Лабораторная работа № 8

Стандартизация 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