Практикум по АХ-2003,часть1. Практикум по аналитической химии в 2 ч. Учебное пособие. Ч. Омск Омский госуниверситет, 1998. 176 с

• Название: Практикум по аналитической химии в 2 ч. Учебное пособие. Ч. Омск Омский госуниверситет, 1998. 176 с
• Анкор: Практикум по АХ-2003,часть1.doc
• Дата: 27.02.2018
• Размер: 1.29 Mb.
• Имя файла: Практикум по АХ-2003,часть1.doc
• Тип: Практикум; #16002
• страница: 6 из 27

5.4. КИСЛОТНО - ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Методические указания к лабораторной работе № 4
Цель данной работы - освоить метод нейтрализации для более сложного случая, а именно, для определения концентрации слабых кислот и слабых оснований. Очень важно научиться сознательно подбирать индикатор для подобных титрований, проводя расчет кривой нейтрализации. Применение двух индикаторов с разными значениями pT позволяет раститровать смеси кислот (или оснований), а введение дополнительных реагентов (метод замещения) дает возможность определения тех веществ, которые не обладают достаточно выраженными кислотно-основными свойствами.

В содержание работы входит: определение концентрации слабой кислоты СН₃СООН в техническом продукте (часть А), определение концентрации слабого основания NH₃ в растворе (Б), раздельное определение двух слабых оснований Na₂CO₃ и NaHCO₃ при их совместном присутствии (В), определение содержания аммонийного азота по методу замещения (Г) и анализ смеси соляной и борной кислот (Д). Каждому студенту следует заранее подготовиться к выполнению всех частей работы, однако по указанию преподавателя работа может выполняться не в полном объеме, а по вариантам: например, одни студенты будут выполнять части А, Г, Д, а другие - Б, В, Г. Одна из частей работы в каждом варианте выполняется как контрольная задача, причем ошибка свыше 10 % недопустима. В данной работе используются те же индикаторы, что и в предыдущей.

Следует обратить особое внимание на правильность выполнения расчетов, в частности, на сохранение верного числа значащих цифр в конечном результате (см. материал для подготовки к практическому занятию № 1). Повторите также материал курса неорганической химии о способах выражения концентрации растворов и пересчете одних концентраций в другие.

А. Определение концентрации ледяной уксусной кислоты

Надо определить молярную концентрацию безводной («ледяной») уксусной кислоты методом пипетирования (взятия аликвот). Титрант – NaOH.

Заранее рассчитайте рН_т.экв для реакции щелочи с уксусной кислотой и выберите индикатор так, чтобы зона перехода окраски попадала в область скачка титрования с погрешностью 1%. Расчет скачка следует привести в лабораторном журнале. То же следует делать для последующих частей работы.

1. С помощью набора денсиметров определите плотность ледяной уксусной кислоты (тяга!!). Определите по справочным таблицам [8] процентную концентрацию кислоты, а затем вычислите молярную концентрацию. Естественно, таким способом можно получить лишь приблизительное значение концентрации (округлите его до 1-2 значащих цифр), которое требуется лишь для того, чтобы выбрать степень разбавления пробы перед титрованием или объем отбираемых аликвот разбавленной кислоты. Обратите внимание на то, что в таблице одной и той же плотности уксусной кислоты могут соответствовать две концентрации. Следует использовать большее значение, так как кислота ледяная.

2. Разбавьте ледяную кислоту ровно в 50 раз с помощью моровской пипетки на 5,00 мл и мерной колбы на 250,0 мл, затем отберите аликвоты так, чтобы на титрование было израсходовано 15-25 мл приблизительно 0,1 н. раствора едкого натра.

3. Проведите стандартизацию титранта (приблизительно децинормального раствора NaOH) по фиксанальному децинормальному раствору HCl c тем же индикатором, с каким предполагается титрование уксусной кислоты.

4. Оттитруйте три одинаковых аликвоты разбавленной уксусной кислоты с подходящим индикатором и по усредненным данным рассчитайте ее нормальную концентрацию, а затем - с учетом коэффициента разбавления - нормальную, молярную и процентную концентрации исходного раствора. Желательно выразить результат анализа в виде доверительного интервала.

5. Сопоставьте результаты предварительного определения концентрации ледяной СH₃COOH по плотности и точного волюмометрического ее определения.

Б. Определение концентрации водного раствора аммиака

1. Возьмите 5,00 миллилитров анализируемого раствора, разбавьте его произвольным объемом воды и проведите ориентировочное титрование фиксанальным раствором HCl с выбранным индикатором. Если переход окраски данного индикатора не совсем резок, то приготовьте соответствующий свидетель и оттитруйте до совпадающей окраски. Если на ориентировочное титрование пошло слишком мало (<10) или слишком много (>25) миллилитров титранта, измените соответственно объем исходной пробы.

2. После трех титрований рассчитайте усредненное значение нормальной концентрации аммиака в пробе. Результат желательно выразить в виде доверительного интервала.

В. Определение содержаний карбоната и бикарбоната натрия в их смеси

Эта часть работы выполняется методом двух индикаторов. Методика используется для контроля качества выпускаемой продукции на содовых заводах. Анализ ведите по способу отдельных навесок.

1. Получите у лаборанта сухую смесь солей. Подготовьте титрант - раствор HCl - с точно известной концентрацией (обычно применяется фиксанальный децинормальный раствор). Рассчитайте, какое значение рН соответствует первой точке эквивалентности, когда более сильное основание - карбонат натрия - оттитровано до гидрокарбоната, и второй (гидрокарбонат полностью превращен в угольную кислоту), соответственно выберите индикаторы. При расчете можно использовать данные по кислотным константам из справочников.

2. Рассчитайте, какую навеску следует взять, чтобы на титрование пошло не более 25 мл раствора HCl. Для такого расчета допустите, что в смеси содержится только карбонат натрия, а его эквивалент соответствует превращению в Н₂СО_з. Возьмите на аналитических весах 3-4 соответствующих навески обычным способом или методом отсыпания, т.е. взвешивая пробирку с анализируемым веществом до и после отсыпания его части в соответствующую колбу. Пробы растворите в произвольном объеме воды.

3. Оттитруйте каждую навеску раствором HCl сначала с первым индикатором, а после достижения точки перехода первого индикатора введите второй и закончите титрование при соответствующем переходе окраски второго индикатора.

4. Массу карбоната натрия (m₁) по каждой навеске легко рассчитать по формуле m₁ = N·V₁·Э₁. В этом титровании карбонат-ион принимает один протон, следовательно, молярная масса эквивалента Э₁ численно равна молярной массе карбоната натрия.

5. Если после достижения первой точки эквивалентности израсходовано еще V₂ мл титранта, то для определения m₂ - массы гидрокарбоната в данной навеске - надо от V₂ отнять V₁. Дело в том, что во второй реакции участвует не только «исходный» гидрокарбонат, но и тот, в который превратился карбонат. Очевидно, на нейтрализацию этого «свежеполученного» гидрокарбоната пойдет такой же объем титранта, какой пошел на реакцию с карбонатом, т.е. V₁ мл. Следовательно, m₂ = N (V₂ - V₁) Э_2. Величина эквивалента Э₂ равна молярной массе гидрокарбоната натрия.

6. Результаты занесите в таблицу, аналогичную приведенной в предыдущей работе. Допускается ошибка, меньшая 10% отн.

Г. Раздельное определение соляной и борной кислот в смеси. Метод замещения

Заранее изучите теоретические основы предстоящей работы по учебникам и конспектам лекций. Обратите особое внимание на невозможность точного титрования очень слабых кислот (или оснований) и на расчет минимального значения К_а, при котором еще можно оттитровать кислоту с заданной точностью. Напишите уравнение реакции между борной кислотой и глицерином (многоатомным спиртом), в которой соотношение реагентов 1: 1, а также реакцию нейтрализации получающегося эфира как одноосновной кислоты (рК_а = 5).

1. Возьмите раствор, содержащий смесь кислот, количественно разбавьте его по указанию лаборанта, например, ровно в 10 раз. Отобрав из разбавленного раствора подходящие по объему аликвоты, разбавьте их водой и оттитруйте содержащуюся в смеси соляную кислоту раствором едкого натра с индикатором метиловым оранжевым. Точную концентрацию раствора едкого натра (примерно 0,1 н.) установите заранее по фиксанальному раствору НСl с тем же индикатором.

2. Введите по 3-5 мл нейтрализованного глицерина в пробы, оттитрованные с метиловым оранжевым, тщательно перемешайте, добавьте фенолфталеин и оттитруйте борноглицериновый эфир до появления розово-малиновой окраски.

3. Рассчитайте молярные концентрации НСl и Н₃ВО₃ в исходном растворе. Оформляя отчет, мотивируйте необходимость введения глицерина, укажите возможные его заменители, объясните, почему для титрования двух кислот использованы различные индикаторы. Подумайте, нельзя ли было раститровать предложенную смесь каким - либо иным способом (не по методу замещения).

Д. Определение содержания аммонийного азота в солях аммония

Теоретические основы этого определения изучите по учебнику [1, стр.308-311]. При анализе каких именно материалов проводится определение аммонийного азота? Почему ионы аммония (типичную катионную кислоту по Бренстеду) нельзя оттитровать щелочью непосредственно? Как можно было бы определить аммонийный азот по методу обратного титрования? Какая реакция замещения протекает при добавлении в исследуемый раствор формалина (раствор формальдегида в воде)?

Данное определение обычно выполняется как контрольная задача по методу замещения с взятием отдельных навесок. В предлагаемых для анализа шифрованных пробах содержание NH₄Cl от 10 до 100%, с учетом этого следует рассчитывать ориентировочную массу навески. Рекомендуется брать навески, отсыпая некоторую часть анализируемой смеси из взвешиваемой пробирки. Не путайте колбы!

1. В отдельной пробирке или стакане проверьте нейтральность используемого реактива - формалина, часто содержащего свободную муравьиную кислоту. Если реактив действительно содержит примесь кислоты, нейтрализуйте формалин по тому же индикатору, с каким будете вести определение. Для этого к произвольному объему формалина добавляют индикатор и по каплям добавляют раствор щелочи до изменения окраски индикатора. Избыток щелочи недопустим.

2. После взятия каждой навески и ее растворения в произвольном объеме воды добавьте к полученному раствору 5-10 мл нейтрализованного формалина, окраска индикатора (фенолфталеина) снова изменится и станет характерной для кислой среды. Следует выждать несколько минут (зачем?), а затем оттитровать образовавшуюся кислоту раствором щелочи.

3. Рассчитайте содержание хлорида аммония в пробе (по результатам каждого титрования отдельно). Удобно систематизировать все данные в виде таблицы.

В связи с тем, что на практике используются различные способы представления результатов данного анализа, дополнительно вычислите результаты анализа в пересчете на аммиак и на аммонийный азот, при этом одной молекуле NH₄Cl должна соответствовать одна молекула NH₃ или один атом азота.

4. Сдайте результат анализа лаборанту в виде доверительного интервала, рассчитанного с надежностью 0,95. Принимается результат в том случае, если относительная ошибка не превосходит 10% (желательно, чтобы она была менее 5% отн.), а относительное стандартное отклонение было бы не больше 0,05. Так, при истинном содержании NH₄Cl - 50% придется переделывать работу как в случае результата 59 - 61% - (большая систематическая ошибка), так и в случае результата 40 - 60% (большой разброс, низкая воспроизводимость, хотя в среднем вполне правильно).