Методичка. Лабораторные работы по общей и неорганической химии
 Скачать 0.99 Mb.
|
|
Перманганатометрия Метод основан на окислительно-восстановительных реакциях, в которых окислителем является перманганат-ион MnO4-. Перманганат калия проявляет окислительные свойства в кислой, нейтральной и щелочной средах: MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O Ео = 1,51 В MnO4- + 2H2O + 3 e MnO2 + 4OH- Ео = 0,59 В MnO4- + 1 e MnO42- Ео = 0,56 В Титрование перманганатом калия проводят в кислых средах, поскольку окислительная активность перманганата калия в кислой среде гораздо выше, чем в нейтральной и щелочной. При восстановлении перманганат-ионы в кислой среде превращаются в ионы Mn2+ и раствор обесцвечивается. Это позволяет легко фиксировать точку эквивалентности за счет розовой окраски избыточной капли самого перманганата калия. Восстановители обычно определяются методом прямого титрования их раствором перманганата калия. Окислители ˗ методом обратного титрования. В этом случае раствором перманганата калия оттитровывают избыток восстановителя, приливаемого к окислителю. Индикатором в этом методе служит сам рабочий раствор ˗ перманганат калия. Экспериментальная часть Стандартизация рабочего раствора перманганата калия Перманганат калия обычно содержит ряд примесей, поэтому раствор, приготовленный по навеске, не имеет точной концентрации. Раствор перманганата калия должен храниться в склянке из темного стекла, так как под действием света происходит его разложение: 4KMnO4 + 2H2O 4MnO2 + 4KOH + 3O2 Поэтому через 5-7 дней после приготовления раствор перманганата калия отфильтровывают через стеклянный фильтр и проводят его стандартизацию. Молярную концентрацию эквивалентов раствора перманганата калия обычно устанавливают по стандартному раствору перекристаллизованной щавелевой кислоты Н2С2О4. 2Н2О. Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте Реакция между перманганатом калия и щавелевой кислотой в сернокислой среде протекает по следующему уравнению: 2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 2MnSO4 + 10CO2 + K2SO4 + 8H2O 2 MnO4- + 8 H+ + 5 e Mn2+ + 4 H2O 5 H2C2O4 - 2 e 2CO2 + 2H+ Порядок выполнения работы 1. Ополоснуть и наполнить бюретку раствором перманганата калия. Установить уровень жидкости на нулевом делении по верхнему краю мениска (для окрашенных жидкостей уровень устанавливается по верхнему краю мениска). Заполнить кончик бюретки. 2. В колбу для титрования цилиндром налить 15 мл 1 М раствора серной кислоты H2SO4 и 25 мл дистиллированной воды. Колбу на 2-3 минуты поставить на водяную баню нагретую до 70-80оС. Чистую пипетку ополоснуть раствором щавелевой кислоты. Отмерить пипеткой точный объем раствора щавелевой кислоты H2C2O4 и перенести его в колбу для титрования c нагретым раствором серной кислоты. 3. Оттитровать горячий раствор щавелевой кислоты перманганатом калия. Катализатором реакции служат ионы Mn2+, которые являются одним из продуктов реакции. В начале титрования реакция идет медленно, первые капли перманганата обесцвечиваются с трудом. Поэтому прибавление первого миллилитра перманганата нужно проводить очень медленно. После того как образовались ионы Mn2+, скорость реакции увеличивается, и титрование можно вести быстрее, прибавляя перманганат калия маленькими порциями и сильно перемешивая раствор в колбе. Новая порция прибавляется только после обесцвечивания предыдущей. Конец титрования определяется по появлению неисчезающей в течение 1-2 минут бледно-розовой окраски от одной лишней капли перманганата калия. Взятый объем щавелевой кислоты и объем перманганата калия, пошедший на титрование, записать в таблицу. 4. Результаты титрования записать в таблицу. Повторить титрование до получения сходящихся результатов. 5. Рассчитать молярную концентрацию эквивалента и титр раствора перманганата калия. Форма лабораторного отчета Лабораторная работа № ... Дата “Название лабораторной работы” Первичный стандарт - СЭ(H2C2O4) = 0,0000 моль/л Определяемое вещество (титрант) - СЭ(KMnO4) = ?, T(KMnO4) = ? Индикатор – избыточная капля раствора KMnO4 Условия титрования - (рН среды, нагревание и т.д.) Уравнение реакции (в молекулярной и ионно-молекулярной формах): Результаты титрования:
V ср. (KMnO4) = Вычисления: Сэ(KMnO4) = Сэ(H2C2O4)∙V(H2C2O4)/V(KMnO4), моль/л. T(KMnO4) = Сэ(KMnO4)∙Mэ(KMnO4)/1000, (г/мл). Определение содержания железа в растворе соли Мора, FeSO4.(NH4)2SO4·6H2O Сульфат железа (II), входящий в состав соли Мора, вступает в реакцию с перманганатом калия в сернокислой среде по уравнению: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O 1 MnO4- + 8H+ + 5 e Mn2+ + 4H2O 5 Fe2+ - e Fe3+ Порядок выполнения работы 1. Получить у лаборанта мерную колбу с контрольным раствором соли Мора. Номер колбы и ее объем записать в тетрадь. Довести объем раствора дистиллированной водой до метки, закрыть колбу пробкой и хорошо перемешать. 2. Заполнить бюретку раствором перманганата калия, молярная концентрация эквивалента которого была установлена в предыдущей работе. 3. В колбу для титрования взять пипеткой пробу раствора соли Мора (объем пипетки записать в таблицу), добавить цилиндром 15 мл 1 М раствора серной кислоты и 25 мл дистиллированной воды. 4. Оттитровать раствор соли Мора перманганатом калия до появления бледно-розовой окраски. Титрование проводится при комнатной температуре. Объем перманганата калия, пошедший на титрование, записать в таблицу. 5. Повторить титрование до получения сходящихся результатов. Результаты эксперимента записать в таблицу. 6. Рассчитать молярную концентрацию эквивалента, титр раствора соли Мора по железу и содержание железа в контрольном растворе (объеме колбы). 7. Вычислить относительную ошибку анализа, узнав у преподавателя истинное содержание железа в контрольном растворе. Форма лабораторного отчета Лабораторная работа № ... Дата “Название лабораторной работы” Аналитическая задача №____ Стандартный раствор - СЭ(KMnO4) = 0,0000 моль/л Определяемое вещество (титрант) - СЭ(Fe2+) = ?, T(Fe2+) = ? Индикатор – избыточная капля раствора KMnO4 Условия титрования - (рН среды, нагревание и т.д.) Уравнение реакции (в молекулярной и ионно-молекулярной формах): Результаты титрования:
V ср. (KMnO4) = Вычисления: Сэ(Fe2+) = Сэ(KMnO4)∙V(KMnO4)/V(Fe2+), моль/л. T(Fe2+) = Сэ(Fe2+)∙Mэ(Fe2+)/1000, (г/мл). m(Fe2+) = T(Fe2+)∙V колбы К, % = |m(Fe2+)теор.- m(Fe2+)эксп.|: m(Fe2+)теор. х 100 Вопросы для самоподготовки Принцип методов редоксиметрии. От чего зависит редокс-потенциал? Уравнение Нернста. Что служит индикаторами в методах редоксиметрии? Пермангонатометрия. Как приготовить рабочий раствор перманганата калия? Задачи и упражнения Закончить уравнения окислительно-восстановительных реакции, поставить коэффициенты и вычислить молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя: KMnO4 + H2SO4 + KI KMnO4 + H2O2 K2Cr2O7 + H2SO4 + NaNO2 K2Cr2O7 + H2SO4 + KI KMnO4 + H2O + K2S S + … Можно ли с помощью Sn4+ окислить Mn2+ до MnO4- в кислой среде? Ответ подтвердить расчетом ЭДС соответствующей реакции. KMnO4 можно получить по реакции K2MnO4 с хлором в щелочной среде. Можно ли вместо хлора использовать пероксид водорода? Ответ подтвердить расчетом ЭДС соответствующей реакции. Можно ли с помощью Br2 окислить Na3[Cr(OH)6] до Na2CrO4 в щелочной среде? Ответ подтвердить расчетом ЭДС соответствующей реакции. К 20 мл раствора KClO3 прилили 25 мл 0,1246 н раствора Н2С2О4, избыток которого оттитровали 8,2 мл 0,1184 н раствора KMnO4. Найти массу KClO3 в исходном растворе. К 42 мл раствора K2Cr2O7 прилили в кислой среде 50 мл 0,1480 н раствора KI, избыток которого оттитровали в кислой среде 21,4 мл 0,0962 н раствора KMnO4. Найти массу K2Cr2O7 в исходном растворе. К 15 мл раствора K2Cr2O7 прилили 15 мл 0,1200 н раствора FeSO4 в кислой среде. Избыток FeSO4 оттитровали 5,2 мл 0,0642 н раствора KMnO4. Найти массу K2Cr2O7 в исходном растворе. К раствору K2Cr2O7 добавили избыток раствора иодида калия. Выделившийся иод оттитровали 14,8 мл 0,0840 н раствора тиосульфата натрия. Найти массу K2Cr2O7 в исходном растворе. К раствору CuSO4 добавили избыток раствора иодида калия. Выделившийся иод оттитровали 4,8 мл 0,1524 н раствора тиосульфата натрия. Найти массу CuSO4 в исходном растворе. К раствору FeCl3 добавили избыток раствора иодида калия. Выделившийся иод оттитровали 12,8 мл 0,1108 н раствора тиосульфата натрия. Найти массу FeCl3 в исходном растворе. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10 Качественные реакции катионов I-III группы и анионов. Анализ смеси I-III группы и анионов. Теоретическая часть Для определения качественного химического состава вещества пользуются как химическими, так и физико-химическими методами анализа. В качественном анализе используются аналитические реакции. Аналитическая реакция - это реакция, которая сопровождается каким-либо внешним эффектом (образованием или растворением осадка, выделением газа, изменением окраски раствора и т.д.), позволяющим сделать вывод о наличии соответствующих ионов или молекул в анализируемом веществе. Аналитические реакции делятся на специфические и групповые. Специфическая реакция – это аналитическая реакция, внешний эффект которой характерен только для данного иона или соединения. С помощью специфической реакции ион может быть обнаружен в присутствии других ионов. Групповая реакция – это реакция, внешний эффект которой характерен для группы ионов. С помощью групповых реакций смеси ионов разделяют на аналитические группы. Большинство аналитических реакций выполняется в водных растворах. Так как подавляющее большинство неорганических соединений в растворах диссоциировано, то при анализе практически определяются не элементы вообще, а ионы. Поэтому качественный анализ делится на анализ (открытие, обнаружение) катионов и анализ анионов. Качественный анализ может быть выполнен дробным или систематическим методом. Дробный метод анализа заключается в том, что ионы открывают в любой последовательности при помощи специфических реакций в отдельных пробах раствора в присутствии других ионов. Однако не всегда дробный метод можно использовать на практике, так как не для всех ионов имеются специфические реакции. Поэтому при анализе смеси ионов в основном пользуются систематическим методом анализа. Систематический метод качественного анализа заключается в том, что смесь ионов с помощью групповых реагентов предварительно разделяют в определенной последовательности на аналитические группы. Отдельные ионы внутри каждой группы обнаруживаются с помощью их аналитических реакций после разделения или в условиях устраняющих (маскирующих) влияние других ионов. Катионы делятся на шесть аналитических групп: Первая аналитическая группа катионов (растворимая группа) включает ионы К+, Na+ и NH4+. Эта группа не имеет группового реагента, так как большинство соединений катионов этой группы хорошо растворимо в воде. Вторая аналитическая группа катионов (хлоридная группа) включает катионы Ag+, Hg22+, Pb2+. Групповым реагентом является соляная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых хлоридов. Третья аналитическая группа катионов (сульфатная группа) включает катионы Ba2+, Ca2+, Sr2+. Их групповым реагентом является серная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых в воде сульфатов. Четвертая аналитическая группа катионов (амфолитная группа) объединяет катионы Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+. Групповым реагентом служит раствор щелочи, при действии избытка которого образуются растворимые комплексные соединения (гидроксокомплексы). Пятая аналитическая группа катионов (гидроксидная группа) включает ионы Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+. В качестве группового реагента используется 25%-ный раствор аммиака, который осаждает эти катионы в виде гидроксидов, нерастворимых в избытке реагента. Шестая аналитическая группа катионов (аммиакатная группа) объединяет ионы Сu2+, Co2+, Ni2+. Групповым реагентом является 25%-ный раствор аммиака, при избытке которого образуются растворимые в воде комплексные соединения (аммиакаты). Анализ смеси катионов I-VI аналитических групп, основанный на кислотно-основной классификации, начинают обычно с обнаружения иона аммония дробным методом. Систематический анализ начинают с осаждения и отделения хлоридов катионов II аналитической группы. Затем переводят в осадок и отделяют сульфаты катионов III аналитической группы. При обработке раствора, полученного после осаждения катионов II и III аналитических групп, избытком раствора гидроксида натрия в осадок переводят основные по своей природе гидроксиды катионов V и VI групп, а в растворе остаются катионы IV аналитической группы в виде соответствующих гидроксокомплексов. При обработке концентрированным раствором аммиака осадка, содержащего катионы V и VI аналитических групп, катионы VI аналитической группы образуют растворимые комплексные соединения - аммиакаты, тогда как катионы V аналитической группы остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов. После разделения катионов на группы с помощью групповых реагентов проводят обнаружение ионов внутри каждой группы. Экспериментальная часть Проведите качественные реакции катионов I-III групп и анионов : Cl-, NO3-, CO32-, SO42-, результаты занесите в таблицу
Качественные реакции I аналитической группы |