Практические работы

Работа 1. Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата натрия

Состав тиосульфата натрия не бывает строго постоянным. Кроме того, при растворении происходит его частичное разложение растворенными диоксидом углерода и кислородом:

Na₂S₂O₃ + Н₂О + СО₂ = NaНСO₃ + NaНSO₃ + S;

2 Na₂S₂O₃ + О₂ = 2Na₂SO₄ + 2S.

Наиболее значительно разлагается Na₂S₂O₃ под влиянием света и микроорганизмов. Для получения более устойчивого раствора тиосульфат натрия растворяют в прокипяченной дистиллированной воде, хранят в бутылях из темного стекла и защищают от действия воздуха. Для устойчивости раствора к нему добавляют карбонат натрия. Таким образом, раствор тиосульфата нельзя приготовить по точной навеске.

Раствор готовят, беря требуемую навеску на технохимических весах, растворяют в прокипяченной дистиллированной воде и после выстаивания в течение недели устанавливают точную концентрацию.

Массу требуемой навески рассчитывают по формуле

m = M·V·C,

где m-масса навески, г; М – молярная масса эквивалента Na₂S₂O₃ · 5Н₂О г/моль; V–объем раствора, л; с – молярная концентрация эквивалента, моль/л.

Молярная масса эквивалента тиосульфата натрия в реакции с иодом

2Na₂S₂O₃ + I₂ =2 Na₂I + Na₂S₄O₆

равна его молярной массе, т.е. 248,2 г (Na₂S₂O₃·5Н₂О).

Титр раствора тиосульфата устанавливается, как правило, при помощи титрованных растворов перманганата или дихромата по методу замещения. К точному объему раствора KMnO₄ добавляют избыток раствора KI, при этом происходит реакция

2 KMnO₄ + 10 KI + 8 H₂SO₄ = 5I₂ + 2 MnSO₄ + 6 K₂SO₄ + 8 H₂O.

Выделившийся иод оттитровывают тиосульфатом.

Реагенты

Йодид калия, KI, 10 %-ный раствор.

Серная кислота, H₂SO₄, 20 %-ный раствор.

Перманганат калия, KMnO₄, титрованный раствор.

Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ (х.ч.).

Раствор крахмала.

Выполнение определения

В коническую колбу для титрования приливают с помощью цилиндра 20 мл 10 %-го раствора KI и 20 мл 20 %-го раствора H₂SO₄. К полученной смеси прибавляют пипеткой 10,00 мл титрованного раствора KMnO₄. Колбу накрывают стеклом и 3–5 минут выдерживают в темноте (ставят в рабочий стол). Затем титруют тиосульфатом из бюретки до соломенно-желтого окрашивания раствора. Добавляют 8–10 капель крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски раствора. Последние капли тиосульфата прибавляют медленно, каждый раз перемешивания раствор. Точное титрование проводят 3 раза (разность не больше 0,1 мл) и берут среднее значение.

По результатам вычисляют молярную концентрацию эквивалента и титр раствора тиосульфата натрия.

Пример. На 10,0 мл KMnO₄, молярная концентрация эквивалента которого 0,1032 моль/л израсходовано 9,9 мл приготовленного раствора Na₂S₂O₃. Отсюда С(Na₂S₂O₃) и Т(Na₂S₂O₃) определяется как

С(Na₂S₂O₃) = моль/л;

Т(Na₂S₂O₃) = г/мл.

Работа 2. Определение содержания меди

Определение основано на реакциях:

2 Cu²⁺ + 4 I^- → 2 CuI↓ + I₂;

I₂ + 2 S₂O₃^2- → 2 I^- + S₄O₆^2-.

При восстановлении Cu²⁺ образуется малорастворимый йодид меди (I). Молярная масса эквивалента меди и CuSO₄·5H₂O здесь соответственно равны 63,54 г/моль и 249,7 г/моль. Чтобы реакция протекала полно, необходим большой избыток KI. Ионы водорода в этой реакции не участвуют, однако, для подавления гидролиза солей меди (II) восстановление их необходимо проводить в слабокислой среде.

Реагенты

Сульфат меди (II), CuSO₄.

Идид калия KI, 10 %-ный раствор.

Серная кислота, H₂SO₄, 20 %-ный раствор.

Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, титрованный (0,01 н.) раствор.

Раствор крахмала.

Выполнение определения

Раствор соли меди (10 мл) переносят в мерную колбу на 100,0 мл, доводят водой до метки, перемешивают. В коническую колбу для титрования приливают мерным цилиндром 20 мл 10 %-го раствора KI, 10 мл 20 %-ного раствора H₂SO₄ и затем пипеткой добавляют аликвотную часть (10,00 мл) исследуемого раствора. Накрыв колбу часовым стеклом, оставляют смесь для завершения реакции на 5 минут в темноте. После этого оттитровывают выделившийся иод раствором Na₂S₂O₃. Когда раствор со взмученным в нем осадком будет иметь соломенно-желтую окраску, добавляют 1 мл крахмала и продолжают титрование. Синяя окраска должна исчезнуть от одной капли раствора Na₂S₂O₃. Точное титрование проводят 3 раза и берут среднее значение объема. Содержание Cu²⁺ (в граммах) вычисляют по формуле

m_Cu = C_B·V_B·M_Cu·V_K / 1000·V_АЛ,

где V_В – объем раствора Na₂S₂O₃, использованный на титрование, мл; C_B– молярная концентрация эквивалента Na₂S₂O₃, моль/л; V_К – объем колбы, мл; V_АЛ – объем аликвоты, мл; M_Cu– молярная масса эквивалента меди, г/моль.

Работа 3. Приготовление стандартизированного рабочего раствора иода

Для йодометрического титрования восстановителей необходим стандартизированный раствор иода. Стандартизируют его по тиосульфату натрия.

Йод малорастворим в воде, насыщенный раствор содержит около 0,03 % иода. Такая концентрация недостаточна для большинства определений, поэтому для приготовления рабочего раствора пользуются хорошей растворимостью йода в присутствии иодида калия вследствие образования комплексного соединения:

KI + I₂ = K[I₃].

Ион I₃^- в растворах ведет себя так же, как и I₂. Для того, чтобы йод хорошо растворялся, раствор KI должен иметь концентрацию не ниже 10 %. Приготовление раствора иода точно известной концентрации из навески представляет ряд трудностей. Поэтому сначала готовят раствор иода приблизительной концентрации, а затем определяют точную, титруя раствором тиосульфата натрия.

Молярная масса эквивалента иода равна 126,9 г/моль, поэтому чтобы приготовить, например, 100 мл 0,01 н. раствора йода потребуется взять навеску

m = 126,9 · 0,01 · 100/1000 = 0,1269 г.

Реагенты

Йод твердый, I₂.

Йодид калия KI, 10 %-ный раствор.

Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, титрованный (~0,01 н.) раствор.

Раствор крахмала.

Выполнение определения

Рассчитанную навеску иода отвешивают с точностью до 0,01 г (т.е. 0,13 г), смешивают его в стакане с трехкратным (приблизительно) по массе количеством KI и добавляют небольшое количество воды.

Когда весь иод растворится, полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до 100 мл, перемешивают и переливают в склянку, на которую наклеивают этикетку с указанием названия раствора, даты приготовления и фамилии работающего. Затем определяют концентрацию раствора иода титрованием рабочим раствором Na₂S₂O₃.

Аликвотную часть раствора (10,00 мл) переносят пипеткой в коническую колбу для титрования, прибавляют 10 мл 20 %-го KI с помощью мерного цилиндра и титруют из бюретки раствором тиосульфата натрия до соломенно-желтой окраски раствора, затем добавляют 1–1,5 мл крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски. Отмечают общий объем Na₂S₂O₃, затраченный на титрование. Титрование повторяют три раза, результаты заносят в рабочий журнал и рассчитывают концентрацию и титр раствора йода.

Пример. На титрование 10,00 мл раствора йода было затрачено 9,80; 9,75; 9,85 мл раствора Na₂S₂O₃ (С_В = 0,01 н.). Определить молярную концентрацию эквивалента и титр раствора иода.

Решение. Найдем средний объем V_В(ср) = (9,80+9,75+9,85) / = 9,80 мл;

тогда С(I)₂ = С_В · V_В(ср) /V(I₂) = 0,01·9,8 / 10 = 0,00980 моль/л,

Т(I₂) = 126,9·0,00980 / 1000 = 0,00124 г/моль.

Работа 4. Определение содержания свободного хлора в воде

В данном определении используется свойство хлора вытеснять эквивалентное количество свободного иода из иодидов:

Cl₂ + 2 KI = I₂ + 2 HCl.

По расходу тиосульфата натрия на титрование иода легко вычислить содержание свободного хлора в воде.

Реагенты

Иодид калия KI, 10 %-ный раствор.

Серная кислота, H₂SO₄, 20 %-ный раствор.

Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, титрованный (~0,01 н.) раствор.

Раствор крахмала.

Выполнение определения

Отмеряют пипеткой 20,00 мл водопроводной воды в коническую колбу, прибавляют 10–15 мл раствора KI и 20 мл 20 %-го раствора серной кислоты и титруют выделившийся иод раствором тиосульфата натрия до соломенно-желтой окраски. Добавляют 1 мл крахмала и синий раствор дотитровывают до обесцвечивания от одной избыточной капли тиосульфата натрия. Титрование повторяют несколько раз и берут среднее из сходящихся расчетов.

Вычисляют содержание хлора в г на 1 л воды.