Лабораторная работа № 6

Спектрофотометрическое определение перманганата калия и дихромата калия при совместном присутствии

Цель работы.

Определить    массу  KMnO4           и          K2Cr2O7 в     растворе         спектро- фотометрическим методом.

Сущность работы.

Ионы MnO4– и Cr2O72– интенсивно окрашены и поглощают свет в видимой области спектра (рис. 9). Значения их молярных коэффици-

ентов поглощения ε в области максимального поглощения достаточно велики, что позволяет проводить определение каждого иона по собст- венному поглощению, без перевода в окрашенные соединения.

А

λ1        λ2        λ

Рис. 9. Вид спектров поглощения KMnO4 и K2Cr2O7

Определение перманганат- и дихромат-ионов при совместном присутствии основано на законе аддитивности светопоглощения (9). Поскольку их спектры накладываются не полностью, то систему уравнений (10) и (11) можно упростить. С этой целью для измерений оптической плотности анализируемой смеси необходимо выбрать длины волн λ1  и λ2  так, чтобы при λ1  хорошо поглощали свет оба ве- щества, а при λ2 – только KMnO4.

Тогда можно записать:

A1   AKMnO4 , 1  AK2Cr2O7 , 1

KMnO4 ,   l  CKMnO4   K2Cr2O7 , 1  l  CK2Cr2O7 ;(12)

A2

 AKMnO4 , 2

 KMnO4 ,    l  CKMnO4 .

(13)

Для выбора длин волн λ1   и λ2, а также для расчета значений ε при выбранных длинах волн отдельно готовят стандартные растворы каждого вещества и измеряют их оптические плотности при различ- ных длинах волн (спектры поглощения).

Для повышения точности определения  измерения проводятся относительно раствора сравнения, содержащего все компоненты, кро-

ме анализируемых.

Реактивы.

Стандартный 0,01000 М       раствор           KMnO4;          стандартный

0,05000 М раствор K2Cr2O7; 2 н. раствор H2SO4.

Посуда и оборудование.

Мерные колбы вместимостью 100,0 мл; пипетки градуирован- ные вместимостью 5,0 мл; мерный цилиндр вместимостью 5 мл; спек- трофотометр СФ-26 или другой; 4 кюветы длиной 1,0 см.

Выполнение работы.

Подготовка спектрофотометра и кювет к работе. Выбрать в качестве источника излучения лампу накаливания, для этого поста- вить ручку переключения ламп в правое положение. Включить спек- трофотометр в сеть и прогреть в течение ~30 минут. Тщательно вы- мыть кюветы.

Приготовление разбавленных стандартных растворов KMnO4 и K2Cr2O7. В мерную колбу вместимостью 100,0 мл пипеткой внести 5,0 мл исходного стандартного 0,01000 М раствора KMnO4 и с помощью мерного цилиндра добавить 5 мл раствора H2SO4. Раствор довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать. Рассчитать концентрацию приготовленного раствора по формуле (1) (с. 7) и записать в рабочий журнал.

Аналогично  приготовить  разбавленный  стандартный  раствор

K2Cr2O7 из исходного 0,05000 М раствора.

Для приготовления раствора сравнения в мерную колбу вмести-

мостью 100,0 мл внести 5 мл раствора H2SO4, довести объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать.

Получение спектров поглощения. Заполнить одну кювету раствором   сравнения,   вторую   –   приготовленным   стандартным

раствором KMnO4, третью – приготовленным стандартным раство- ром K2Cr2O7 (предварительно ополоснуть кюветы заливаемыми растворами).

Протереть фильтровальной бумагой рабочие грани кювет, че- рез которые будет проходить световой поток, чтобы на них не оста- валось капелек раствора, ворсинок, отпечатков пальцев. Кюветы следует держать за боковые грани, через которые не будет прохо- дить световой поток.

Поместить  кювету  с  раствором  сравнения  в  ближнюю  ячей- ку  (№ 1)  кюветного отделения спектрофотометра, кювету со  стан- дартным раствором KMnO4 – в ячейку № 2, кювету со стандартным раствором K2Cr2O7  – в ячейку № 3. Закрыть кюветное отделение.

Рукояткой выбора длин волн установить длину волны 350 нм.

Вращать рукоятку следует в сторону увеличения длин волн. Если при этом шкала повернется на большую величину, то возвратить ее на-

зад на 3–5 нм и снова подвести к требуемому делению.

Установить ручку перемещения каретки в положение 1. Устано- вить стрелку прибора на нуль по шкале Т рукояткой «НУЛЬ».

Открыть фотоэлемент, поставив рукоятку шторки в положение

«ОТКР». В этот момент на пути светового потока находится раствор сравнения. Установить стрелку прибора на нуль по шкале оптической плотности A (D) рукояткой «ЩЕЛЬ».

Установить ручку перемещения каретки в положение 2 – в этот момент на пути светового потока находится стандартный раствор KMnO4. Снять отсчет по шкале оптической плотности и занести зна- чение в табл. 10.

Установить ручку перемещения каретки в положение 3 – в этот

момент на пути светового потока находится стандартный раствор K2Cr2O7. Снять отсчет по шкале оптической плотности и занести зна- чение в табл. 10.

Таблица 10

Данные для построения спектров поглощения KmnO4 и K2Cr2O7

KMnO4

K2Cr2O7

Закрыть фотоэлемент, поставив рукоятку шторки в положение

«ЗАКР».

Рукояткой выбора длин волн установить длину волны 360 нм и повторить действия, как описано выше. Провести измерения оптической плотности в диапазоне длин волн 350–600 нм. Занести данные в табл. 10.

По  полученным  данным  построить  графики  в  координатах

A (D) – λ (оба графика в одной системе координат).

Выбрать длины волн λ1  и λ2 и рассчитать значения ε для KMnO4

и K2Cr2O7 при выбранных длинах волн. Результаты занести в табл. 11.

Значения молярных коэффициентов поглощения

KMnO4 и K2Cr2O7

Таблица 11

      

Проведение анализа. К полученному анализируемому раствору добавить 5 мл раствора H2SO4, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать.

Заполнить четвертую кювету анализируемым раствором (пред- варительно ополоснуть ее этим   раствором), протереть фильтро- вальной бумагой рабочие грани кюветы.

Поместить кювету в ячейку № 4 кюветного отделения спектро-

фотометра. Закрыть кюветное отделение.

Измерить оптическую плотность при выбранных длинах волн относительно раствора сравнения в ячейке № 1 и занести данные в ра- бочий журнал.

Подставить полученные данные в систему уравнений (12) и (13) и рассчитать концентрации KMnO4  и K2Cr2O7 в анализируемом рас- творе (моль/л) и массу каждого вещества (г) в пробе по формулам:

m(KMnO4) = C(KMnO4) · Vр-ра · M(KMnO4);

m(K2Cr2O7) = C(K2Cr2O7) · Vр-ра · M(K2Cr2O7).

Вопросы к лабораторным работам № 5 и 6

1. Основной закон светопоглощения и условия его применимости.

2. Приемы определения концентрации в фотометрических мето- дах анализа.

3. Как выбирают длину волны для фотометрических измерений?

4. Закон аддитивности светопоглощения и его использование для анализа двухкомпонентных смесей.