Качественный анализ неизвестного вещества (стр. 5 из 6)
Рассчитаем объем титранта по закону эквивалентов:
(1)откуда
(2) 
Наличие иона Н+ в среде, где присутствует трилон В, приводит к протеканию следующих конкурирующих реакций:
Y4-+H+« HY3-,
= K4;HY3-+H+« H2Y2-,
= K3;H2Y2-+H+« H3Y-,
= K2;H3Y-+H+« H4Y,
= K1;где K1, K2, K3, K4 – константы ступенчатой диссоциации H4Y (K1=1,0.10-2, K2=2,1.10-3, K3=6,9.10-7, K4=5,5.10-11)[5].
Рассчитаем условную константу устойчивости, которая выражает прочность комплексов цинка с трилоном В:
(3) 
Рассчитаем коэффициенты конкурирующих реакций:
(4)Zn2+ участвует также в конкурирующих реакциях образования комплексных соединений с аммиаком NH3 в соответствии со следующими уравнениями реакций:
n2++NH3
Zn(NH3)2+,Zn2++2NH3
Zn(NH3)22+,Zn2++3NH3
Zn(NH3)32+,Zn2++4NH3
Zn(NH3)42+, 
(5)По данным литературного источника[5]
Подставив, выражения (4) и (5) в уравнение константы устойчивости (3) получим:
1) до начала титрования, в отсутствии конкурирующих реакций с участием цинка, концентрация ионов Zn2+ равна концентрации соли ZnCl2
ZnCl2 →Zn2++2Cl-
[Zn2+]=C
=0.05 моль/л2)до точки эквивалентности величина pZnопределяется концентрацией неоттитрованного иона цинка уравнение (а), так диссоциацией комплексоната, образующегося по уравнению(б) при избытке ионов цинка можно пренебречь.
а)Zn2++H2Y2-→ ZnY2-+2H+
б)ZnY2- ↔Zn2++Y4-.
дис. 
(6)Проведем расчет для точек
3) В точке эквивалентности расчет концентрации ионов Zn2+проводится с учетом уравнения реакции диссоциации комплекса:
ZnY2-↔Zn2++Y4-
Данное равновесие количественно описывается константой:
(7)[Zn2+] = [Y4-] = x,
[ZnY2-] = [ZnCl2],
, 
, 
,[Zn2+] = 1,8 ∙ 10-5
pZn= 4.7
4)после точки эквивалентности концентрация комплексоната металла остается постоянной
Концентрация ионов лиганда определяется избытком добавленного титранта:
(8) 
(9)откуда :
Для найденных значений [Zn2] и [Y4-] вычисляются значения pZn2+ и pY4- и строится кривая титрования в координатах pZn2+- Vтитранта. Проводится анализ кривой титрования, рассчитывается скачок титрования, выбирается индикатор.
В таблице 3 представлены данные расчета изменений концентрации ионов определяемого вещества и титранта в зависимости от объема добавляемого титранта (при условии что объем раствора в процессе титрования не изменяется).
Таблица 3-Изменение pZnпри титровании трилоном Б.
| Ŋ | VТ,мл | [Y4-] | pY4- | [Zn2] | pZn2+ |
| 0 | 0 | - | - | 0.05 | 1.3 |
| 0.1 | 20 | - | - | 0.025 | 1.6 |
| 0.2 | 40 | - | - | 0.02 | 1.7 |
| 0,4 | 80 | - | - | 0.015 | 1,8 |
| 0.8 | 160 | - | - | 0.005 | 2.3 |
| 0.9 | 180 | - | - | 0.0025 | 2.6 |
| 0.99 | 198 | - | - | 0.00025 | 3.6 |
| 0.999 | 199.8 | - | - | 0.000025 | 4.6 |
| 1 | 200 | - | - | 1.8.·10-5 | 4.7 |
| 1.001 | 200.2 | 5·10-5 | 4.3 | 3.125·10-6 | 5.5 |
| 1.01 | 202 | 5·10-4 | 3.3 | 3.12·10-7 | 6.5 |
| 1.05 | 210 | 2.5·10-3 | 2.6 | 6.2·10-8 | 7.2 |
| 1.1 | 220 | 5·10-3 | 2.3 | 3.1·10-8 | 7.5 |
| 1.2 | 240 | 0.01 | 2 | 1.5·10-8 | 7.8 |
| 1.8 | 360 | 0.04 | 1.4 | 3·10-9 | 8.4 |
| 2 | 400 | 0.05 | 1.3 | 3.12·10-9 | 8.5 |
Проанализируем полученную кривую. Как видно, в области точки эквивалентности происходит резкое изменение концентрации ионов цинка, которое можно отметить с помощью соответствующего индикатора. Скачок титрования составляет pZn2+=6.5-3,6=2,9, то есть величину достаточную для фиксирования точки эквивалентности. На основании этого можно сделать вывод о возможности комплексонометрического определения цинка в области заданных концентраций.
Индикаторами в комплексонометрии являются металлоидикаторы , образующие с ионами металлов интенсивно окрашенные соединения, константы устойчивости которых, однако, ниже чем константы бесцветных комплексов трилона Б с ионами металлов [3].
Подбор индикатора осуществляется в соответствии с условиями титрования, описанными в справочнике Лурье [5]. Сопоставив условия титрования, представленные в задаче, с данными из справочника [5], приходим к заключению что, в данном случае индикатором является 0,1% водный раствор кислотный хром синий К, обеспечивающий переход окраски из розовой в серо-голубую.
2.4 Определение анионного состава сточных вод
В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са2+, Мg2+, Nа+, К+ и анионами НСO3-, Сl- , SO42-. Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами; они не определяют химический тип воды.
По преобладающему аниону воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Воды каждого класса делятся, в свою очередь, по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую.
В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это газы, которые диффундируют в воды из атмосферы воздуха, такие как кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентрализованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сероводород, радиоактивный газ радон, а также инертные и другие газы.
Существует несколько методов определения анионного состава воды.
Метод комплексонометрического титрования[3]
Определение многих анионов основано на осаждении их малорастворимых соединений титрованным раствором какого-либо катиона, избыток которого затем оттитровывается ЭДТА. Сульфат по этой методике осаждают в виде BaSO4 хлоридом бария и последующим комплексонометрическим титрованием избытка ионов Ba2+ по специальной методике. Фосфат осаждают в виде MgNH4PO4 и оставшееся в растворе количество магния определяют комплексонометрически.
Хроматография[8]
Ионная хроматография – метод качественного и количественного определения ионов в растворах. Он позволяет определять неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие органические соединения в ионной форме. Во всем мире ионная хроматография используется чаще других методов, обеспечивая выявление множества компонентов в любой воде. Для проведения анализов используются ионные хроматографы. Основным элементом любого хроматографа является разделяющая аналитическая колонка. Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат, методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным во всем мире. Кроме ионохроматографических колонок для определения основных не органических анионов разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки, наряду со стандартными анионами они выявляют и оксианионы такие как оксихалиды: хлорит, хлорат, бромат и др.