Основи аналітичної хімії (стр. 22 из 26)
Сильні кислоти
(а також солі слабких основ і сильних кислот, наприклад, AlCl3 . Визначення базується на реакції
KJO3 + 5KJ + 6HCl = 6KCl + 3J2 + 3H2O , причому KJ та KJO3 вводять у суміш у надмірі.
Ця реакція проходить тільки в присутності вільної кислоти в розчині. Кількість йоду, що виділився за реакцією, еквівалентна кількості кислоти, яка присутня в розчині. Відтитрувавши йод розчином тіосульфату, можна розрахувати кількість кислоти в розчинi.
Робочі розчини йодометрії
Для йодометричного визначення відновників застосовують робочий розчин йоду в розчині йодиду калію. Присутність йодиду калію в розчині необхідна для підвищення розчинності йоду за рахунок утворення КІ3, при цьому зменшується леткість йоду. Розчин з точно відомою концентрацією готують за наважкою, взятою на аналітичних терезах (йод відповідає всім вимогам для вихідних речовин).
Для титрування окисників і кислот застосовують робочий розчин тіосульфату натрію. Його готують з кристалогідрату Na2S2O3 . 5H2O. Приготувати розчин точної концентрації за наважкою в даному випадку неможливо, тому що кристалогідрат не відповідає вимогам, що ставляться до вихідних речовиню Крім того, щойновиготовлені розчини змінюють свою концентрацію внаслідок окиснення киснем повітря і розкладу під дією вуглекислого газу, тіобактерій та світла. Тому наважку тіосульфату беруть на технічних терезах, розчиняють у воді, залишають на 7-10 днів. Точну концентрацію тіосульфату встановлюють за вихідною речовиною – біхроматом калію.
В основі взаємодії лежить така реакція:
K2Cr2O7 + 6KJ + 7H2SO4 = 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3J2 + 7H2O
Йод, що виділився, титрують тіосульфатом (див. Йодометричне визначення окисників).
Порівнюючи потенціали пар Cr2O72-/2Cr3+ (E0=1,36B) та S4O62-/2S2O32- (E=0,087B) бачимо, що біхромат здатний окиснити тіосульфат, тобто вони можуть реагувати безпосередньо. Але ця взаємодія проходить дуже складно, її не можна описати одним рівнянням реакції. Це означає, що неможливо провести точний розрахунок за результатами титрування. Тому на практиці використовують метод заміщення, в якому застосовується допоміжний розчин йодиду калію.
Індикатор
Для всіх йодометричних визначень як індикатор застосовують крохмаль. Він нерозчинний у воді і його використовують в вигляді колоїдного розчину. Як стабілізатор використовують йодид двовалентної ртуті. Йод із крохмалем утворює адсорбійну сполуку інтенсивного синього кольору. Ця сполука утворюється в присутності достатньої кількості іонів йодиду в розчині. При визначенні відновників, тобто при титруванні робочим розчином йоду, крохмаль додають до розчину, що аналізують, перед титруванням.
При визначенні окисників і кислот, тобто при титруванні робочим розчином тіосульфату, крохмаль додають незадовго до кінця титрування, коли основна маса йоду, що виділився вже відтитрована. Не можна додавти крохмаль перед титруванням, через те, що при великих концентраціях йоду він здатний окиснювати індикатор, а це суттєво впливає на результати титрування.
Умови проведення йодометричних визначень
Для одержання точних результатів при йодометричних визначеннях необхідно витримувти такі умови:
1. Титрувати треба на холоді, тому що при нагріванні йод летить, а також знижується чутливість крохмалю як індикатора.
2. Титрування не можна проводити в сильнолужному і сильнокислому середовищах. Оптимальним є рН=5-6.
3. Титрування необхідно проводити в присутності надлишку йодиду калію, який здатен прискорювати реакцію між йодидом калію та окисником, а також розчиняти йод.
4. Реакції між окисниками та йодидом калію проходять недостатньо швидко, тому до титрування йоду, який виділився, приступають через 3-5 хв.
5. Бажано проводити реакцію в темному місці, тому що на світлі прискорюється взаємодія йодиду калію з киснем повітря.
Приготування робочого розчину тіосульфату натрію
Робочий розчин тіосульфату натрію застосовується при йодометричному визначенні окисників, для титрування йоду, що виділився при реакції окисника з йодидом калію.
Тіосульфат натрію Na2S2O3 . 5H2O не відповідає вимогам, що ставляться до вихідних речовин, тому приготувати титрований розчин його за точною наважкою не можна. Тіосульфатт натрію зважують на технічних терезах, а встановлення титру розчину проводять через 10 днів після приготування.
Розрахунок наважки
При титруванні між тіосульфатом натрію та йодом проходить реакція
2Na2S2O3 + J2 = 2NaJ + Na2S4O6
2S2O32- - 2e = S4O62-
J2 + 2e = 2J-
При цьому два іони тіосульфату віддають молекулі йоду 2 електрони. Звідси еквівалент тіосульфату натрію дорівнює 2 моль/л/2, тобто 1 моль/л або 248,2 г. Еквівалент йоду дорівнює молярній масі, тобто 126,9 г.
Для приготування 1000 мл 0,05 М розчину тіосульфату натрію необхідна наважка 12,41 г (1/20 частина еквіваленту.
Точну концентрацію тіосульфату натрію встановлюють за вихідною речовиною – біхроматом калію K2Cr2O7.
Приготування вихідного розчину біхромату калію
При встановленні нормальності робочого розчину тіосульфату натрію відбувається така реакція:
K2Cr2O7+6KJ+7H2SO4 = 4K2SO4+Cr2(SO4)3+3J2+7H2O
Cr2O72- + 6e + 14H+ = 2Cr3+ + 7H2O
2J- - 2e = J2
Йод, що виділився, титрують розчином тіосульфату натрію
Через те, що за реакцією з йодидом калію молекула біхромату калію отримує 6 електронів, то еквівалент біхромату калію дорівнює
Mr 294,2
EK2Cr2O7 = = = 49,03 г6 6
Розрахунок наважки
Для приготування 250 мл 0,05 М розчину біхроомату калію необхідна така наважка:
EK Cr O 49,03
g
гРозраховану кількість біхромату (або близьку до розрахованої) зважують у бюксі на аналітичних тереза з точністю до 0,0001 г. Наважку за допомогою сухої воронки переносять до мірної колби місткістю 250 мл, промивають бюкс
2-3 рази дистильованою водою, розбавляють розчин до мітки і ретельно перемішують.
Вага бюкса з біхроматом калію г
Вага бюкса г
⎯
Наважка А г З 0,6129 г - 0,05 н розчин
З А г - Хн розчин
X
Розраховують нормальність отриманого розчину біхромату калію і за ним – нормаль робочого розчину тіосульфату натрію.
Встановлення нормальності робочого розчину тіосульфату натрію Методика
Бюретку наповнюють розчином тіосульфату натрію. У колбу для титрування за допомогою
мірного циліндру наливють 15-20 мл 10%-го розчину йодиду калію та 15-20 мл розчину сірчаної кислоти (1:4). Якщо отриманий розчин має жовтий відтінок, то треба обережно додати декілька краплин тіосульфату для знебарвлення розчину.
До одержаної суміші доливають за допомогою піпетки 20(25) мл стандартного (вихідного) розчину біхромату калію і, накривши колбу папером (щоб запобігти втрати за рахунок летючости йоду), залишають суміш на 5 хв у темному місці для завершення реакції. Потім наливають у колбу 100-150 мл дистильованої води і титрують розчином тіосульфату натрію (спочатку без індикатора). Коли забарвлення розчину з темно-коричневого перетвориться в світло-жовте, додають приблизно 5 мл розчину крохмалю і продовжують титрувати до переходу темно-синього забарвлення в світло-зелене.
Останні краплини розчину тіосульфату додають повільно, кожен раз добре перемішуючи розчин. Титрування повторюють ще 2 рази для отримання споріднених результатів.
Нормальність робочого титрованого розчину тіосульфату розраховують за формулою
NNa2S2O3 =
NK2Cr2O7 ⋅VK2Cr2O7 , де VNa2S2O3 − середній результат із трьох титрувань.VNa2S2O3
Лабораторна робота № 5 Йодометричне визначення іонів міді
Методика
До розчину задачі в мірній колбі ємністю 100 мл додають 3-5 мл 2 н оцтової кислоти, доливають дистильованою водою до мітки і перемішують. Відбирають піпеткою 20-25 мл цього розчину в конічну колбу на 250 мл, додають 10-15 мл йодиду калію. При цьому відбувається така реакція: 2CuSO4 + 4KJ = 2CuJ↓ + 2K2SO4 + J2
Вміст колби добре перемішують. Через 2-3 хв йод, що виділився, титрують робочим розчином тіосульфату натрію: J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6
Після того, як буре забарвлення розчину стане світлішим, доливають 2-3 мл розчину крохмалю і продовжують титрувати доти, поки одна краплин розчину тіосульфату не змінить колір розчину з темно-синього на жовто-білий (осад йодистої міді).
Кількість іонів міді в розчині задачі, виражену в грамах, обчислюють за формулою
BCu ( )г = NNa2S2O3 ⋅ VNa2S2O3 ⋅ ECu ⋅100
