Laboratorium Chemii Analitycznej (bud. A1, pok. 523, 523x)

Laboratorium Chemii Analitycznej (bud. A1, pok. 523, 523x)

INŻYNIERIA PROCESÓW CHEMICZNYCH
PLAN ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
z
CHEMII ANALITYCZNEJ
1. Alkacymetria
Mianowanie roztworu kwasu solnego
Współoznaczanie NaOH i Na2CO 3 metodą Wardera
2. Redoksymetria
Manganometryczne oznaczanie wapnia
Bromianometryczne oznaczanie fenolu
3. Kompleksometria
Współoznaczanie wapnia i magnezu i obliczanie twardości wody
4. Analiza miareczkowa strąceniowa - argentometria
Oznaczanie chlorków metodą Mohra i Volharda
Ćwiczenia
laboratoryjne
rozpoczynają
się
zawsze
sprawdzeniem
wiadomości z teorii związanej z wykonywanym na zajęciach ćwiczeniem.
Zagadnienia teoretyczne
1. Alkacymetria
-
reakcje kwas-zasada
Prawo zachowania masy i prawo działania mas.
Stała równowagi reakcji.
Stała dysocjacji, stopień dysocjacji, ich wzajemne powiązanie, zależności.
Teoria Bronsteda, sprzężona para kwas-zasada.
Kwasy (zasady) – cząsteczki obojętne, jony, amfotery kwasowo-zasadowe.
W jaki sposób określa się moc kwasów i zasad ?
Efekt wyrównujący wody.
Wskaźniki alkacymetryczne.
Roztwory buforowe (pH buforu, pojemność buforowa).
Zasada współoznaczania NaOH i Na2CO3 - reakcje biegnące w czasie tych oznaczeń.
2. Redoksymetria
-
reakcje utleniania-redukcji
Kiedy mamy do czynienia z reakcją red-oks?
Sprzężona para utleniacz-reduktor.
Co jest utleniaczem bądź reduktorem? Przykłady.
Amfotery red-oks.
Wzór Nernsta.
Elektroda wodorowa.
Szereg elektrochemiczny metali.
Bilans elektronowy reakcji red-oks.
Wpływ pH na potencjał reakcji red-oks.
Znajomość reakcji przebiegających w roztworze podczas redoksymetrycznego oznaczania
Ca2+ i fenolu.
3. Kompleksometria
-
reakcje kompleksowania
Teoria kompleksów Wernera.
Stała trwałości i nietrwałości kompleksów.
Rodzaje kompleksów.
Kompleksony EDTA.
Wskaźniki w kompleksometrii.
Twardość wody, rodzaje twardości wody, sposoby wyrażania twardości wody, usuwanie
twardości wody, oznaczanie twardości wody.
Oznaczanie wapnia i magnezu za pomocą miareczkowania kompleksometrycznego.
4. Argentometria
-
reakcje strącania osadów
Iloczyn rozpuszczalności.
Efekt wspólnego jonu.
Efekt solny.
Oznaczanie chlorków metodą Mohra i Volharda (kiedy stosuje się każdą z tych metod).
..........................................................................................
Literatura:
J. Minczewski, Z. Marczenko - CHEMIA ANALITYCZNA, tom I i II
A. Cygański - CHEMICZNE METODY ANALIZY ILOŚCIOWEJ
Ćwiczenie
1.
Przygotowanie mianowanego roztworu kwasu solnego
a) przygotowanie ok. 0,1 M HCl
Ile ml 38% (wag.) r-ru HCl o gęst. 1,18 g/ml potrzeba do przygotowania 1,0 litra 0,1 M roztworu
kwasu ? ( proszę obliczenia wpisać do zeszytu )
Obliczoną objętość stężonego HCl odmierzamy menzurką i przenosimy do kolby miarowej
na 1000 ml, uzupełniamy objętość kolby wodą destylowaną do kreski.
Zawartość kolby wymieszać.
b) mianowanie przygotowanego roztworu HCl
Napełnić biuretę przygotowanym roztworem kwasu. Rozpuścić ( kolbka stożkowa )
w wodzie destylowanej naważkę (odważonego w naczyńku wagowym z dokładnością 0,1
mg na wadze analitycznej) bezwodnego węglanu sodu, dodać 2-3 krople oranżu
metylowego ( r-r jest żółty ) i miareczkować roztworem kwasu do pojawienia się barwy
„cebulkowej”( pomarańczowej ).
Podczas miareczkowania zachodzi reakcja:
Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO2 + H20
Oblicz stężenie molowe kwasu.
Załóżmy, że na zmiareczkowanie naważki 0,1521 g węglanu sodu zużyto (średnio) 27,2 ml kwasu solnego.
Oblicz cm kwasu.
106 gramów Na2CO3 ------- 1 mol
0,1521 g ---------------------- x moli ⇒ x = 0,001435 mola Na2CO3
1 mol Na2CO3 -------------- 2 mole HCl
0,001435 mola ------------ x moli HCl ⇒ x = 0,00287 mola HCl
27,2 ml r –ru HCl --------- 0,00287 mola
1000 ml -------------------- x moli ⇒ 0,1055 moli ⇒ cm = 0,1055 mol/l
Ćwiczenie
2.
Współoznaczanie NaOH i Na2CO3 metodą Wardera
W metodzie oznaczania obok siebie wodorotlenku i węglanu sodowego wykorzystuje
się dwa wskaźniki pH, których zakres zmian barwy występuje przy różnych wartościach pH.
Najpierw badany roztwór miareczkuje się kwasem solnym wobec fenoloftaleiny, aż do
całkowitego odbarwienia. Podczas tego etapu zachodzą następujące reakcje chemiczne:
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Na2CO3 + HCl → NaHCO3 + NaCl
Następnie dodaje się oranżu metylowego i miareczkuje się kwasem do pierwszej zmiany
barwy wskaźnika. Podczas drugiego etapu zachodzi reakcja:
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O
Jeżeli na pierwsze miareczkowanie (wobec fenoloftaleiny) zużywa się a ml kwasu, a na
drugie miareczkowanie (wobec oranżu) b ml kwasu, to zawartości Na2CO3 odpowiada 2b ml
kwasu, a zawartości NaOH odpowiada (a-b) ml kwasu solnego.
Sposób wykonania:
Otrzymany w kolbce miarowej roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Z
tego roztworu pobrać pipetą 10 ml i próbkę rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 50 ml.
Dodać 3-4 krople fenoloftaleiny i miareczkować zmianowanym wcześniej roztworem kwasu
solnego do odbarwienia się roztworu (a ml). Następnie dodać 1-2 krople oranżu metylowego,
uzupełnić biuretę kwasem (do zera) i kontynuować miareczkowanie do pierwszej zmiany
zabarwienia wskaźnika (z żółtego na pomarańczowe) (b ml).
Zawartość oznaczanych substancji obliczyć ze wzorów:
mNaOH = (a-b) × cHCl × 0,0400 × 10
mNa2CO3 = 2b × cHCl × 0,0530 × 10
a, b – objętości zużytego podczas miareczkowania kwasu solnego[ ml ];
c – stężenie kwasu [ mol/dm3 = mmol/ml];
0,0400 – masa molimola NaOH [g/mmol];
0,053 – masa ½ milimola Na2CO3 [g/mmol];
Ćwiczenie 3. Oznaczanie wapnia metodą pośrednią manganometryczną
W celu pośredniego manganometrycznego oznaczania wapnia strąca się jony
wapniowe w postaci szczawianu, odsącza i przemywa osad. Szczawian wapnia rozpuszcza się
w kwasie siarkowym i odmiareczkowuje mianowanym roztworem nadmanganianu. Reakcje
biegnące w czasie oznaczania.:
Ca2+ + C 2O42- → CaC 2O4 ↓
CaC 2O4 + H2SO4 → H2C 2O4 + CaSO4
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 +8H2O
Sposób wykonania:
Do wydanej w zlewce analizy, zawierającej oznaczane jony Ca2+, dodać cylindrem
miarowym ok. 100 ml wody destylowanej, wymieszać całość bagietką, następnie dodać
cylindrem miarowym 5 ml roztworu HCl (1:1), 3 krople oranżu metylowego i 50 ml
nasyconego roztworu szczawianu amonowego. Roztwór ogrzać do temp. ok. 80o C i
mieszając dodawać powoli roztwór amoniaku (1:2) do zmiany zabarwienia wskaźnika na
żółte.
Pozostawić roztwór z wytrąconym CaC2O4 na 1/2 godz. w celu otrzymania
grubokrystalicznego osadu, po czym osad odsączyć na sączku z bibuły. W celu odmycia
jonów chlorkowych i wolnych jonów szczawianowych przemywać osad 3 - 4 porcjami wody
z małym dodatkiem amoniaku.
Do zlewki wlać 100 ml 1 M roztworu H2SO4, sączek wraz z przemytym osadem
CaC2O4 przylepić do ścianki zlewki. Osad spłukać wodą destylowaną z tryskawki, roztwór
ogrzać do temp. 70oC i. miareczkować 0,1 N ( c m1/5 ) roztworem KMnO4 do trwałego, lekko
różowego zabarwienia. Następnie sączek wrzucić do roztworu i ponownie dodawać titranta
do uzyskania lekko różowego zabarwienia.
Oznaczoną zawartość wapnia w mg obliczyć wg wzoru:
mCa2+ = VKMnO4 x CKMnO4 x 0,02004
0,02004 - masa ½ milimola Ca2+ [g/mmol];
Ćwiczenie 4.
Oznaczanie fenolu
Jeżeli do zakwaszonego roztworu fenolu zawierającego jony bromkowe wprowadzi
się bromian potasowy w nadmiarze w stosunku do fenolu, wówczas wytworzy się, w
równoważnej ilości do bromianu wolny brom:
BrO3- + 5 Br- + 6 H+ = 3 Br2 + 3 H2O,
który bromuje fenol zgodnie z równaniem:
C 6H5OH + 3 Br2 = ↓ C6H2Br3OH + 3 HBr
Po dodaniu do roztworu jodku potasowego, nie zużyty w reakcji bromowania brom powoduje
wydzielenie równoważnej ilości jodu:
2 I- + Br2 = 2 Br- + I2
Wydzielony jod odmiareczkowuje się mianowanym roztworem tiosiarcznu sodu:
I2 + 2 S2O32- = 2 I- + S4O6 2Sposób wykonania:
Badany roztwór uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Odmierzyć pipetą 10 ml tego
roztworu do erlenmayerki i rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 50ml.
Dodać dokładnie ( pipeta ) 25 ml 0,1 N roztworu bromianu potasu, ok. 0,5 g bromku
potasu i 15 ml 2- molowego HCl.
Zamknąć naczynie, zamieszać zawartość i odstawić na 10 min w ciemne miejsce. Następnie
dodać ok. 2 g jodku potasu, zamieszać i odmiareczkować wydzielony jod mianowanym
roztworem tiosiarczanu sodu. Kiedy roztwór będzie jasnożółty dodać kilka kropli skrobi i
kontynuować miareczkowanie do odbarwienia roztworu.
Oznaczoną pośrednio zawartość fenolu(w gramach) obliczyć wg wzoru:
mfenol = [ 25 × 0,1 - v × c ] × 0,01567 × 10
v - objętość roztworu tiosiarczanu [ml];
c - stężenie roztworu tiosiarczanu;
0,01567 – masa 1/6 milimola fenolu [g/mmol]
Ćwiczenie 5.
Kompleksometryczne współoznaczanie wapnia i magnezu
oraz określenie twardości wody
Metoda polega na przeprowadzeniu dwóch miareczkowań mianowanym roztworem EDTA.
Pierwsze miareczkowanie przeprowadza się w środowisku buforu amoniakalnego /pH=10/ wobec
czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Objętość titranta odpowiada sumie zawartości wapnia
i magnezu. Drugie miareczkowanie przeprowadza się w środowisku zasadowym /pH=12-13/ wobec
mureksydu. Objętość użytego titranta zależy od ilości wapnia. Ilość magnezu obecnego w próbce
oblicza się z różnicy między tymi objętościami.
Sposób wykonania:
Otrzymany w kolbce miarowej roztwór dopełnić wodą destylowaną do kreski. Pobrać pipetą
10 ml badanego roztworu, dodać 5 ml buforu amonowego i szczyptę czerni eriochromowej T.
Próbkę miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia roztworu z różowofiołkowego na
niebieskie. Do takiej samej objętości badanego roztworu dodać 10 ml 1 molowego roztworu
wodorotlenku sodu i szczyptę mureksydu, miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia
z różowego na fioletowe. W celu prawidłowego uchwycenia punktu końcowego miareczkowania
należy przeprowadzić miareczkowanie wobec „ świadka”.
Ilości oznaczanych jonów obliczyć ze wzorów:
mca = v2 × cEDTA × 0,04008 × 10
mMg = (v1 - v2 ) × cEDTA × 0,02432 × 10
v1 - objętość EDTA użyta podczas miareczkowania wobec czerni eriochromowej T[ml];
v2 - objętość EDTA użyta podczas miareczkowania wobec mureksydu [ml];
cEDTA - stężenie EDTA [mmol/ml];
0,040008 – masa milimola Ca2+ +[g/mmol];
0,02432 – masa molimola Mg2+[g/mmol]
Obliczanie twardości wody
Twardością wody nazywa się właściwości wody wynikające z obecności w wodzie jonów
wapnia i magnezu oraz innych jonów metali wielowartościowych, np. żelaza, glinu, cynku.
Twardość wody określa się w stopniach twardości lub w milirównoważnikach tlenków wapnia
i magnezu, zawartych w 1 l wody. W Polsce najszerzej stosowane są niemieckie stopnie twardości
wody No. Jeden niemiecki stopień twardości wody odpowiada zawartości 10 mg CaO lub
równoważnej ilości, tj. 7,19 mg MgO, w 1 l wody. Dla analizowanej próbki wody twardość
w niemieckich stopniach twardości obliczyć wg wzoru:
No = v1 × cEDTA × 56,08/10 × 10
v1 - objętość EDTA użyta podczas miareczkowania wobec czerni eriochromowej T [ml];
Ćwiczenie 6.
Oznaczanie chlorków
I. Oznaczanie chlorków metodą Mohra.
Metoda polega na bezpośrednim miareczkowaniu obojętnego roztworu zawierającego
chlorki mianowanym roztworem AgNO3 w obecności jonów chromianowych. Azotan srebra
strąca trudno rozpuszczalny osad chlorku srebra:
Ag+ + Cl- → AgCl ↓
Na końcu miareczkowania, gdy stężenie jonów Ag+ w roztworze stanie się odpowiednio duże,
zaczyna się strącać brunatnoczerwony osad chromianu srebra i pojawia się brunatne
zabarwienie wskazujące na koniec miareczkowania:
2 Ag+ + CrO42- → Ag 2CrO4 ↓
Sposób wykonania:
Otrzymany w kolbce miarowej
roztwór
rozcieńczyć
wodą
destylowaną
do
kreski.10 ml badanego roztworu (odczyn obojętny) rozcieńczyć wodą destylowaną do
ok.70 ml. Dodać 1 ml 5 %-owego roztworu K2CrO4 i miareczkować 0,05 M roztworem
AgNO3, dobrze mieszając, do wystąpienia zawiesiny o trwałej czerwonobrunatnej barwie.
Zawartość chlorków obliczyć ze wzoru:
mCl = v × c × 0,03546 × 10
v - objętość roztworu AgNO3 [ ml ] ;
c - stężenie roztworu AgNO3 [mmol/ml ]
0,03546 - masa milimola Cl- [ g/mmol ]
II. Oznaczanie chlorków metodą Volharda
Metoda polega na pośrednim oznaczaniu chlorków w środowisku rozcieńczonego
kwasu azotowego. W badanym roztworze strąca się chlorki w postaci AgCl przez dodanie
nadmiaru mianowanego roztworu AgNO3 :
Ag+ + Cl- = AgCl ↓ .
Nie związane jony srebra odmiareczkowuje się mianowanym roztworem rodanku potasu (lub
amonu) :
Ag + + SCN- → AgSCN ↓ .
Wskaźnikiem punktu końcowego miareczkowania są jony Fe3+, które po strąceniu całej ilości
srebra tworzą z rodankami czerwony kompleks:
Fe3+ + SCN- → Fe(SCN)2+
Sposób wykonania:
Otrzymany w kolbce miarowej roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Do
10 ml badanego roztworu dodać 5 ml HNO3 (1:1), rozcieńczyć wodą do objętości ok. 70 ml
i dodać 15 ml 0,05 M roztworu AgNO3. Następnie dodać 1 ml 10 %-owego roztwory ałunu
żelazowo-amonowego i mieszać zawartość kolby przez ok. 1 min. Nadmiar jonów srebra
miareczkować 0,05 M roztworem KSCN do wystąpienia trwałego czerwonego zabarwienia
roztworu. Zawartość chlorków obliczyć ze wzoru:
m = ( v × c - v1 × c1 ) × 0,03546 ×10
v - objętość roztworu AgNO3 [ ml ];
v1 - objętość roztworu KSCN [ml] ;
c - stężenie roztworu AgNO3 [ mmol/ml ] ;
c1 - stężenie roztworu KSCN [mmol/ml ] ;
0,03546 - masa milimola Cl- [ g/mmol ]