Оборудование и реактивы
Бюретка вместимостью 25,00 см3, конические колбы для титрования вместимостью 250 см3, пипетка Мора вместимостью 10,00 см3, мерный цилиндр вместимостью 25 или 50 см3, стакан вместимостью 100-150 см3, воронка, капельница, промывалка, анализируемый раствор Fe (II), раствор перманганата калия с точно известной концентрацией, раствор серной кислоты (С=2 н.).
Ход работы
В мерную колбу вместимостью 100,0 cм3 вносят определенное количество раствора соли Мора (сульфат железа (II)), доводят объем колбы до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Отмеряют пипеткой 10,00 cм3 этого раствора, переносят в коническую колбу для титрования, добавляют 10-15 cм3 2 н. раствора серной кислоты и титруют рабочим раствором перманганата калия. Титрование проводят на холоде, т.к. при нагревании ион Fe2+ окисляется кислородом воздуха до иона Fe3+. Добавление перманганата прекращают после того, как раствор примет бледно-розовую окраску, не исчезающую в течение 30 секунд. Титрование проводят не менее 3-х раз, до сходящихся результатов. Результаты титрования заносят в таблицу:
V(Fe2+), см3 |
V(KMnO4), см3 |
10,00 |
… |
10,00 |
… |
10,00 |
… |
Титрант – раствор перманганата калия (указывают точную молярную концентрацию эквивалента), определяемое вещество – Fe (II).
По результатам титрования рассчитывают массу железа (II) (г) в полученной для анализа пробе по формуле:
,
где
m(Fe)
– масса Fe,
г; С(1/5KMnO4)
– молярная концентрация эквивалента
раствора перманганата калия, моль/дм3
эквивалента;
– средний объем раствора перманганата
калия, см3;
М(Fe)
– молярная масса эквивалента железа,
г/моль эквивалента;
–
объем мерной колбы, см3;
–
объем аликвоты, см3;
10-3
– коэффициент пересчета.
Контрольные вопросы
1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными реакциями? Какое уравнение используют для расчета потенциала окислительно-восстановительной системы?
2. Вид кривых титрования в методе редоксиметриии. Рабочие растворы, определяемые вещества и установочные вещества в редоксиметрии. Выбор индикаторов.
3. Что представляют собой окислительно-восстановительные индикаторы? Какой химический процесс является причиной изменения их окраски?
4. Что такое автокатализ? Приведите примеры автокаталитических реакций.
Лабораторная работа № 4
3.1. Определение концентрации (активности) фторид-ионов при помощи ионоселективного электрода методом прямой потенциометрии
Для измерения концентрации ионов используют гальванический элемент, составленный из ионоселективного индикаторного электрода и хлоридсеребряного электрода сравнения.
Оборудование и реактивы
рН-Метр (иономер), фторидселективный электрод, электрод сравнения (хлоридсеребряный), магнитная мешалка с якорем, раствор KNO3 (С=1 М), стандартный раствор фторид-ионов (С=0,1000 М), насыщенный раствор хлорида калия, фильтровальная бумага, стакан вместимостью 100-150 см3, мерные пипетки, мерные колбы вместимостью 100,0 см3, анализируемый раствор фторид-ионов.
Ход работы
1. Построение калибровочного графика
В колбах вместимостью 100,0 см3 готовят последовательным разбавлением серию растворов с концентрацией от 10-2 до 10-6 М фторид-ионов из стандартного раствора фторид-ионов с концентрацией 0,1000 М, создавая в каждой колбе постоянную (0,1 М) концентрацию БРОИС (Буферный Раствор Общей Ионной Силы). При определении концентрации фторид-ионов в качестве БРОИС используют 1 М раствор нитрата калия.
Для приготовления серии стандартных растворов в колбу № 1 пипеткой вносят 10,00 см3 0,1 М раствора фторид-иона, добавляют 10,00 см3 БРОИС (1 М), разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. В колбу № 2 пипеткой вносят из колбы № 1 10,00 см3 раствора, добавляют 10,00 см3 БРОИС, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают и т.д. Затем измеряют ЭДС каждого раствора, переходя от меньшей концентрации к большей, наливая раствор в стакан вместимостью 100-150 см3, предварительно ополоснув его (измерения ЭДС проводят при перемешивании раствора с помощью магнитной мешалки). Величину ЭДС фиксируют после установления равновесного значения (в разбавленных растворах время отклика ионселективного электрода возрастает и для концентрации 10-6 М составляет 2-3 минуты). Между измерениями ЭДС электроды вынимают из раствора и осторожно удаляют с боковой поверхности электродов и мембраны ИСЭ избыток влаги фильтровальной бумагой.
Результаты измерений заносят в таблицу.
№ раствора |
С(F), моль/дм3 |
рF |
E, мВ |
1 |
10-2 |
2 |
… |
2 |
10-3 |
3 |
… |
3 |
10-4 |
4 |
… |
4 |
10-5 |
5 |
… |
5 |
10-6 |
6 |
… |
Строят калибровочный график в координатах Е=f(pF) и находят область прямолинейной зависимости. Определяют крутизну электродной функции S (мВ), как тангенс угла наклона прямой и сравнивают с теоретическим значением (Sтеор.=59 мВ).
2. Определение концентрации (активности) фторид-ионов
по калибровочному графику
В мерную колбу вместимостью 100,0 см3 пипеткой вносят аликвоту анализируемого раствора фторид-иона, добавляют 10,00 см3 БРОИС, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Наливают приготовленный раствор в сухой и чистый стакан вместимостью 100-150 см3, измеряют ЭДС и по градуировочному графику находят концентрацию ионов в анализируемом растворе.
Контрольные вопросы
1. Сущность метода прямой потенциометрии. Электроды, применяемые в методах прямой потенциометрии.
2. Способы определения концентрации ионов в методе прямой потенциометрии.
3.2. Стандартизация раствора гидроксида натрия по титрованному раствору соляной кислоты методом потенциометрического титрования
Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. В зависимости от типа используемой реакции различают несколько методов потенциометрического титрования: кислотно-основное, окислительно-восстановительное (редокс-), осадительное, комплексо- и комплексонометрическое. Конечную точку титрования (КТТ) находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции.
1) Точка перегиба на интегральной кривой титрования отвечает КТТ, которая может совпадать или не совпадать с точкой эквивалентности. Для нахождения точки перегиба проводят две параллельные касательные к пологим верхней и нижней частям кривой и соединяют их прямой таким образом, чтобы точка пересечения ее с кривой титрования делила эту прямую на две равные части (точка А на рис. 1-а). Точка пересечения перпендикуляра, опущенного из точки А с осью абсцисс (осью V – объем титранта) дает объем титранта, отвечающий КТТ.
2) Более простым и точным способом нахождения КТТ является графическое изображение зависимости величин первой производной ΔЕ/ΔV от объема прибавленного титранта (дифференциальная кривая титрования). В этом случае кривая имеет пикообразную форму, максимум которой соответствует КТТ. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения двух восходящих ветвей кривой на ось абсцисс, показывает объем титранта, затраченный на завершение реакции (рис. 1-б).
Расчет концентрации анализируемого вещества в потенциометрическом титровании проводится аналогично расчетам в обычном титриметрическом анализе.
Достоинствами потенциометрического титрования являются высокая точность и воспроизводимость определений, особенно при титровании разбавленных растворов. Потенциометрическое титрование можно проводить в мутных и окрашенных растворах, а также анализировать смеси близких по свойствам кислот и оснований, окислителей и восстановителей без предварительного разделения.
Потенциометрическое титрование требует большей затраты времени, чем обычное титрование с цветным индикатором. Поэтому данный метод применяют обычно в тех случаях, когда визуальное фиксирование точки конца титрования затруднено.
Рис. 1. Графический способ нахождения конечной точки титрования (к.т.т.):
а – интегральная кривая, б – дифференциальная кривая