растворе. В ходе титрования концентрация ионов Mn2+ возрастает, и скорость реакции увеличивается. Титрование ведут в сильнокислой среде, которую создают, до- бавляя большой избыток H2SO4. Нельзя использовать для подкисле- ния растворы HCl и HNO3, т. к. в их присутствии протекают побочные реакции. Нагревание титруемого раствора способствует увеличению скачка титрования. Приборы и посуда: электрическая плитка; мерный цилиндр (10– 20 мл); пипетка; бюретка; конические колбы для титрования. Реактивы: раствор KMnO4 ~ 0,05 н., H2С2O4· 2H2O или К2С2O4 (х.ч.), 2 н. раствор H2SO4. В отдельных случаях можно использовать стандартный раствор щавелевой кислоты, приготовленный из фикса- нала, с концентрацией C( 1 2 H2C2O4 ) =0,1000 моль/л. Выполнение работы. Промывают и заполняют бюретку раствором KMnO4 и устанав- ливают уровень жидкости на нулевом делении бюретки. Отсчеты объ- емов при титровании перманганатом калия целесообразно делать по верхнему уровню мениска из-за интенсивной окраски титранта. В коническую колбу для титрования помещают 10 мл 2 н. рас- твора H2SO4, отмеренного при помощи мерного цилиндра, и нагрева- ют содержимое колбы до 80–85ºС (раствор нельзя доводить до кипе- ния во избежание выделения раздражающих паров.) К горячему рас- твору в колбе приливают аликвотную часть стандартного раствора щавелевой кислоты или оксалата и титруют раствором KMnO4, при- бавляя очередную каплю только после того, как исчезнет окраска от предыдущей. Титрование считают законченным, если слабо-розовая окраска раствора не исчезает в течение 30 с. Все результаты записы- вают в рабочий журнал. Титрование проводят не менее 3-х раз до по- лучения воспроизводимых результатов и рассчитывают точную кон- центрацию раствора KMnO4. Пример оформления отчета по лабораторной работе № 8 Дата Лабораторная работа № 8 Стандартизация рабочего раствора KMnO4, Цель работы – установить точную концентрацию раствора KMnO4. Сущность работы. Для стандартизации раствора KMnO4 исполь- зовали первичный стандартный раствор H2C2O4 с концентрацией 0,1000 моль/л, приготовленный из стандарт-титра. При титровании протекает реакция 5H2C2O4 + 2КMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 10 CO2↑. В соответствии с полуреакциями факторы эквивалентности реа- гирующих веществ равны:
MnO4– + 8H+ + 5ē Mn2+ + 4H2O f 2CO2↑ + 2ē C2O42– f
(MnO4–) = (C O 2–) =
15 . 1 .
экв 2 4 2 Приборы и посуда: электрическая плитка; мерный цилиндр (10– 20 мл); пипетка; бюретка; конические колбы для титрования. Реактивы: раствор KMnO4 ~ 0,05 н., стандартный раствор H2С2O4, 2 н. раствор H2SO4. Экспериментальные данные. Для стандартизации раствора перманганата калия использовали стандартный 0,1000 н раствор H2С2O4, приготовленный из фиксанала. В колбу для титрования помеcтили 10 мл 2 н. раствора H2SO4, нагрели содержимое колбы, прибавили 5,0 мл стандартного раствора
щавелевой кислоты с концентрацией С ( 1 2
H2C2O4) = 0,1000 моль/л и
оттитровали раствором KMnO4 до появления розовой окраски, устой- чивой в течение 30 сек.. Результаты титрования
Средний объем раствора KMnO4:
Vср
9,8
9,9 3
9,8 9,83 мл.
Расчеты определения. Расчет молярной концентрации эквивалента раствора KMnO4:
С ( 15
KMnO4) · V (KMnO4) = C ( 1 2
H2C2O4) · V (H2C2O4)
C( 1
KMnO 4 )
0,1000
5,0
= 0,05086 моль/л.
5 9,83 Расчет титра раствора KMnO4:
C ( 1
KMnO
) . М ( 1
KMnO )
5 4
r 5 4
0,05086 31,6075
T(KMnO 4 )
= 1000
= 1000
0,001608 г/мл Расчет титра раствора KMnO4 по щавелевой кислоте.
T(KMnO /H
C ( C O )
1 KMnO ) .
5
М r (
1 H 2 C 2 O 4 )
0,05086 45,018
4 2 2 4
1000
1000
= 0,002290 г/мл. Лабораторная работа № 9 Определение содержания железа (II) Цель работы – определить массу железа(II) или соли Мора (NH4)2SO4 · FeSO4 · 6H2O в растворе. Сущность работы. Определение основано на окислении железа (II) перманганатом калия в кислой среде: 5Fe2+ + MnO4– + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Реакция протекает быстро и без нагревания. В титруемый рас- твор добавляют в качестве маскирующего агента 3–4 мл ортофосфор- ной кислоты, образующей с окрашенными в желтый цвет ионами Fe3+ бесцветные комплексы Fe(PO4)23–. Благодаря этому более отчетливо наблюдается переход окраски от бесцветной к розовой. Кроме того, связывание ионов Fe3+ в прочные ортофосфатные комплексы способ- ствует снижению потенциала системы Fe3+/Fe2+ и, как результат, уве- личению скачка титрования. Фактор эквивалентности Fe2+ в этой реакции равен 1 в соответ- ствии с полуреакцией: Fe3+ + ē Fe2+ Приборы и посуда: мерная колба; мерные цилиндры (100 мл и 10–20 мл), пипетка; бюретка; колбы для титрования. Реактивы: стандартный раствор KMnO4, 2 н. раствор H2SO4, H3PO4 (конц.). Выполнение работы. Анализируемый раствор получают в мерную колбу. К содержи- мому колбы прибавляют 20–40 мл 2 н. раствора H2SO4. Затем доводят водой объем раствора до метки, тщательно перемешивают. Ополаски- вают и заполняют бюретку раствором перманганата. Отбирают пипет- кой аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы и переносят в колбу для титрования. Перед титрованием в раствор вво- дят ортофосфорную кислоту (3–4 капли). Титруют до появления сла- бо-розовой окраски, вызываемой одной избыточной каплей раствора перманганата калия. Титруют не менее 4 раз до получения 3 сходимых результатов. По полученным данным рассчитывают массу железа (II) или соли Мора в анализируемом растворе, г. Пример оформления отчета по лабораторной работе № 9 Дата Лабораторная работа № 9 Определение содержания железа (II) Цель работы – определить массу железа(II) или соли Мора (NH4)2SO4 · FeSO4 · 6H2O в растворе. Сущность работы. Определение основано на окислении железа (II) перманганатом калия в кислой среде: 5Fe2+ + MnO4– + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O В соответствии с полуреакцией: Fe3+ + ē Fe2+ fэкв(Fe2+) = 1 Приборы и посуда: мерная колба; мерные цилиндры (100 мл и 10–20 мл), пипетка; бюретка; колбы для титрования. Реактивы: стандартный раствор KMnO4, 2 н. раствор H2SO4, H3PO4 (конц.). Экспериментальные данные. К анализируемому раствору, полученному в мерную колбу вме- стимостью 100,0 мл, прибавили ~30 мл 2 н. раствора H2SO4. Объем раствора довели до метки дистиллированной водой, перемешали. В коническую колбу для титрования поместили аликвоту (10,0 мл) ана- лизируемого раствора, прибавили 3-4 капли концентрированной орто- фосфорной кислоты и оттитровали раствором перманганата калия. Результаты титрования
Средний объем раствора KMnO4:
Vср
9,8
9,9 3
9,8 9,83 мл. Расчеты определения. Расчет молярной концентрации эквивалента раствора Fe2+:
С ( 15
KMnO4) · V (KMnO4) = C (1/1 Fe
2+) · V (Fe
2+)
C( 1 1
Fe 2 ) 0,05086 7,67 10,0
= 0,03901 моль/л.
m(Fe2+) = 0,03901 · 0,1 · 55,847 = 0,2178 г. Истинный результат: m(Fe2+) = 0,2200 г. Погрешность определений:
0,2178 δ1
0,2200 100 1,00\%.
0,2200 m(NH4Fe(SO4)2 · 6H2O) = 0,03901 · 0,1 · 374,098 = 1,4594 г. Истинный результат: m(NH4Fe(SO4)2 · 6H2O) = 1,4737 г. Погрешность определений:
1,4594 δ1
1,4737 100 0,97\%.
1,4737 Лабораторная работа № 10 Стандартизация рабочего раствора тиосульфата натрия Цель работы – установить точную концентрацию раствора Na2S2O3. Сущность работы. Кристаллический тиосульфат натрия содер- жит кристаллизационную воду (Na2S2O3 · 5H2O), количество которой может меняться со временем. Непостоянный состав вещества не по- зволяет готовить стандартный раствор по точной навеске. В водном растворе ионы S2O32– разлагаются под влиянием угольной кислоты, растворенной в воде, а также окисляются кислородом воздуха. Поэто- му точную концентрацию раствора тиосульфата натрия устанавлива- ют через 8–10 дней после его приготовления. В качестве установоч- ных веществ для стандартизации рабочего раствора тиосульфата на- трия используют: стандартные растворы дихромата калия (K2Cr2O7), иода (I2) и др. Стандартные растворы дихромата калия можно приготовить по точной навеске или из стандарт-титров. Стандартизацию раствора Na2S2O3 с применением дихромата калия проводят методом замещения. К определенному количеству K2Cr2O7 прибавляют избыток иодида калия и кислоты, затем выде- лившийся I2 оттитровывают раствором Na2S2O3: К2Cr2O7 + 6КI + 7H2SO4 = Cr2 (SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O + 3I2 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI В соответствии с полуреакциями факторы эквивалентности реа- гирующих веществ равны:
Cr2O72– + 14H+ + 6ē 2Cr3+ + 7H2O f
(Cr O 2–) = 1 ;
экв 2 7 6 I2 + 2ē 2I– fэкв(I–) = 1; S4O62–+ 2ē 2S2O32– fэкв(S2O32–) = 1.
По закону эквивалентов количество молей эквивалента дихро- мата калия при титровании I2 равно количеству молей эквивалента Na2S2O3: ν ( 1 6 K2Cr2O7) = ν ( 1 2 I2) = ν ( /1 Na2S2O3) Приборы и посуда: мерный цилиндр (100 мл, 10–20 мл); пипет- ка; бюретка; конические колбы для титрования. Реактивы: раствор Na2S2O3 ~ 0,05 н., 10\%-ный раствор КI, стан- дартный раствор К2Сr2O7, 2 н. раствор H2SO4, раствор крахмала. Выполнение работы. Промывают и заполняют бюретку стандартным раствором Na2S2O3. Устанавливают уровень жидкости на нулевом делении бю- ретки. В коническую колбу для титрования помещают 10–15 мл рас- твора KI, отмеренного мерным цилиндром. Объем раствора KI должен быть одинаков для всех параллельных определений. Затем в колбу до- бавляют 10 мл 2 н. раствора H2SO4, используя мерный цилиндр. К по- лученной смеси в колбе приливают аликвотную часть (10,0 мл) стан- дартного раствора дихромата калия и накрывают колбу часовым стек- лом для предупреждения потерь иода в результате улетучивания. Приготовленную смесь помещают на 5 минут в темное место. Далее в колбу прибавляют 100 мл воды и титруют при интен- сивном перемешивании раствором Na2S2O3 до бледно-желтой окра- ски. Затем прибавляют раствор крахмала и продолжают титрование до исчезновения интенсивно-синей окраски. Результаты титрования записывают в рабочий журнал. На осно- вании трех сходимых результатов рассчитывают точную концентра- цию раствора Na2S2O3 (моль/л). Пример оформления отчета по лабораторной работе № 10 Дата Лабораторная работа № 10 Стандартизация рабочего раствора Na2S2O3 Цель работы – установить точную концентрацию раствора Na2S2O3. Сущность работы. В качестве установочного вещества для стан- дартизации раствора Na2S2O3 использовали дихромат калия. Реакции, лежащие в основе определения: К2Cr2O7 + 6КI + 7H2SO4 = Cr2 (SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O + 3I2 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI Факторы эквивалентности реагирующих веществ равны:
Cr2O72– + 14H+ + 6ē Cr3+ + 7H2O f
(Cr O 2–) = 1 ;
экв 2 7 6 I2 + 2ē 2I– fэкв(I–) = 1; S4O62–+ 2ē 2S2O32– fэкв(S2O32–) = 1. По закону эквивалентов:
ν ( 1 K2Cr2O7) = ν ( 1 I2) = ν (1/1 Na2S2O3) Приборы и посуда: мерный цилиндр (100 мл, 10–20 мл); пипет- ка; бюретка; конические колбы для титрования. Реактивы: раствор Na2S2O3 ~ 0,05 н., 10\%-ный раствор КI, стан- дартный раствор К2Сr2O7, 2 н. раствор H2SO4, раствор крахмала. Экспериментальные данные. В колбу для титрования помеcтили ~12 мл раствора KI и 10 мл 2 н. раствора H2SO4, прибавили 5,0 мл стандартного раствора дихро-
мата калия с концентрацией С ( 1 6
K2Cr2O7) = 0,1000 моль/л. Колбу
накрыли часовым стеклом, оставили на 5 минут в темном месте. При- бавили 100 мл H2O, оттитровали раствором Na2S2O3. Вблизи точки эк- вивалентности использовали индикатор – раствор крахмала. Результаты титрования
Средний объем раствора Na2S2O3:
Vср
10,9
10,9
10,8 4
10,8 10,85
мл.
Расчеты определения. Расчет молярной концентрации эквивалента раствора Na2S2O3:
ν ( 1 K2Cr2O7) = ν ( 1 I2) = ν (1/1Na2S2O3) 1
C ( 1 6
K2Cr2O7) · V (K2Cr2O7) = С ( /1Na2S2O3) · V (Na2S2O3)
C( 1 1
Na 2 S 2 O 3
) 0,1000 5,0 10,85
= 0,04608 моль/л.
Расчет титра раствора Na2S2O3:
C ( 1
Na 2S 2 O 3 ) . М ( 1
Na 2 S2 O 3 )
T(Na
2 S2 O 3 )
1 r 1 = 1000
0,04608 158,11 1000
= 0,007286 г/мл
Расчет титра раствора Na2S2O3 по железу (III):
T(Na S O
C ( 1 /Fe 3 ) 1
Na 2 S2 O 3 ) .
М ( 1
1
Fe 3 )
0,04608 55,846
2 2 3
1000
1000
= 0,002573 г/мл. Лабораторная работа № 11 Определение содержания меди (II) Цель работы – определить массу меди (II) или соли CuSO4 · 5H2O в пробе, г. Сущность работы. Определение меди (II) основано на взаимо- действии 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 соответ- ствии с полуреакцией: Cu2+ + I– +ē CuI↓ Стандартный окислительно-восстановительный потенциал ре- докс-пары Cu2+/Cu+ при комнатной температуре равен E0 = 0,153 В, что меньше E0 редокс-пары I2/2I-, равного 0,536 В. Поэтому при ком- натной температуре медь (II) не должна была окислять иодид-ионы. Однако в реакции образуется осадок CuI, в результате чего концен- трация Cu+ существенно снижается, реальный потенциал редокс-пары Cu2+/Cu+ становится равным 0,8 В и равновесие реакции смещается в сторону образования Cu (I). Реакцию следует проводить в кислой среде для подавления гид- ролиза ионов меди (II). Для проведения реакции необходим большой избыток раствора KI, который расходуется на: образование I2; связывание Cu+ в малорастворимое соединение CuI; растворение выделяющегося иода с образованием комплекс- ного 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 в мерную колбу вместимо- стью 100,0 мл. Затем доводят водой объем раствора до метки, тща- тельно перемешивают. Переносят пипеткой аликвотную часть анали- зируемого 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 конеч- ной точки титрования используют раствор крахмала. Титруют не менее 4 раз до получения 3 сходимых результатов. По полученным данным рассчитывают массу меди (II) или ее соли в анализируемой пробе, г. Пример оформления отчета по лабораторной работе № 11 Дата Лабораторная работа № 11 Определение содержания меди (II) Цель работы – определить массу меди(II) или соли CuSO4 · 5H2O в растворе, г. Сущность работы. Определение меди (II) основано на взаимо- действии ионов Сu2+ c иодид-ионами с последующим титрованием выделившегося иода стандартным раствором тиосульфата натрия: 2СuSO4 + 4KI = 2CuI ↓ + 2K2SO4 + I2 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI В соответствии с полуреакцией: Cu2+ + I– +ē CuI↓ fэкв(Cu2+) = 1 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. Экспериментальные данные. Анализируемый раствор в мерной колбе объемом 100,0 мл до- вели до метки дистиллированной водой и перемешали. В колбу для титрования поместили 10,0 мл анализируемого раствора, прибавили 3 мл 2 н. раствора H2SO4 и 10–15 мл раствора КI. Накрыв колбу часо- вым стеклом, оставили смесь на 5 минут в темном месте. Выделившийся I2 оттитровали раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала в качестве индикатора. Результаты титрования
Средний объем раствора Na2S2O3:
Vср
7,0
7,0 3
7,0 7,03 мл.
ние;
Расчеты определения. Расчет молярной концентрации эквивалента раствора Cu2+:
ν (1/1 Cu2+) = ν ( 1 I2) = ν (1/1Na2S2O3) – заместительное титрова- C (1/1Cu2+) · V (Cu2+) = С (1/1Na2S2O3) · V (Na2S2O3)
C( 1 1
Cu 2 ) 0,04608 7,03 10,0
= 0,03239 моль/л.
m(Cu2+) = 0,03239 · 0,1 · 63,546 = 0,2059 г. Истинный результат: m(Cu2+) = 0,2053 г. Погрешность определений:
0,2059 δ1
0,2053 100 0,29\%.
0,2053 m(CuSO4 · 5H2O) = 0,03239 · 0,1 · 249,685 = 0,8087 г. Истинный результат: m(CuSO4 · 5H2O) = 0,8067 г. Погрешность определений:
0,8087 δ1
0,8067 100 0,25\%.
0,8067 |
| Оглавление| |