МетодКА январь. Лабораторная работа 1 Определение содержания уксусной кислоты 16 в растворе методом кислотноосновного титрования 16

• Название: Лабораторная работа 1 Определение содержания уксусной кислоты 16 в растворе методом кислотноосновного титрования 16
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 2.03 Mb.
• Имя файла: МетодКА январь.doc
• Тип: Лабораторная работа; #526787
• страница: 7 из 11

Йодатометрия

Йодат калия является источником йода, который получается при взаимодействии йодат-иона с йодидом калия:

IO₃^- + 5I^- + 6H⁺  3I₂ + 3H₂O

Равновесие реакции смещено сильно вправо в кислых растворах и сильно влево в щелочной среде.

Йодат калия отвечает требованиям, предъявляемым к первичным стандартам, поэтому его растворы готовят из точной навески растворением
в точном объёме воды. Растворы йодата калия устойчивы продолжительное время. Йодатометрическим методом анализируют неорганические сильные кислоты:

KIO₃ + 5KI + 3H₂SO₄ = 3I₂ + 3K₂SO₄ + 3H₂O

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

лабораторная работа 5
Определение содержания меди (II) в растворе
методом йодометрического титрования

Цель работы:

1) закрепление теоретических знаний о методе йодометрического титрования;

2) освоение метода йодометрического титрования;

3) практическое применение титрования по замещению для определения массы меди (II) в растворе;

4) проведение математической обработки результатов определения содержания меди (II) в растворе, полученных двумя методами (комплексонометрия и йодометрия).

Реактивы

1. Раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ с молярной концентрацией эквивалента  0,1 моль/дм³.

2. Н₂О дистиллированная.

3. Раствор серной кислоты H₂SO₄ с молярной концентрацией 2 моль/дм³.

4. Раствор йодида калия KI с массовой долей 10 %.

5. Раствор дихромата калия K₂Cr₂O₇ с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/дм³ – первичный стандарт.

6. Раствор крахмала свежеприготовленный с массовой долей 0,1 %.

7. Смесь Брунса (раствор йодида калия KI с массовой долей 3 % и раствор тиоцианата калия KSCN с массовой долей 10 %).

Сущность метода (теоретические основы)

Определение содержания меди (II) в растворе основано на следующих реакциях:

1. 2Cu²⁺ + 4I^- = 2CuI + I₂

Окислитель: Cu²⁺ + e + I^- → CuI; = +0,86 В.

Восстановитель: 2I^- -2e → I₂; = + 0,54 В.

Повышение окислительной способности Cu²⁺ достигается за счёт снижения концентрации одновалентной меди в растворе вследствие образования трудно растворимого осадка CuI при реакции Cu²⁺ с йодидом калия (ПР_CuI = 1,1·10^-12).

Йод, выделившийся по реакции 1, титруют стандартным раствором Na₂S₂O₃ по реакции 2:

2. I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-.

Окислитель: I₂ + 2e → 2I^-; = +0,54 В.

Восстановитель: 2S₂O₃^2- - 2е→ S₄O₆^2- ; = +0,09 В.

Так как выделившееся количество I₂ эквивалентно количеству ионов Cu²⁺ в анализируемом растворе и количеству Na₂S₂O₃, затраченному на титрование, то по количеству тиосульфата можно рассчитать содержание Cu²⁺в растворе.

С целью экономии дорогостоящего KI для анализа в данном методе используют не чистый раствор KI, а его смесь с более дешевым KSCN (смесь Брунса). При этом протекает реакция

CuI + SCN^- = CuSCN +I^-,

вследствие чего расход KI сокращается более чем в 2 раза. Тиоцианат меди (I) CuSCN менее растворим, чем иодид меди CuI (ПР_CuSCN = 4,8· 10^-15), что увеличивает полноту протекания реакции. Кроме того, тиоцианат меди (I) проявляет меньшую тенденцию адсорбировать йод, чем иодид меди (I). Адсорбция йода на поверхности CuI является одним из источников ошибок, приводящих к завышению результатов, однако CuSCN легко окисляется выделяющимся йодом, поэтому раствор следует титровать немедленно (!) после прибавления смеси Брунса.

Определение меди (II) обычно ведут в слабокислой среде, так как при увеличении кислотности часть KI окисляется кислородом воздуха, что ведет к появлению систематической погрешности в результатах анализа.

4KI + O₂ + 2H₂SO₄  2I₂ + 2H₂O+ 2K₂SO₄

Ход выполнения работы:

1 Приготовление и стандартизация рабочего раствора тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃)

Раствор тиосульфата натрия готовят объёмом 300 см³ с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/дм³ из раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/дм³ путем разбавления дистиллированной водой в соотношении 1:1.

В качестве индикатора используют свежеприготовленный водный раствор крахмала с массовой долей 0,1 %.

Стандартизацию раствора Na₂S₂O₃ проводят по первичному стандарту дихромата калия титрованием по замещению, методом пипетирования.

Схема 10. Определение концентрации Na₂S₂O₃

В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см³ помещают
15 см³ H₂SO₄ , добавляют 25 см³ KI, если раствор приобрел слабо-желтую окраску, его обесцвечивают, добавляя 1 каплю тиосульфата натрия, затем добавляют аликвоту 10,00 см³ стандартного раствора K₂Cr₂O₇ с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/дм³. Колбу для титрования закрывают часовым стеклом и выдерживают в темном месте в течение 5–7 минут. Затем обмывают часовое стекло небольшим количеством дистиллированной воды и титруют выделившийся йод раствором тиосульфата натрия без индикатора
от бурой до зеленовато-желтой окраски раствора. Далее к раствору приливают 2 см³ раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения сине-фиолетовой окраски. Результаты титрования заносят в табл.11. Концентрацию тиосульфата натрия определяют по закону эквивалентов:

.

Таблица 11

Результаты стандартизации раствора тиосульфата натрия

№ опыта	Объем K2Cr2O7, см3	Объем Na2S2O3, см3	Концентрация Na2S2O3, моль/дм3	Средняя концентрация Na2S2O3, моль/дм3
1	10,00
2	10,00
3	10,00

2. Определение содержания меди (II) в исследуемом растворе

Кривая титрования I₂ раствором Na₂S₂O₃ строится самостоятельно.

ВНИМАНИЕ! Использовать раствор задачи, оставшийся после лабораторной работы № 4.

Схема 11. Определение содержания меди (II) в растворе


В коническую колбу для титрования вместимостью 250 см³ помещают аликвоту 20,00 см³ исследуемого раствора Сu²⁺, добавляют 20 см³ смеси Брунса и немедленно! титруют раствором тиосульфата натрия до изменения окраски раствора с осадком от бурой до цвета слоновой кости. Затем добавляют 2 см³ крахмала и продолжают титрование до исчезновения темно-фиолетовой окраски (бело-розовый осадок). Результаты титрования заносят в табл.12.

Таблица 12

Результаты титрования раствора Cu²⁺

№ опыта	Объем исследуемого раствора меди, см3	Объем Na2S2O3, см3	Содержание Cu2+в растворе, г
1	20,00
2	20,00
3	20,00
4	20,00
5	20,00

3. Статистическая обработка результатов анализа

См. лабораторную работу № 1.

4. Статистическая обработка результатов определения содержания меди (II) в растворе, полученных двумя методами (комплексонометрия

и йодометрия).

Статистическая обработка позволяет выяснить: «Принадлежат ли две полученные выборки результатов к одной генеральной совокупности?».

Существует несколько методик для этой оценки. Наиболее простая и часто применяемая методика – оценка по t-критерию.

1. Рассчитывают F-критерий (см. прил. 10) для определения равноточности измерений:

(28)

где S₁ – стандартное отклонение 1–го метода (с большим значением);

S₂ – стандартное отклонение 2–го метода (с меньшим значением).

Если F_рассчF_табл – результаты, полученные двумя методами, двумя исследователями, двумя лабораториями, неравноточны. Дальнейшее сравнение при этом не проводят.

Если F_рассчF_табл –дисперсии однородны, т.е. результаты, полученные двумя методами, двумя исследователями, двумя лабораториями, равноточны и может быть найдена средняя дисперсия по двум рядам измерений.

2. Вычисляют среднюю дисперсию и рассчитывают коэффициент Стьюдента t (см. прил. 9):

(29)

(30)

Если t_рассчt_табл – результаты не принадлежат к одной генеральной совокупности, следовательно в одном из методов присутствует систематическая погрешность.

Если t_рассчt_табл – результаты, полученные двумя методами, двумя исследователями, двумя лабораториями, принадлежат к одной генеральной совокупности и их можно объединить и обработать совместно, как одну серию измерений (Х₁–Х₁₀).

3. Находят

Вывод: приводят полученные данные в виде , сравнивают результат с действительным значением и делают заключение о наличии или отсутствии случайных и систематических погрешностей, проанализировав возможные источники их возникновения. Проанализировав содержание
меди (II) в растворе двумя методами делают вывод о принадлежности/ непринадлежности двух полученных выборок результатов к одной генеральной совокупности.
Контрольные вопросы и задачи к лабораторной работе № 5

Теоретические вопросы

1. 
   Особенности метода йодометрического титрования в сравнении
   с перманганатометрией и хроматометрией.
   
2. 
   Реакции, лежащие в основе метода йодометрии.
   
3. 
   Примеры йодометрического определения веществ для случаев прямого, обратного и титрования по замещению. Напишите уравнения реакций титрования этих веществ.
   
4. 
   Почему тиосульфат натрия не может быть использован в качестве первичного стандарта? Как проводится его стандартизация по раствору дихромата калия? К каким последствиям может привести несоблюдение строгого порядка выполнения техники эксперимента при стандартизации тиосульфата натрия?
   
5. 
   Считается, что тиосульфат натрия взаимодействует с диоксидом углерода и кислородом, находящимся в атмосфере. Напишите реакции такого взаимодействия и определите, приведет ли это взаимодействие к завышению или занижению результатов анализа.
   
6. 
   Какие погрешности могут возникнуть в процессе йодометрического определения меди (II) и как их избежать?
   
7. 
   Оказывает ли смесь Брунса влияние на точность йодометрического определения меди (II)? С какой целью она добавляется в раствор? Каково назначение компонентов этой смеси?
   
8. 
   Приведите расчетные формулы для определения массовой доли
   и массового содержания меди (II) в пробе при её йодометрическом методе определения.
   

Задачи

1. 
   На сколько процентов изменится восстановительная способность тиосульфата натрия с молярной концентрацией эквивалента
   0,1000 моль/л, если 2 % его разложится под действием диоксида углерода? Сделайте расчет и приведите новое значение молярной концентрации раствора-восстановителя.
   
2. 
   Рассчитайте молярную массу эквивалента тиосульфата натрия при его окислении до тетратианата натрия и сульфата натрия.
   
3. 
   Поясните, за счет какого процесса смещается равновесие реакции между Cu²⁺ и I₂ , и определите константу равновесия этой реакции с учетом смещения равновесия.
   
4. 
   Для стандартизации раствора тиосульфата натрия 0,1510 г дихромата калия растворили в разбавленной серной кислоте, добавили избыток йодида калия и выделившийся йод оттитровали, затратив 46,10 см³ реагента. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента тиосульфата натрия.
   
5. 
   Чему равна молярная масса эквивалента свинца при его определении методом йодометрии, основанном на следующих реакциях:
   

2PbCrO₄+2H⁺ = 2Pb²⁺+Cr₂O₇^2- +H₂O

6I^-+ Cr₂O₇^2-+14H⁺ = 3I₂+2Cr ³⁺+7 H₂O

I₂ +2S₂O₃^2- = S₄O₆^2- + 2I^-

6. 
   Технический препарат мышьяка массой 1,0000 г растворили
   в щелочном растворе и оттитровали 0,2000 М раствором йода, которого пошло на титрование 20,00 мл. После подкисления оттитрованного раствора к нему добавили избыток йодида калия и выделившийся йод оттитровали 40,00 мл 0,1510 М раствора тиосульфата натрия. Основываясь на обратимости реакции AsO₃^3- + I₂ + 2OH^-  AsO₄^3- + 2I^- +H₂O рассчитайте массовую долю As₂O₃ и As₂О₅ в исходном препарате [¹⁰].
   
7. 
   Навеску 0,2250 г пробы, состоящей только из железа и оксида
   железа (III), растворили, железо восстановили до двухвалентного состояния
   и оттитровали раствором KMnO₄ с молярной концентрацией эквивалента 0,0991 моль/дм. Объем KMnO₄ ,затраченный на титрование, равен 18,95 см³. Вычислите процентное содержание Fe и Fe₂O₃ в пробе.