Chemia analityczna

CHEMIA ANALITYCZNA
I.
Reakcje kwas-zasada
- Alkacymetria
II.
Reakcje utleniania-redukcji
- Redoksymetria
III.
Reakcje kompleksowania
- Kompleksometria
IV.
Reakcje strącania osadów
- Argentometria
- Analiza wagowa
ALKACYMETRIA
1. Przygotowanie mianowanego 0,1 M roztworu HCl i 0,1 M roztworu NaOH.
Ile ml 38% (wag.) r-ru HCl o gęst. 1,18 g/ml potrzeba do przygotowania 0,5 litra 0,1 M
roztworu kwasu ?
Obliczoną objętość stężonego HCl odmierzamy menzurką i przenosimy do kolby
miarowej na 500 ml, uzupełniamy objętość kolby wodą destylowaną do kreski. Zawartość
kolby wymieszać. Napełnić biuretę przygotowanym kwasem.
Rozpuścić w wodzie
destylowanej naważkę ~ 0,15g (ale odważonego 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”. Można
też odważyć ~ 0,5 – 0,8 grama bezwodnego węglanu sodu ( z dokładnością 0,1 mg na
wadze analitycznej ), rozpuścić w kolbce miarowej na 100 ml i pobierać do miareczkowania
roztwór węglanu pipetą ( a` 10 ml ).
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
Ile ml r-ru NaOH o stężeniu 0,5 g/ml potrzeba do przygotowania 0,5 litra 0,1 M roztworu
zasady ?
Obliczoną objętość stężonego NaOH odmierzyć menzurką i przenieść do kolby miarowej na
500 ml, uzupełnić objętość kolby wodą destylowaną do kreski. Zawartość kolby wymieszać.
1
Napełnić biuretę przygotowaną zasadą. Do kolbki stożkowej odmierzyć pipetą 10 ml
zmianowanego roztworu HCl, dodać 2-3 krople oranżu metylowego (r-r jest czerwony) i
miareczkować roztworem zasady do pojawienia się barwy żółtej. Można zastosować
fenoloftaleinę (roztwór będzie bezbarwny), a w PK miareczkowania pojawi się
amarantowe zabarwienie roztworu.
Podczas miareczkowania zachodzi reakcja:
HCl + NaOH = NaCl + H20
Oblicz stężenie molowe zasady.
Załóżmy, że na zmiareczkowanie 10 ml 0,1055M kwasu zużyto ( średnio) 10,8 ml
wodorotlenku sodu . Oblicz cm zasady.
1 mol HCl ---------- 1 mol NaOH
1000 ml roztworu ----------- 0,1055 mola HCl
10 ml
----------x moli
 x = 0,001055 mola HCl przereagowało z
0,001055 molami NaOH
10,8 ml r–ru NaOH --------- 0,0010055 mola
1000 ml
-------------------- x moli NaOH
0,0977 mol/l
 0,0977 moli NaOH
 cm =
2. Oznaczenia alkacymetryczne
( a ) Oznaczanie kwasu octowego ( słaby kwas )
Otrzymaną w kolbce miarowej analizę uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Z tak
przygotowanego roztworu pobrać pipetą 10 ml do kolby stożkowej, rozcieńczyć, dodać 2-3
krople fenoloftaleiny i miareczkować mianowanym roztworem NaOH do pojawienia się
trwałego różowego zabarwienia. W czasie miareczkowania zachodzi reakcja:
CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O
Zawartość kwasu obliczamy wg wzoru: m = vNaOH  cNaOH  0,060  W( współmierność kolby z
pipetą )
( b ) Współoznaczanie NaOH i Na2CO3 metodą Wardera ( mieszanina 2 zasad o różnej
mocy )
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
2
całkowitego odbarwienia. Podczas tego etapu zachodzą następujące reakcje chemiczne:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
OH- + H+ = H2O
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl
CO32- + H+ = HCO3Następnie dodaje się oranżu metylowego i miareczkuje się kwasem do pierwszej zmiany
barwy wskaźnika. Podczas drugiego etapu zachodzi reakcja:
NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O
HCO3- + H+ = CO2 + H2O
( H2CO3 )
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 a`100 ml 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 mianowanym 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/cebulkowe) (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
[mmol/ml]; 0,0400 – masa molimola NaOH [g/mmol]; 0,053 – masa ½ milimola Na2CO3 ; 10
– współmierność kolby miarowej z pipetą.
REDOKSYMETRIA
3. Manganometryczne oznaczanie wapnia.
Zasada oznaczania wapnia polega na wytrąceniu jonów wapnia szczawianem amonu w
postaci szczawianu wapnia:
Ca2+ + C2O42- =  Ca C2O4
następnie po odsączeniu i przemyciu osad rozpuszcza się w kwasie siarkowym:
Ca C2O4 + H2SO4 = H2 C2O4 + CaSO4
3
i wydzielony kwas szczawiowy ( w ilości równoważnej do ilości wapnia ) miareczkuje się
mianowanym roztworem nadmanganianu potasu:
5 H2 C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = 2 MnSO4 + 10 CO2 + K2SO4 + 8 H2O
Sposób wykonania:
Po rozcieńczeniu badanego roztworu dodać 5 ml HCl (1:1), 3 krople oranżu metylowego i 50
ml gorącego roztworu szczawianu amonu. Roztwór ogrzać prawie do wrzenia i mieszając
dodawać powoli roztwór amoniaku ( 1:2 ) do zmiany zabarwienia wskaźnika na żółte.
Pozostawić roztwór z osadem na ok. 1 godz., po czym osad odsączyć i przemywać wodą z
dodatkiem amoniaku ( 3-4 razy) w celu odmycia jonów chlorkowych i wolnych jonów
szczawianowych.
Do zlewki wlać 100 ml 1M kwasu siarkowego, sączek z czystym osadem Ca C2O4 przylepić
do ścianki zlewki, spłukać osad silnym strumieniem wody destylowanej z tryskawki,
ogrzewać lekko do rozpuszczenia osadu i miareczkować mianowanym roztworem ( c1/5 =
0,1N ) KMnO4 do pojawienia się różowego zabarwienia roztworu. Następnie, sączek
zanurzyć w roztworze i szybko dokończyć miareczkowanie ( do uzyskania trwałego lekko
różowego zabarwienia ).
Zawartość wapnia obliczamy ze wzoru:
m = vnadmanganian  c(1/5)  0,02004
4. Bromianometryczne oznaczanie fenolu.
Jeżeli do zakwaszonego roztworu fenolu zawierającego jony bromkowe wprowadzi
się bromian potasowy w nadmiarze w stosunku do fenolu,
obec ł wytworzony w
równoważnej ilości do bromianu wolny brom [ BrO3- + 5 Br- + 6 H+ = 3 Br2 + 3 H2O ]
– bromuje fenol zgodnie z równaniem:
C6H5OH + 3 Br2 =  C6H2Br3OH + 3 HBr
Po dodaniu do roztworu
jodku potasowego, nie zużyty w reakcji bromowania
powoduje wydzielenie równoważnej ilości jodu:
brom
2 I- + Br2 = 2 Br- + I2
Wydzielony jod odmiareczkowuje się mianowanym roztworem
obec łowego sodu:
I2 + 2 S2O32- = 2 I- + S4O6 2Sposób wykonania:
Badany roztwór uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Odmierzyć pipetą 10 ml tego
roztworu do kolbki stożkowej i rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 50ml.
Dodać dokładnie / pipeta / 25 ml 0,1 N roztworu bromianu potasu, 5 ml roztworu
bromku potasu i 15 ml 2 molowego HCl.
Zamknąć naczynie, zamieszać zawartość i odstawić na 10 min w ciemne miejsce. Następnie
dodać 10 ml roztworu 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.
4
Oznaczoną pośrednio zawartość fenolu (w gramach) obliczyć wg wzoru:
m = ( 25  0,1 - v  c ) 0,01567  10
v – obec ło roztworu tiosiarczanu [ml]; c – stężenie normalne roztworu tiosiarczanu;
0,01567 – masa 1/6 milimola fenolu [g/mmol]
KOMPLEKSOMETRIA
5. A. Przygotowanie z naważki 0,01 M roztworu EDTA.
B. Współoznaczanie wapnia i magnezu.
Metoda polega na przeprowadzeniu 2 miareczkowań mianowanym roztworem EDTA.
Pierwsze miareczkowanie przeprowadza się w środowisku buforu amoniakalnego /pH=10/ wobec
czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Objętość zużytego titranta odpowiada sumie zawartości
wapnia i magnezu. Drugie miareczkowanie przeprowadza się w środowisku silnie zasadowym
/pH=12-13/ wobec mureksydu. Objętość użytego titranta zależy od ilości wapnia.
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 fiołkowego na
niebieskie.
 w tym miareczkowaniu zużyto v1 ml mianowanego roztworu EDTA (  Ca2+ i Mg2+ )
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 tym miareczkowaniu zużyto v2 ml mianowanego roztworu EDTA
W celu poprawnego uchwycenia punktu końcowego miareczkowania należy przeprowadzić
miareczkowanie wobec „ świadka”.
Zatem:
na odmiareczkowanie w próbce jonów Ca2+ zużywa się v2 ml EDTA
a na odmiareczkowanie jonów Mg2+ zużywa się ( v1 - v2 ) ml EDTA
Zawartość jonów wapnia i magnezu obliczamy ze wzorów:
mCa = v2  cEDTA  0,04008  10
mMg = ( v1 - v2 )  cEDTA  0,0243  10
Obliczanie twardości ogólnej: twog = v1  cEDTA  56,08 ( o d )
o
d = stopnie niemieckie
6. Pośrednie oznaczanie siarczanów
5
Oznaczanie siarczanów jest przykładem kompleksometrycznego oznaczania anionów
metodą pośrednią. Siarczany wytrąca się mianowanym roztworem chlorku baru. Po
odsączeniu osadu BaSO4 w przesączu oznacza się nadmiar jonów barowych, poprzez
wprowadzenie określonej ilości mianowanego roztworu EDTA i odmiareczkowanie jego
nadmiaru za pomocą mianowanego roztworu soli magnezu wobec czerni eriochromowejT.
Sposób wykonania:
Do otrzymanego roztworu siarczanów dodać kwasu solnego, ogrzać do wrzenia i dodać pipetą
30ml 0,1M BaCl2. Po ok. 45 min. Przesączyć i przemyć wytrącony osad, zbierając przesącz
do kolbki miarowej a` 100 ml. Po ostudzeniu przesączu uzupełnić zawartość kolbki do kreski
i wymieszać. Z tak przygotowanego roztworu pobrać do kolbki stożkowej / pipetą / 10 ml,
dodać ok. 50 ml wody destylowanej, 10 ml / pipetą / 0,05M EDTA oraz 5ml buforu
amoniakalnego / menzurka / i szczyptę czerni eriochromowej. Miareczkować próbkę 0,01M
roztworem soli magnezu do zmiany zabarwienia z niebieskiej na fioletowe.
Podczas oznaczania zachodzą następujące reakcje:
SO42- + Ba2+ ( nadmiar ) =  BaSO4 / Ba2+
przesącz 
Ba2+ + EDTA ( nadmiar ) = Ba-EDTA /
EDTA
EDTA + Mg2+
=
Mg-EDTA
Oznaczoną ilość siarczanów obliczamy ze wzoru:m = [vchlorek baru  cchlorek baru - 10(vEDTA 
cEDTA - vchlorek magnezu  cchlorek magnezu )]  0.096
ANALIZA WAGOWA
7. Oznaczanie żelaza w postaci Fe2O3.
Metoda polega na wytrąceniu z kwaśnego roztworu jonów żelaza(III) roztworem
amoniaku
w postaci trudno rozpuszczalnego wodorotlenku żelazowego Fe(OH)3,
odsączeniu osadu a następnie wyprażeniu osadu do Fe2O3 :
Fe3+ + 3OH- =
Fe(OH)3 
2Fe(OH)3
=
Fe2O3 + 3H2O
Wodorotlenek żelazowy jest osadem koloidalnym o charakterze liofilowym. Z tego względu
strąca się go na gorąco w obecności soli amonowych. Zastosowanie roztworu soli amonowej
6
(azotanu amonu) do przemywania zapobiegnie ewentualnej peptyzacji osadu. Po przesączeniu
i przemyciu osad należy wyprażyć w temperaturze ok.900 oC.
Sposób wykonania:
Badany roztwór zakwasić 5 ml roztworu kwasu solnego (1+1), rozcieńczyć w zlewce do
ok. 100 ml i ogrzać do temp. ok. 80 oC. Mieszając powoli szklaną bagietką dodawać po
kropli roztwór amoniaku (1+1). Po wytrąceniu osadu roztwór powinien mieć słaby zapach
amoniaku. Roztwór wraz z osadem pozostawić na 5 minut, po czym odsączyć przez miękki
sączek. Osad na sączku przemyć dwukrotnie 1%-owym roztworem azotanu amonu. Sączek
wraz z osadem umieścić w porcelanowym tyglu ( o znanej masie ) i wysuszyć w suszarce.
Następnie sączek spalić ( w możliwie niskiej temp. ) i prażyć tygiel z osadem przez ok. 20
minut. Następnie tygiel umieścić w eksykatorze i po ostygnięciu zważyć. Powtórzyć prażenie
(ok. 10 min.) do osiągnięcia stałejmasy. Ustalić masę otrzymanego osadu Fe2O3 /ms/.
Obliczyć zawartość Fe(III) w analizowanym roztworze wg wzoru: mFe = ms  0,6994
0,6994 - mnożnik analityczny do przeliczenia masy Fe2O3 na Fe
ARGENTOMETRIA
8. Oznaczanie chlorków.
( a ) Metoda 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- = Ag2CrO4 
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 pojawienia się osadu o brunatnej barwie.
Zawartość chlorków obliczyć ze wzoru:
m = v  c  0,03546  10
v - objętość roztworu AgNO3 [ ml ] ; c - stężenie roztworu AgNO3 [mmol/ml ]
( b ) Metoda Volharda.
7
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 czerwonobrunatnego
zabarwienia roztworu przez powstający kompleks. 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]
8
Zagadnienia
ALKACYMETRIA
Prawo działania mas. Stała równowagi reakcji chemicznej.
Stała dysocjacji, stopień dysocjacji, zależności między nimi.
Teoria Brönsteda, para sprzężona kwas-zasada. Podział kwasów i zasad ze względu na moc,
postać.
W jaki sposób określa się moc kwasów i zasad. Wpływ rozpuszczalnika-efekt wyrównujący i
różnicujący moc.
Reakcje kwas-zasada. Krzywe miareczkowania.
Roztwory buforowe – pH, zasada działania, pojemność buforowa.
Wskaźniki alkacymetryczne - podział, zasada działania.
Mianowanie roztworów kwasów i zasad.
Oznaczenia wg planu ćwiczeń.
REDOKSYMETRIA
Kiedy mamy do czynienia z reakcją redox.
Sprzężona para redox.
Co jest utleniaczem co reduktorem. Przykłady.
Bilans elektronowy reakcji redox.
Amfotery redox. Przykłady z odpowiednimi reakcjami.
Wzór Nernsta.
Wpływ pH oraz reakcji kompleksowania i strącania osadów na potencjał.
Elektroda wodorowa. Szereg napięciowy metali.
Krzywa miareczkowania, wskaźniki.
Mianowanie roztworów nadmanganianu potasu i tiosiarczanu sodu.
Oznaczenia wg planu ćwiczeń.
KOMPLEKSOMETRIA
Teoria kompleksów Wernera.
Budowa związku kompleksowego.
Wiązanie koordynacyjne. Liczba koordynacyjna.
Rodzaje kompleksów. Podstawa podziału.Przyklady.
Stała i warunkowa stała trwałości kompleksu.
EDTA – wzór strukturalny, atomy ligandowe, stechiometria reakcji.
Wskaźniki kompleksometryczne – podział, zasada działania.
Sposoby miareczkowania z użyciem EDTA.
Twardość wody – rodzaje, przyczyna, sposoby jej wyrażania.
Oznaczenia wg planu ćwiczeń.
REAKCJE STRĄCANIA OSADÓW
Iloczyn rozpuszczalności – termodynamiczny, stężeniowy. Rozpuszczalność.
Efekt solny i efekt wspólnego jonu.
Rodzaje osadów w analizie chemicznej.
9
Strącanie z roztworów jednorodnych.
Współstrącanie.
Krzywa miareczkowania w argentometrii. Wskaźniki.
Mianowanie roztworu azotanu srebra i rodanku amonu.
Oznaczenia wg planu ćwiczeń.
10