Аппаратура и реактивы

Департамент профессионального
образования Томской области
Областное государственное бюджетное образовательное учреждение среднего
профессионального образования
Томский промышленно-гуманитарный колледж
Учебно-методическое пособие
Физико-химические методы анализа
для проведения лабораторных работ
по профессиональному модулю ПМ 04 «Выполнение работ по профессии
«Лаборант химического анализа»
для специальности 240138 «Аналитический контроль качества химических
соединений»
Томск, 2014
1
2
3
Пояснительная записка
Учебно-методическое
пособие «Физико-химические методы анализа»
составлено в соответствии с требованиями ФГОС по специальности 18.02.01
«Аналитический контроль качества химических соединений» и входит в состав
учебно-методического комплекса ПМ.04 Выполнение работ по профессии
«Лаборант химического анализа».
Профессиональный модуль «Выполнение работ по профессии «Лаборант
химического анализа» включает ряд междисциплинарных курсов в составе МДК
04.01 «Технология выполнения химического и физико-химического анализа» и
несколько
видов
профессиональных
учебной
практики,
компетенций,
обеспечивающих
необходимых
выпускнику
формирование
в
будущей
профессиональной деятельности.
Проведение
лабораторно-практических
занятий
способствуют
формированию следующих профессиональных компетенций:
 подготавливать пробу к анализам;
 устанавливать градуировочную характеристику для химических и физикохимических методов анализа;
 выполнять анализы в соответствии с методиками.
Практикум включает инструктаж по технике безопасности в химической
лаборатории, 9 лабораторных работ. В состав учебного пособия так же входят
теоретический материал, методические указания и контрольные вопросы для
самоподготовки.
Таким
образом,
предлагаемая
работа
способствует
формированию
профессиональных компетенций, и рекомендуется в качестве методического
обеспечения для приобретения практического опыта.
4
Оглавление
Пояснительная записка ............................................................................................. …..4
Оглавление .................................................................................................................... .…5
1. Инструктаж по технике безопасности при работе в лаборатории физикохимических методов анализа………………………………………………………..… 6
1.1 Лаборатория ФХМА ТПГК: назначение, требования техники
безопасности……………………………………………………………………….…..….6
1.2 Общие правила проведения лабораторных работ…………………………........6
1.3 Правила техники безопасности……………………………………………….…7
1.4 Правила противопожарной безопасности………………………….……………9
1.5 Оказание первой помощи при несчастных случаях……………………………9
Лабораторная работа № 1. Колориметрическое определение меди……..……....…11
Лабораторная работа № 2. Изучение устройства приборов КФК-3-01 и
спектрофотометра ПЭ-5400В Порядок их работы.......................................................16
Лабораторная работа № 3. Выбор условий фотометрического
определения......................................................................................................................26
Лабораторная работа № 4. Определение меди в виде аммиаката .............................. 36
Лабораторная работа № 5. Определение железа с сульфосалициловой кислотой..…
…………………………………………………………………………………………...41
Лабораторная работа № 6. Изучение устройства рефрактометра. Измерение
показателя преломления. Рефрактометрическое определение солей.……………...46
Лабораторная работа № 7. Определение концентрации ионов водорода методом
прямой потенциометрии ................................................................................................. 54
Лабораторная работа № 8. Определение содержания уксусной кислоты методом
потенциометрического титрования ............................................................................... 61
Лабораторная работа № 9. Количественное определение солей с применением
ионообменной хроматографии..…………………………………………………….…67
Список литературы......................................................................................................... 76
5
1
Инструктаж по технике безопасности при работе в лаборатории
физико-химических методов анализа
Лаборатория ФХМА ТПГК: назначение, требования техники
1.1.
безопасности
Химические лаборатории разной направленности имеют общие принципы
организации, используют одинаковое оборудование, выполняют одинаковые
операции.
Химическая лаборатория ФХМА ТПГК- учебная, в ней проводятся учебные
занятия по физико-химическим методам анализа, т.е. работы с применением
химических реактивов и электрических приборов.
Лаборатория оснащена приборами: флюориметрическим анализатором
«ФЛЮОРАТ 02-3М», фотометром КФК3-01, анализатором ИТАН с электродами,
УЛК электрохимическим стендом, рефрактометром, рН-метром, аппаратом для
получения особой чистой воды «Водолей», аквадистиллятором АЭ-10 МО,
спектрофотометром ПЭ 5400 В и др.
1.2.
Общие правила проведения лабораторных работ
Каждому работающему в лаборатории предоставляется место, которое
необходимо содержать в порядке и чистоте. Запрещается загромождать рабочее
место лишними предметами.
При выполнении лабораторных работ следует строго соблюдать правила,
приведенные ниже.
1.
Перед занятиями необходимо заранее ознакомиться с ходом работы
по учебному пособию, уяснить цели и задачи, обдумать каждое действие.
Приступать к выполнению работы можно только после сдачи предварительного
отчета
(краткого описания хода лабораторной работы и собеседования). О
допуске к работе в лаборатории преподаватель делает отметку в рабочем
журнале.
6
2.
Работающий
должен
знать
основные
свойства
используемых
реактивов, их действие на организм, правила работы с ними и на основе этого
принять все меры для безопасного проведения работ.
3.
Запрещено проводить эксперимент в грязной посуде, а также
пользоваться веществами из склянок без этикеток или с неразборчивой надписью.
4.
Нельзя выливать избыток реактива из пробирки обратно в
реактивную склянку. Сухие соли набирают чистым шпателем или ложечкой.
5.
Нельзя путать пробки от разных склянок. Чтобы внутренняя сторона
пробки оставалась чистой, пробку следует класть на стол внешней поверхностью.
6.
Нельзя уносить реактивы общего пользования на рабочее место.
7.
Выполнение лабораторной работы и каждого отдельного эксперимента
требует строгого соблюдения всех указаний, содержащихся в описании работы.
Эксперимент следует проводить тщательно, аккуратно и без спешки.
8.
Запрещается без разрешения преподавателя проводить какие-либо
работы, не относящиеся к данной работе, или изменять их последовательность.
1.3.
Правила техники безопасности
При работе в лаборатории ФХМА соблюдают основные правила техники
безопасности.
1.
В лаборатории категорически запрещается работать одному, так как
даже небольшая незамеченная неисправность оборудования или ошибка в
выполнении эксперимента может привести к тяжелым последствиям.
2.
Необходимо избегать лишних движений и разговоров в лаборатории,
непосредственных контактов кожи, глаз и дыхательных путей с реактивами. На
занятиях следует постоянно носить лабораторный халат.
3.
Все работы с ядовитыми и сильно пахнущими веществами, с
7
концентрированными растворами кислот, щелочей, а также упаривание их
растворов следует проводить только в вытяжном шкафу. Створки шкафа во
время работы должны быть опущены до 18 — 20 см от его рабочей поверхности.
4.
Измельчение твердых веществ, дающих едкую пыль (извести, йода и
др.), разбавление концентрированных кислот и щелочей, приготовление
хромовой смеси нужно проводить в фарфоровой посуде в вытяжном шкафу,
защитив глаза очками, а руки перчатками. Разбавляя концентрированные
кислоты, особенно серную, осторожно вливают кислоту в воду, но не наоборот.
5.
С
легковоспламеняющимися
жидкостями
нельзя
работать
вблизи
нагревательных приборов. Запрещается нагревать летучие легковоспламеняющиеся
вещества на открытом пламени. Для этого необходимо использовать водяную
баню.
6.
Пробирки при нагревании закрепляют либо в штативной лапке, либо в
пробиркодержателе ближе к отверстию. Отверстие пробирки необходимо
направлять от себя и окружающих во избежание поражения при выбросе веществ
из пробирки.
7.
Отбирать в пипетку любые вещества следует, пользуясь только
сифоном или резиновой грушей.
8.
Особенно внимательно нужно проводить сборку установок из стекла.
Нельзя зажимать стеклянные изделия в лапки штативов без соответствующей
мягкой подкладки. Особенно осторожно следует обращаться с тонкостенной
посудой, мерными колбами, термометрами, холодильниками.
9.
В лаборатории запрещается принимать пищу, пробовать на вкус и
нюхать реактивы.
10.
Нельзя класть на лабораторные столы посторонние предметы,
тетради, книги, а также находиться в лаборатории в верхней одежде.
11.
О любом происшествии в лаборатории, даже самом незначительном,
необходимо сообщить преподавателю.
8
1.4.
Правила противопожарной безопасности
Работая в химической лаборатории любого профиля (в том числе
лаборатории
ФХМА),
необходимо
соблюдать
правила
противопожарной
безопасности.
1.
Обращаться
с
нагревательными
приборами
следует
осторожно.
Запрещается работать с неисправным оборудованием и приборами. Категорически
запрещается использовать для подключения электроприборы с оголенными
проводами или поврежденной изоляцией, вилки и розетки. При перегорании
электроплитки отключите её от электросети (электроплитки с открытой спиралью
использовать нельзя).
2.
Проводя работы, при которых может произойти самовозгорание,
необходимо иметь наготове асбестовое одеяло, песок, совок и т.д.
3.
При
возникновении
загорания
следует
немедленно
сообщить
преподавателю, предупредить учащихся, организовать их эвакуацию.
В случае воспламенения горючих веществ, следует быстро выключить
электроплитку, вентиляцию вытяжного шкафа, обесточить электронагревательные
приборы, убрать сосуды с огнеопасными веществами.
Горящие жидкости следует накрыть асбестовым одеялом, а затем, если
необходимо, засыпать песком. Ни в коем случае не следует заливать водой.
1.5.
Оказание первой помощи при несчастных случаях
В лаборатории бывают случаи, требующие неотложной медицинской
помощи, — порезы рук стеклом, ожоги горячими предметами, кислотами,
щелочами. Для оказания первой помощи в лаборатории имеется аптечка. В
серьезных случаях необходимо пострадавшего сопроводить к врачу.
9
Основные правила первой помощи:
1.
При
мелких
порезах
стеклом
удалить
осколки
из
раны,
продезинфицировать ее раствором йода и перевязать бинтом.
2.
При ожоге рук или лица реактивом смыть реактив большим
количеством воды, затем в случае ожога щелочью — 1%-м раствором уксусной
кислоты, в случае ожога кислотой — 3%-м раствором гидрокарбоната натрия, а
затем опять водой. Одежду, соприкасавшуюся с реактивом, следует снять.
3.
При ожоге горячей жидкостью или горячим предметом обожженное
место промыть проточной холодной водой 5—10 мин.
4.
При попадании химического вещества в глаза промыть их, используя
глазную промывалку, 10—15 мин струей холодной воды так, чтобы она стекала от
носа к виску. В любом случае пострадавшего незамедлительно доставить к врачу.
5.
При попадании ядовитого вещества внутрь необходимо вызвать рвоту
— промыть желудок большим количеством теплого раствора поваренной соли (3 —
4 чайные ложки на стакан воды). Если пострадавший потерял сознание или если
отравление вызвано проглатыванием растворителя, кислоты или щелочи, то
рвоту вызывать нельзя. Пострадавшего следует перенести на свежий воздух
и оставить в спокойном положении в тепле, немедленно вызвать бригаду
неотложной помощи.
6.
При поражении электрическим током быстро отключить электроэнергию
общим рубильником, вынести пострадавшего на свежий воздух и при
необходимости сделать ему искусственное дыхание и массаж сердца, вызвать
бригаду неотложной помощи.
10
Лабораторная работа № 1
Колориметрическое определение меди
Цель:
приобрести
навыки
исследования
растворов
визуальным
колориметрическим методом:
1.
Приобрести
практический
опыт
практический
опыт
приготовления
серии
стандартных
растворов;
2.
Приобрести
определения
концентрации
методом
разбавления.
Общие сведения:
Сравнение световых потоков в колориметрическом анализе осуществляется
визуально (невооруженным глазом). Приборы, предназначенные для сравнения и
измерения световых потоков (интенсивности окраски растворов) визуальным
методом, называют к о л о р и м е т р а м и .
Метод визуальной колориметрии основан на сравнении интенсивностей
окраски растворов с известной концентрацией и окрашенного раствора с
неизвестной концентрацией. Для определения концентрации меди используют
серию стандартных растворов.
При действии избытка аммиака на раствор соли меди появляется
интенсивное синее окрашивание, вызываемое образованием комплексных ионов:
Cu2++ 4 NH3= [Cu(NH3)4]2+.
Аппаратура и реактивы:
1.
Штатив с набором пробирок;
2.
Стандартный раствор сульфата меди, содержащий 5 мг меди в 1см3;
3.
Аммиак, раствор 10% (масс) ;
4.
Мерные колбы вместимостью 100, 250 см3;
5.
Мерные цилиндры, градуированные пипетки.
Требования техники безопасности:
11
Перед выполнением лабораторной работы студенты должны получить
инструктаж у преподавателя по технике безопасности при проведении химических
анализов.
Каждый
студент
должен
расписаться
в
журнале
по
технике
безопасности.
Ход выполнения работы:
Приготовление серии стандартных растворов. В мерной колбе вместимостью
100см3 навеску соли меди 0,9826 г CuSO4·5H2O растворяют в 0,5см3 разбавленной
1: 4 серной кислоте, добавляют 20-25см3 дистиллированной воды, 25см3 раствора
10% (масс) аммиака. Доводят дистиллированной водой до метки.
Подбирают 8 пробирок одинаковых по диаметру, цвету стекла, размеру.
В 6 пробирок вместимостью 10 см3 наливают из градуированной пипетки
соответственно 1, 3, 5, 7, 9, 10 см3 стандартного раствора тетрааммиаката меди. В
каждую пробирку добавляют до 10 см3 дистиллированной воды. Пробирки
помещают в штатив, располагая в определенном порядке, начиная с меньшей
концентрации, предварительно прикрепив к каждой этикетку с указанием титра
полученного раствора.
Определение содержания меди в растворе неизвестной концентрации.
Навеску соли меди получают у преподавателя, обрабатывают его как описано
выше. В 2 пробирки отбирают по 5 см3 подготовленной пробы, добавляют до 10
см3 дистиллированной воды. Сравнивают интенсивность окраски исследуемого
раствора с окраской стандартных растворов, помещая исследуемый раствор между
двумя стандартными на фоне листа белой бумаги, определяют титр раствора,
рассчитывают навеску CuSO4·5H2O.
Определение содержания меди в растворе неизвестной концентрации
методом разбавления.
Выбирают два одинаковых мерных цилиндра. В один помещают 50 см3
стандартного раствора тетрааммиаката меди с титром по меди равным 1 мг/см 3. В
другой помещают аликвоту анализируемого раствора, подбирая её объём опытным
путем таким образом, чтобы при разбавлении до 50 см3, интенсивности
окраски анализируемого раствора и раствора сравнения были равны.
12
Cx 
Cст  Va
(мг/см3) (1)
50
Рассчитывают концентрацию навески соли меди для приготовления
анализируемого раствора по формуле
m
T x  Va
 1000 (мг)
Vck
(2)
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Рассчитывают погрешность, делают выводы: почему полученный
результат может отличаться от реального. Погрешность определяют по формуле:
х = (Gпреп – Gрасчит)/ Gпреп∙100%.
3.
Решают задачу;
4.
Отвечают на теоретические вопросы.
Задача:
1.
Рассчитать концентрацию ионов меди в
6 растворах, вместимостью
пробирки 10 см3 каждый, с аликвотой 1, 3, 5, 7, 9, 10 см3 стандартного раствора
тетрааммиаката меди соответственно. Стандартный раствор содержит навеску
0,9826 г CuSO4·5H2O, в мерной колбе вместимостью 100 см3.
Дано:
m CuSO4·5H2O)= 0,9826 г
V м.к.=100 см3
M (CuSO4·5H2O)= 249,5 г/моль
М(Cu2+)= 63,5 г/моль
Vпробирки=10 см3
Объем аликвот:
V1=1 см3, V2=3 см3, V3=5 см3, V4=7 см3, V5=9 см3, V6=10 см3.
Решение:
Составляем пропорцию:
В 249,5 г/моль (CuSO4·5H2O) содержится 63,5 г/моль (Cu2+)
m=0,9826 г
Хг
по пропорции:
13
Х = 0,9826 *63,5 /249,5=0,25 г (Cu2+ содержится в 100 см3 этого раствора);
Т=m/V=0.25/100=0.0025 г/см3;
С=Т*Vал/Vколбы;
С1=0,0025*1/10=0,00025 г/см3;
С2=0,0025*3/10=0,00075 г/см3;
С3=0,0025*5/10=0,00125 г/см3;
С4=0,0025*7/10=0,00175 г/см3;
С5=0,0025*9/10=0,00225 г/см3;
С6=0,0025*10/10=0,0025 г/см3;
2.
Обратная задача. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O)
стандартного
раствора тетрааммиаката меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 100
см3,
если известно, что концентрация ионов меди в приготовленном рабочем
растворе в пробирке на 10 см3 равна Сх=0,00075 г/см3, с объемом аликвоты 5 см3;
Дано:
M (CuSO4·5H2O)= 249,5 г/моль
М(Cu2+)= 63,5 г/моль
Vпробирки=10 см3
Vал=5 см3
Сх=0,00075 г/см3;
Решение:
Сх=Тх*Vал/Vколбы;
Сх=Тх*5/10=0,00075
г/см3,
следовательно,
Тх=0,00075*10/5=0,0015 г/см3, значит в 100 г = 0,0015*100=0,15 г Сu2+,
составляем пропорцию:
В 249,5 г/моль (CuSO4·5H2O) содержится 63,5 г/моль (Cu2+)
Хг
0,15 г
по пропорции:
Х =
249,5 *0,15 /63,5=0,589 г (CuSO4·5H2O)
навески необходимо взять для
приготовления рабочего раствора с концентрацией ионов меди 0,00075 г/см3;
Задачи для защиты работы:
14
1. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O) стандартного раствора тетрааммиаката
меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 250 см3, если известно, что
концентрация ионов меди в приготовленном рабочем растворе в пробирке
вместимостью 7 см3 равна Сх=0,00025 г/см3, с объемом аликвоты 5 см3;
2. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O) стандартного раствора тетрааммиаката
меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 50 см3, если известно, что
концентрация ионов меди в приготовленном рабочем растворе в пробирке
вместимостью 5 см3 равна Сх=0,00175 г/см3, с объемом аликвоты 3 см3;
3. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O) стандартного раствора тетрааммиаката
меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 100 см3, если известно, что
концентрация ионов меди в приготовленном рабочем растворе в пробирке
вместимостью 10 см3 равна Сх=0,0025 г/см3, с объемом аликвоты 5 см3;
4. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O) стандартного раствора тетрааммиаката
меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 100 см3, если известно, что
концентрация ионов меди в приготовленном рабочем растворе в пробирке
вместимостью 10 см3 равна Сх=0,0035 г/см3, с объемом аликвоты 4 см3;
5. Рассчитать навеску (CuSO4·5H2O) стандартного раствора тетрааммиаката
меди, приготовленного в мерной колбе вместимостью 100 см3, если известно, что
концентрация ионов меди в приготовленном рабочем растворе в пробирке
вместимостью 20 см3 равна Сх=0,00375 г/см3, с объемом аликвоты 5 см3;
Вопросы для защиты работы:
1.
Что такое колориметр?
2.
Сущность
метода
исследования
растворов
визуальным
колориметрическим методом?
3.
Что такое стандартный раствор, рабочий раствор?
4.
Почему образуются окрашенные растворы?
5.
Есть ли зависимость между интенсивностью окрашивания раствора и
его концентрацией?
6.
Как
определяют
содержание
меди
в
растворе
неизвестной
концентрацией методом разбавления?
15
Лабораторная работа № 2
Изучение устройства приборов КФК-3-01 и спектрофотометра ПЭ5400В. Порядок их работы
Цели:
1. Изучить оптические схемы приборов КФК-3-01 и спектрофотометра ПЭ5400В;
2. Изучить устройство приборов КФК-3-01 и спектрофотометра ПЭ-5400В;
3. Приобрести практический опыт работы на приборах, проводить измерения
оптической плотности веществ.
Аппаратура и реактивы:
1. Приборы КФК-3-01, спектрофотометр ПЭ-5400В;
2. Растворы для измерения оптической плотности (СоSO4, KMnO4, K2Cr2O7 ).
Определение содержания окрашенных компонентов на колориметре
фотоэлектрическом концентрационном КФК-3-01
Фотометры
фотоэлектрические
КФК-3
(в
дальнейшем
фотометры)
предназначены для измерения коэффициентов пропускания и оптических плотностей
прозрачных жидкостных растворов, концентрации исследуемых растворов.
Фотометры применяют в сельском хозяйстве, медицине, на предприятиях
водоснабжения, в металлургической, химической, пищевой промышленности и в
других областях народного хозяйства.
Условиями работы фотометра являются:
1. Температура окружающей среды……….. +10 - + 35, °С
2. Относительная влажность воздуха ………. 65 ± 15, %
3. Напряжение питающей сети……………… 220 ± 22, В
4. Частота питающей сети …………………… 50 ±0,5, Гц
16
Принцип работы КФК-3
Принцип действия фотометров основан на сравнении потока излучения Фо,
прошедшего через «холостую пробу» (растворитель или раствор сравнения, по
отношению к которому производится измерение) и потока излучения Ф,
прошедшего через исследуемый раствор.
Потоки излучения Фо и Ф фотоприемником преобразуются в электрические
сигналы, которые обрабатываются встроенной микро-ЭВМ и представляются на
индикаторе в виде коэффициентов пропускания, оптической плотности, концентрации
(Рис.1).
Рис.1 Принципиальная оптическая схема КФК-3-01
Нить лампы 1 изображается конденсором 2 в плоскости входной щели Д1,
заполняя ее светом. Далее входная щель изображается вогнутой дифракционной
17
решеткой 4 и вогнутым зеркалом 5 в плоскости выходной щели Д2. Вращая
дифракционную решетку вокруг оси, параллельной ее штрихам, выделяют
выходной щелью излучение в узких спектральных интервалах в диапазоне от 315
до 990 нм. Объектив 7,8 изображает с увеличением выходную щель перед линзой
10. Линза 10 создает в плоскости фотоприемника 11 световое пятно.
Для уменьшения рассеянного излучения при работе в диапазоне длин волн
315 - 400 нм после входной щели автоматически вводится (а затем автоматически
выводится) светофильтр 3. В кюветное отделение (между объективом 7,8 и линзой
10) устанавливаются прямоугольные кюветы 9.
Установить фотометр на рабочем месте. Следить за тем, чтобы на фотометр не
попадали прямые солнечные лучи.
Ход выполнения работы:
а) Подготовка фотометра КФК- 3 - 01 к работе
Клавиатура фотометра КФК-3-01 состоит из 16 клавиш, предназначенных для
выполнения различных режимов.
«D»
-
многофункциональная:
выбор
режимов
работы
в
«прямой»
последовательности (τ - коэффициент пропускания, А - оптическая плотность);
«#» - многофункциональная: градуировка прибора по холостой пробе.
Тумблер "СЕТЬ" установить в выключенном положении. Закрыть крышку
кюветного отделения. Подсоединить фотометр к сети 220 В, 50 Гц. Включить
тумблер «СЕТЬ». Подготовка фотометра к работе осуществляется в автоматическом
режиме: на верхнем индикаторе отображается символ завода-изготовителя «ОАО
«ЗОМЗ», на нижнем – «ПРОГРЕВ ПРИБОРА» и показания таймера. По истечении
2,5 мин на верхнем индикаторе отображается надпись – шифр фотометра "КФК-301". По истечении 5 мин автоматически учитывается «нулевой отсчет», включается
источник излучения. На верхнем индикаторе отображается значение длины волны в
нм, на нижнем - надпись «ПРОГРЕВ ЛАМПЫ» и показания таймера. По истечении
10 мин фотометр выдает звуковой сигнал готовности к работе и на нижнем
индикаторе отображается надпись «ГОТОВ К РАБОТЕ ВВЕДИТЕ РЕЖИМ».
Фотометр готов к работе. Открыть крышку кюветного отделения.
18
б) Проведение измерений:
1.
Путем нажатия на клавишу «Д» выбирают режим измерения (А -
оптическая плотность).
2.
Вращая ручку «длина волны», устанавливают заданное значение длины
волны.
3.
Устанавливают кювету с «раствором сравнения» в кюветное отделение
ближе к задней стенке.
4.
К передней стенке устанавливают кювету с исследуемым раствором.
5.
Закрывают крышку кюветного отделения (осторожно, без стука).
6.
Устанавливают рукоятку для перемещения кювет в положение 1
(влево) (при этом световой поток проходит через «раствор сравнения»), нажать «#»
- на табло появиться надпись:
А=0,000
7.
Переводят рукоятку в положение 2 (вправо),
снимают показания
оптической плотности 3 раза и занести в таблицу. Значения оптической плотности
должны находиться в диапазоне 0,1 – 1,0.
8.
Выводят среднее арифметическое значение оптической плотности и
используют его для построения градуировочного графика или для определения
концентрации неизвестного раствора.
Определение содержания окрашенных компонентов на
спектрофотометре 5400В
Спектрофотометр
–
предназначен
для
измерения
коэффициентов
пропускания, оптической плотности растворов, а также концентрации веществ.
Этот прибор позволяет производить измерения светопоглощения образцов в узких
по
спектральному
составу
пучках
света
(монохроматический
свет).
Спектрофотометры позволяют разлагать белый свет в непрерывный спектр,
выделять из этого спектра узкий интервал длин волн, в пределах которого световой
пучок можно считать монохроматическим (ширина выделяемой полосы спектра 1 –
20 нм), пропускать изолированный пучок света через анализируемый раствор и
измерять с высокой степенью точности интенсивность этого пучка. Поглощение
19
света окрашенным веществом в растворе измеряют, сравнивая его с поглощением
нулевого раствора. В фотометрическом спектрофотометре сочетаются два
основных прибора: монохроматор, служащий для получения монохроматического
светового потока, и фотоэлектрический фотометр, предназначенный для измерения
интенсивности света.
Монохроматор состоит из трех основных частей: источника света,
диспергирующего устройства (устройства, разлагающего белый свет в спектр) и
приспособления регулирующего величину интервала длин волн светового пучка,
падающего на раствор.
Наиболее
часто
употребляемым
источником
света
является
лампа
накаливания с вольфрамовой нитью, длины волн излучения которой лежат в
пределах 350 – 2000 нм. Этот источник света пригоден для большинства
аналитических
целей,
так
как
позволяет
производить
измерения
в
ультрафиолетовой, видимой, а также в ближней инфракрасной областях спектра.
В качестве диспергирующего устройства для разложения света в спектр
применяются стеклянные и кварцевые призмы, а также дифракционные
решетки. Призмы обладают довольно большой дисперсией и большой светосилой.
Кварцевые призмы дают возможность работать в ультрафиолетовой области
спектра. Очень важной деталью спектрофотометра является щель, с помощью
которой регулируют интенсивность светового потока: чем меньше ее раскрытие,
тем меньше света проходит через нее и тем уже интервал длин волн светового
пучка, пропускаемого щелью.
Фотоэлектрический
фотометр
состоит
из
вакуумных
фотоэлементов,
усилителя постоянного тока и компенсирующего устройства (потенциометра),
шкала которого проградуирована в единицах оптической плотности и процентах
светопропускания.
Значение
измеренной
величины
высвечивается
на
цифровом
фотометрическом табло.
Спектрофотометр состоит из следующих основных частей (рис. 2):
20
галогенная лампа как источник света; монохроматор для выделения
спектрального диапазона требуемых длин волн; кюветное отделение, служащее для
размещения проб и калибровочных растворов; детектор для регистрации света и
преобразования его в электрический сигнал; электроника, обеспечивающая
проведение измерений и управление работой прибора; цифровой индикатор для
отображения результатов измерений и вспомогательной информации.
Рис. 2 Функциональная схема спектрофотометра.
1 - Источник света; 2 - Монохроматор; 3 - Кюветное отделение;
4 - Детектор; 5 - Электронная схема; 6 - Индикатор.
Принцип действия:
Принцип действия фотометра основан на сравнении светового потока Ф 0,
прошедшего через растворитель или контрольный раствор, по отношению к
которому производится измерение, и светового потока Ф, прошедшего через
исследуемую среду.
Световые потоки Ф0 и Ф преобразуются фотоприемником в электрические
сигналы Uо, U. Также измеряется Uт - сигнал от неосвещенного приемника. По
величинам этих сигналов микропроцессором спектрофотометра рассчитывается и
отображается на дисплее результат измерения в виде коэффициента пропускания,
оптической плотности или концентрации в зависимости от выбранного режима
измерения. Панель управления спектрофотометра показана на рис.3.
21
Рис. 3 Панель управления спектрофотометра
Кнопка «РЕЖИМ»: производит переключение режимов.
Светодиод, загорающийся у одной из букв: А, Т, С и F, показывает режим, в
котором в данный момент работает спектрофотометр:
А - определение оптической плотности;
Т - определение пропускания, %;
С - определение концентрации;
F - ввод коэффициента.
Кнопка ▼ (0%Т): устанавливает «нулевой отсчет»
Кнопка ▲ (0А/100%Т): устанавливает 100%Т или 0,000А, когда в отделении
для проб находится раствор сравнения.
Переключая кнопки «ПЕРЕХОД λ», ▼ и ▲, можно установить требуемое
значение длины волны λ (нм).
Порядок работы:
1.
Включение спектрофотометра. Включают
прибор
сетевого выключателя, расположенного на задней панели прибора.
с помощью
На дисплее
начинает отображаться ход процедуры самотестирования и высвечивается надпись
«Прогрев 20 минут». При завершении самотестирования на дисплее отображается
главное меню (рис. 4).
Внимание: во время выполнения самотестирования кюветное отделение
прибора должно быть пустым. В это время также не следует открывать крышку
кюветного отделения.
22
Рис. 4 Главное меню
2.
Установка длины волны.
Нажимают кнопку «ПЕРЕХОД λ» для
перехода в меню установки длины волны. На дисплее высветится надпись
«Введите λ:» (рис. 5). Далее с помощью кнопок « ▲ » или « ▼ » выбирают
требуемую длину волны (например, 480 нм для
0,05н р-ра СоSO4), затем
нажимают кнопку (–) вторую слева в верхнем ряду панели управления
для
подтверждения операции. На дисплее появится установленное значение длины
волны в левом верхнем углу (λ=480,0 нм).
Рис. 5 Установка длины волны
3.
Установка 0А/100%Т (обнуление). Помещают кювету с раствором
сравнения в дальнее гнездо ближе к задней стенке прибора, а кювету с
исследуемым раствором – в среднее гнездо. При выдвижении ручки на себя на
пути светового пучка оказывается кювета с нулевым раствором. Нажимают кнопку
«НОЛЬ» для установки 0А/100%Т, на дисплее появляется надпись «0,000 А» (рис.
6).
23
Рис. 6 Установка 0А/100%Т (обнуление)
4. Измерение. Подводят в рабочую зону кювету с исследуемым раствором,
задвинув ручку от себя. Результаты измерения отображаются на дисплее,
например, для 0,05н р-ра СоSO4 при λ=480 нм и толщине поглощающего слоя 1
см, оптическая плотность А=0,551 (рис. 7). Выполняют измерения еще дважды и
определяют
среднее
арифметическое
значение
оптической
плотности
исследуемого раствора.
Рис. 7 Проведение измерений
5.
Сравнивают значения оптической плотности исследуемых растворов,
измеренные на фотометре КФК-3-01 и спектрофотометре ПЭ-5400В.
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Проводят измерения на КФК-3-01 и ПЭ-5400 В, сравнивают
результаты, делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
24
Вопросы для защиты работы:
1.
Что представляет собой фотометр, каково его применение?
2.
Каковы условия работы фотометра?
3.
Охарактеризуйте принцип работы КФК-3-01, опишите его схему?
4.
Как подготавливают КФК-03-01 к измерениям?
5.
Как проводят измерения на КФК-03-01?
6.
Что такое длина волны, размерность?
7.
Что такое кювета, и какие виды бывают?
8.
Что такое оптическая плотность, размерность?
9.
Что представляет собой спектрофотометр?
10.
Из каких частей состоит спектрофотометр?
11.
Каков принцип действия спектрофотометра?
12.
Какие режимы измерения есть на спектрофотометре?
13.
Перечислите
последовательность
действий
при
работе
на
спектрофотометре?
14.
Что такое раствор сравнения?
15.
Для чего прибору 3 кюветных отделения?
25
Лабораторная работа № 3
Выбор условий фотометрического определения
Цели:
1. Получить представление о сущности и порядке выбора условий
фотометрического определения;
2. Научиться выбирать условия фотометрического определения исследуемого
компонента;
3. Приобрести практический опыт исследования растворов фотометрическим
методом;
4. Приобрести практический опыт построения градуировочного графика.
Общие сведения:
Фотометрическое определение компонентов следует проводить
при
условиях, обеспечивающих полноту образования поглощающего (окрашенного)
соединения в растворе, отсутствие (или минимизацию) отклонения от основного
закона светопоглощения, наибольшую точность и чувствительность анализа.
Выбор длины волны светового потока (λ):
Для измерения светопоглощения исследуемого раствора выбирают длину
волны светового потока, соответствующую максимуму полосы поглощения,
для чего измеряют оптическую плотность раствора при разных длинах волн и
строят график зависимости A=f(λ)- спектр поглощения. Работа в области
максимума поглощения обеспечивает наибольшую чувствительность и точность
определения.
Для монохроматизации
светового потока
в фотометрах
применяют
дифракционные решетки, обеспечивающие излучение определенного интервала
длин волн с большей разрешающей способностью (0,1 нм).
Для монохроматизации светового потока в фотоэлектроколориметрах
применяют набор светофильтров. Светофильтры — это специальные стекла,
пропускающие излучение определенного интервала длин волн (20—60 нм). Для
количественного анализа исследуемого компонента по светопоглощению
выбирают
светофильтр,
пропускающий
излучение,
которое
исследуемый
26
компонент поглощает, т. е. минимум поглощения света светофильтром должен
совпадать с максимумом поглощения раствора. В видимой части спектра
воспринимаемый цвет есть результат избирательного поглощения веществом
определенного участка сплошного спектра электромагнитного излучения (белого
света). Цвет раствора всегда является дополнительным к цвету поглощенного
излучения (табл. 1).
Таблица 1. Наблюдаемые цвета и соответствующие им поглощенные участки спектра
Интервал длин волн
поглощенного
излучения
излучения, нм
Цвет
Наблюдаемый цвет
Цвет поглощенного
раствора
(дополнительный цвет)
380—420
Фиолетовый
Желто-зеленый
420—440
Синий
Желтый
440—470
Голубой
Оранжевый
470—500
Голубовато-зеленый Красный
500—520
Зеленый
Пурпурный
520—550
Желто-зеленый
Фиолетовый
550—580
Желтый
Синий
580—620
Оранжевый
Голубой
620—680
Красный
Голубовато-зеленый
680—780
Пурпурный
Зеленый
светофильтра
является
дополнительным
к
цвету
раствора
и
соответствует участку спектра электромагнитного излучения, который этим
светофильтром пропускается.
Оптимальный
(светопропускания).
диапазон
измерения
Фотометрические
приборы
оптической
имеют
плотности
определенную
погрешность измерения оптической плотности (светопропускания), что приводит к
погрешности ∆С определения концентрации С исследуемого компонента в
27
растворе. Минимальная относительная погрешность ∆C/C получается, когда
оптическая плотность исследуемого раствора находится в интервале 0,1 — 1,0.
Толщина поглощающего слоя. В соответствии с уравнением Бугера Ламберта - Бера увеличение толщины поглощающего слоя b позволяет понизить
предел обнаружения исследуемого вещества при прочих равных условиях. Однако
при толщине поглощающего слоя больше 5 см возрастают потери на рассеяние
света. Поэтому для фотометрирования растворов обычно используют кюветы с
толщиной поглощающего слоя 1—5 см. Выбирают ту кювету (и соответственно
толщину поглощающего раствора), где значение оптической плотности будет
близко к оптимальной
величине (А=0.435), при которой наблюдается
наименьшая погрешность измерения.
Условия проведения фотометрической реакции.
В результате проведения фотометрической реакции исследуемый компонент
переводят в окрашенное соединение:
Исследуемое вещество + Реагент = Окрашенное соединение
Количество
образовавшегося
окрашенного
соединения
эквивалентно
количеству исследуемого вещества. Поэтому количество исследуемого вещества
определяют
путем
измерения
светопоглощения
полученного
окрашенного
соединения. Чем больше концентрация раствора, тем интенсивнее его окраска
и интенсивнее поглощение светового потока.
Условия проведения фотометрической реакции должны обеспечивать
полноту образования и устойчивость получающегося окрашенного соединения.
На образование окрашенного соединения существенное влияние оказывает
рН. Для выбора оптимального значения рН необходимо изучить влияние рН на
интенсивность окраски раствора при постоянных концентрациях исследуемого
вещества в реагенте. Интенсивность окраски измеряют при длине волны,
соответствующей максимальному поглощению раствора. Значение рН выбирают
таким
образом,
светопоглощение.
чтобы
При
достигалось
этом
наиболее
по
возможности
благоприятными
максимальное
условиями
для
28
фотометрического определения являются такие, когда небольшие изменения рН
практически не влияют на светопоглощение. Постоянное значение рН в
фотометрируемом растворе поддерживают при помощи буферных растворов.
Реагент добавляют к исследуемому веществу в количестве, достаточном для
обеспечения
полного
перевода
определяемого
компонента
в
окрашенное
соединение. Оптимальной концентрацией реагента является такая концентрация,
выше
которой
дальнейшее
добавление
реагента
не
увеличивает
выхода
поглощающего соединения (т. е. не увеличивает светопоглощения раствора) на
верхней
границе
диапазона
определяемых
содержаний
исследуемого
компонента
Интенсивность окраски может изменяться во времени, поэтому надо
исследовать зависимость A =f (τ), на основании которой установить оптимальное
время для проведения фотометрической реакции (рис.8).
Рис. 8 График зависимости оптической плотности А от продолжительности
фотометрической реакции τ
Подчинение основному закону светопоглощения.
Подчинение основному закону светопоглощения полученного при реакции
окрашенного соединения является основным условием для количественного
фотометрического определения. Подчинение окрашенного соединения закону
Бугера – Ламберта – Бера в данном диапазоне концентрации проверяют
следующими способами:
1. Построение градуированного графика зависимости А — f(С) при
выбранной длине волны λ. Если раствор подчиняется основному закону
29
светопоглощения, то график в координатах А—С представляет собой прямую
линию, проходящую через начало координат (рис. 9).
Рис. 9 Градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации А —
f(С)
2. Построение графика зависимости оптической плотности от длины
волны для растворов различных концентраций.
Если раствор подчиняется основному закону светопоглощения, то получают
серию кривых одинаковой формы, независимо от толщины слоя раствора или
концентрации
вещества
в
растворе,
сохраняющих
положение
максимума
поглощения при одной и той же длине волны (рис. 10).
Рис.10 Зависимость оптической плотности А от длины волны λ при различных
концентрациях вещества в растворе (С4>С3>С 2>С1 )
Аппаратура и реактивы:
1.
Фотометр КФК-3-01 или спектрофотометр ПЭ-5400В;
30
2.
Стандартный раствор перманганата калия KMnO4, содержащий 0,1 мг
марганца в 1см3;
Перед началом работы 9,1 см3 0,1 Н раствора перманганата калия разбавляют
водой до 100 см3 (раствор содержит 0,1 мг марганца в 1см3).
3.
Стандартный раствор дихромата калия К2Сг2О7, содержащий 0,2 мг
хрома в 1 см3;
Растворяют 0,2818 г дихромата калия в воде и доводят объем раствора до 500
см3;
4.
Серная кислота, разбавленная (1 : 1);
5.
Мерные колбы вместимостью 50,0 см3;
6.
Бюретки, мерные цилиндры, градуировочные пипетки.
Ход выполнения работы:
Перед началом работы необходимо познакомиться с порядком подготовки
приборов КФК-3-01 и спектрофотометра к работе и правилами работы на них.
1. Выбор длины волны светового потока λ.
По указанию преподавателя в мерную колбу вместимостью 50 см3 вводят 10
см3 стандартного раствора перманганата калия КМnО4 или 10 см3 стандартного
раствора дихромата калия К2Сг207, 5 см3 серной кислоты, разбавленной (1 : 1) и
добавляют до метки дистиллированную воду. Измеряют оптическую плотность
раствора, меняя длину волны, толщина поглощающего слоя составляет 20 мм. На
фотометре КФК-3-01 снимают спектр поглощения в видимой области спектра (от
400 до 700 нм).
Сначала по окраске раствора выбирают интервал длин волн, руководствуясь
таблицей 1. Для раствора дихромата калия желтого цвета выбирают интервал λ,
равный 420-440 нм. Измеряют оптическую плотность раствора через каждые 10
нм в интервале 400-460 нм, увеличив его в обе стороны на 20 нм.
Для раствора перманганата калия фиолетового цвета диапазон длин волн
составляет 520-550 нм. Следовательно, измеряют оптическую плотность раствора
через каждые 10 нм в интервале 500-570 нм, увеличив его в обе стороны на 20 нм.
31
Данные сводят в таблицу 2 и по этим данным строят кривые поглощения,
выбирают оптимальную длину волны, соответствующую максимуму поглощения.
Таблица 2. Оптическая плотность раствора (дихромата калия или перманганата калия)
Оптическая плотность раствора при длине волны
λ,нм
А1
А2
А3
А ср
2. Выбор толщины поглощающего слоя.
По указанию преподавателя в мерную колбу вместимостью 50 см3 вводят 10
см3 стандартного раствора перманганата калия КМnО4 или 10 см3 стандартного
раствора дихромата калия К2Сr2O7, 5 см3 серной кислоты, разбавленной (1 : 1) и
добавляют до метки дистиллированную воду. Измеряют оптическую плотность
раствора при выбранной длине волны в кюветах с разной толщиной поглощающего
слоя. Данные сводят в таблицу 3 и по этим данным выбирают рабочую длину
кюветы. Выбирают ту кювету (и соответственно толщину поглощающего
раствора), где
величине
значение оптической плотности будет близко к оптимальной
(А=0.435),
при
которой
наблюдается
наименьшая
погрешность
измерения.
Таблица 3 Выбор толщины поглощающего слоя
Оптическая плотность раствора при толщине поглощающего
№ п/п
слоя
1 см
2 см
3 см
5 см
1
2
3
А ср
32
3. Определение неизвестной концентрации раствора
Определение неизвестной концентрации раствора перманганата калия.
В пять мерных колб вместимостью 50 см3 вводят соответственно
5.0; 7.5; 10.0;
12.5; 15.0 см3 стандартного раствора перманганата калия КМnО4, приливают по
5см3 серной кислоты и добавляют до метки дистиллированную воду. Прибором
КФК-3-01 или спектрофотометром ПЭ-5400В измеряют оптические плотности
полученных растворов при выбранной длине волны в кюветах с определенной
толщиной поглощающего слоя, вычисляют среднее значение Аср и строят
градуировочный график зависимости А= f(С). Измеряют оптическую плотность
исследуемого раствора (контрольной задачи) и находят по градуировочному
графику концентрацию марганца в исследуемом растворе.
Определение неизвестной концентрации раствора дихромата калия.
В
пять мерных колб вместимостью 50 см3 вводят 5.0; 7.5; 10.0; 15.0; 20.0 см3
стандартного раствора дихромата калия К2Сг2О7, приливают по 5 см3 серной
кислоты и доводят до метки дистиллированной водой.
Прибором
КФК-3-01
или
спектрофотометром
ПЭ-5400В
измеряют
оптические плотности каждой пробы 3 раза при выбранной длине волны в
кюветах с определенной толщиной поглощающего слоя, вычисляют среднее
значение Аср и строят градуировочный график зависимости А= f (С). Измеряют
оптическую плотность исследуемого раствора (контрольной задачи) и находят по
градуировочному графику концентрацию хрома в исследуемом растворе.
Раствором сравнения в обоих случаях служит дистиллированная вода.
33
Таблица 4. Построение градуировочного графика
Оптическая плотность
№ раствора
V см3
С мг/ см3
С мг/дм3
А1
А2
А3
А ср
1
2
3
4
5
6
Исследуемый
раствор
(задача)
По результатам работы оформляют отчет, делают выводы: почему была
выбрана данная длина волны, толщина поглощающего слоя, входит ли полученная
оптическая плотность в оптимальный диапазон, с какой погрешностью была
определена концентрация.
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Выбирают оптимальные параметры, чертят графики, делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
Перечислите основные этапы работы на спектрофотометре ПЭ-5400 В?
2.
Как готовятся стандартные растворы?
3.
Чем отличается стандартный раствор от рабочего раствора?
4.
Какова зависимость интенсивности окрашивания раствора от его
концентрации?
5.
Сформулируйте закон Бугера-Ламберта-Бера?
6.
Что представляет собой градуировочный график?
7.
Выбор каких параметров необходимо сделать во время измерения А?
34
8.
Что такое λ?
9.
Как выбирают оптимальную толщину поглощающего слоя?
10.
Как выбирают оптимальную длину волны?
11.
Что такое светофильтры?
12.
Чему равно оптимальное значение оптической плотности?
13.
Как влияет рН на окрашивание раствора?
14.
Какая зависимость между оптической плотностью и временем λ?
15.
Сформулируйте основной закон светопоглощения?
35
Лабораторная работа № 4
Определение меди в виде аммиаката
Цели:
1. Приобрести практический опыт исследования растворов фотометрическим
методом.
2. Закрепить практический опыт построения градуировочного графика.
3. Определить содержание меди фотометрическим методом.
Сущность метода:
Метод основан на образовании комплексного соединения ионов меди с
аммиаком, обладающего интенсивной сине-фиолетовой окраской.
Процесс взаимодействия ионов меди с аммиаком носит ступенчатый
характер:
Cu2+ + NH3 = [Cu(NH3)] 2+ ,
Cu2+ + 2 NH3 = [Cu(NH3)2 ] 2+ ,
Cu2+ + 3 NH3 = [Cu(NH3)3 ] 2+ ,
Cu2+ + 4 NH3 = [Cu(NH3)4 ] 2+
Так как устойчивость образующихся комплексов различается мало, то в
растворе будет находиться смесь нескольких аммиакатов меди, количественное
соотношение которых зависит от концентрации аммиака, присутствующего в
растворе. Для аналитических целей необходимо выбрать такую концентрацию
аммиака, при которой в растворе будет преобладать один из комплексов. Это
возможно при [NH 3] =10 моль/дм3
Аппаратура и реактивы:
1.
Спектрофотометр ПЭ-5400 В;
2.
Стандартный раствор сульфата меди, содержащий 1 мг Сu в 1 см3;
3.
Аммиак, раствор 5% (масс) ;
4.
Мерные колбы вместимостью 100 см3, мерные цилиндры.
Ход выполнения работы:
1.
Расчеты для приготовления растворов.
36
Рассчитывают навеску (СuSO4∙5H2O) для приготовления 200 см3 раствора с
Т(Cu)= 1 мг/см3 (0,001 г/см3).
Т = m/V => m = T∙V = 0,001∙200 = 0,2 г Cu2+
М (CuSO4 ∙5H2O) = 63,5+32+16∙4+5∙18 = 249,5 г/моль
В 249,5 г CuSO4 ∙5H2O содержится 63,5 г Cu2+
в
Х г CuSO4 ∙5H2O содержится 0,2 г Cu2+
Х =249,5* 0,2/63,5= 0,7858 г
(CuSO4 ∙5H2O) необходимая навеска для
приготовления стандартного раствора.
Рассчитанную
вместимостью 200
навеску
сульфата
см3, растворяют
меди
переносят
кристаллы
в
мерную
колбу
в небольшом количестве
дистиллированной воды, добавляют 1 см3 H2SO4 (1:4) и доводят до метки
дистиллированной водой.
1.
Приготовление серии стандартных растворов.
В 6 мерных колб вместимостью 50 см3 отбирают пипеткой аликвоты
соответственно 0.0; 2.5; 5.0; 7.5; 10.0; 12.5 см 3 стандартного раствора сульфата
меди. В каждую колбу добавляют по 25 см3 5%-го раствора аммиака и доводят до
метки дистиллированной водой.
2.
Выбор оптимальной длины волны.
Из серии стандартных растворов берут колбу со средней интенсивностью
окраски (в которую приливали 7,5 см3 стандартного раствора сульфата меди),
измеряют оптическую плотность данного раствора в диапазоне от 580 до 630 нм
через 10 нм. По полученным данным строят график в координатах: оптическая
плотность – длина волны (А – λ) и по графику определяют оптимальную длину
волны, соответствующую Аmax.
37
Таблица 5. Выбор длины волны
№
Оптическая плотность при длине волны
λ,нм
А1
А2
А3
Аср
3.
Выбор толщины поглощающего раствора.
Используя этот же раствор (с аликвотой 7,5 см3) и выбранную длину волны,
измеряют его оптическую плотность в кюветах с разной толщиной поглощающего
раствора: 50, 30, 20 и 10 мм.
Выбирают ту кювету (и соответственно толщину поглощающего раствора), в
которой значение оптической плотности будет близко к оптимальной величине
(А=0.435), при которой наблюдается наименьшая погрешность измерения.
Таблица 6. Выбор толщины поглощающего слоя
№
Оптическая плотность раствора при толщине поглощающего
слоя
1 см
2 см
3 см
5 см
А1
А2
А3
Аср
4.
Построение градуировочного графика.
Измеряют оптические плотности приготовленных стандартных растворов
(пункт 2) при выбранных значениях длины волны и толщине поглощающего слоя.
Строят градуировочный
график в координатах:
оптическая плотность
–
концентрация (А – С мг/дм3), С=T*Vал/Vм.к.
38
Таблица 7. Построение градуировочного графика
№
V см3
С мг/ см3
С мг/ дм3
Оптическая плотность
раствора
А1
А2
А3
Аср
1
2
3
4
5
6
Задача 1
Задача 2
5.
Определение
содержания
меди
в
растворе
неизвестной
концентрации (Задача 1,2).
Навеску соли (СuSO4∙5H2O), выданную преподавателем, переносят в мерную
колбу, вместимостью 100 см3, приливают 0,5 см3 разбавленной (1:4) серной
кислоты, доводят до метки дистиллированной водой. Затем отбирают две аликвоты
по 10 см3. Раствор соли меди неизвестной концентрации обрабатывают, как
описано выше, готовят две параллельные пробы. Измеряют оптическую плотность,
находят содержание меди в исследуемом растворе по градуировочному графику.
Рассчитывают навеску для приготовления раствора неизвестной концентрации.
Решение:
Рассчитать навеску для приготовления неизвестной концентрации:
Допустим, что концентрация р-ра получилась Сх =0,1 г/дм3 (0,0001 г/см3) по
градуировочному графику.
С=(Т∙Vал)/Vколб => Тх = (Сх ∙ Vколб)/ Vал = (0,0001∙100)/10=0,001 г/см3
Так как раствор готовили в колбе вместимостью 100 см3, то 0.001∙100=0,1 г Cu2+
В 249,5 г CuSO4 ∙5H2O содержится 63,5 г Cu2+
в
Х г CuSO4 ∙5H2O содержится 0,1 г Cu2+
Х = 0,3929 г CuSO4 ∙5H2O
39
6.
Рассчитывают погрешность определения массы навески.
Расчет производят по формуле: х = (Gпрепод – Gрасчит)/ Gпрепод ∙100%
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Выбирают оптимальные параметры, чертят графики,
рассчитывают
массу навески задачи, делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
Какова последовательность действий при работе на спектрофотометре
ПЭ-5400 В?
2.
Как готовят стандартные растворы?
3.
Чем отличается стандартный раствор от рабочего раствора?
4.
Какова зависимость интенсивности окрашивания раствора от его
концентрации?
5.
Сформулируйте закон Бугера-Ламберта-Бера?
6.
Как строится градуировочный график?
7.
Подчиняется ли градуировочный график закону Бугера- Ламберта-
8.
Как выбирают оптимальную толщину поглощающего слоя?
9.
Как выбирают оптимальную длину волны?
Бера?
40
Лабораторная работа № 5
Определение железа с сульфосалициловой кислотой
Цель работы:
1. Закрепить теоретические основы метода фотометрии;
2. Приобрести практический опыт работы на приборах КФК-03-01 и ПЭ5400В;
3. Определить
содержание
железа
с
сульфосалициловой
кислотой
фотометрическим методом.
Сущность метода:
Метод количественного определения иона Fe (III) основан на образовании
окрашенных комплексов с сульфосалициловой кислотой.
Железо (III) в зависимости от кислотности раствора образует с сульфосалициловой
(2-гидрокси-5-сульфобензойной)
кислотой
ряд
окрашенных
комплексов:
1.
При рН 1,8 – 2,5 образуется красно-фиолетовый катионный комплекс -
моносульфосалицилат Fe(III) (λmax = 510 нм),
2.
При
рН
4–8
в
растворе
преобладает
комплексный
анион
дисульфосалицилата железа (III) коричнево-оранжевого цвета.
3.
В щелочных средах (9< рН < 11,5) образуется комплекс желтого цвета
(λmax = 416 нм).
4.
При рН > 12 происходит его разложение с выпадением в осадок
гидроксида железа.
В щелочной среде Fe(II) легко окисляется до Fe(III), и с помощью
сульфосалициловой кислоты можно проводить как определение Fe(II), так и
определение суммарного содержания Fe(II) и Fe(III).
Аппаратура и реактивы:
41
1.
Фотометр (спектрофотометр) любого типа;
Основной стандартный раствор: железо (III) аммоний сульфат
2.
(железоаммонийные квасцы) (NH4)Fe(SO4)2∙12Н20,
Т(Fe)= 0,1 мг/см3. Навеску
железоаммонийных квасцов (0,8634 г) помещают в мерную колбу вместимостью
1000
см3,
растворяют
в
дистиллированной
воде,
прибавляют
2
см 3
концентрированной серной (соляной) кислоты и доводят водой до метки. В 1 дм 3
содержится 100 мг железа;
3.
Рабочий
стандартный
раствор:
железо
(III)
аммоний
сульфат
(железоаммонийные квасцы) (NH4)Fe(SO4)2∙12Н20, Т(Fe)= 0,01 мг/см3;
4.
5.
20% раствор сульфосалициловой кислоты;
2 М раствор NH4Cl (m=Сэкв*V*Mэ=2*0,1*53,49=10,698 г NH4Cl навеска в
мерной колбе на 100 см3);
6.
Аммиак 1:1;
7.
Колбы мерные вместимостью 100, 50 см3 , цилиндр 20 или 25 см3 ;
8.
Пипетки градуированные вместимостью 10 см3 .
Порядок выполнения работы:
1.
Готовят рабочий стандартный раствор железоаммонийных квасцов с
Т(Fe)= 0,01 мг/см3. Для этого в мерную колбу вместимостью 100 см3 вносят 10 см3
основного стандартного раствора железоаммонийных квасцов с Т(Fe)= 0,1 мг/см3 и
содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой.
2.
Готовят 5 эталонных растворов из рабочего стандартного раствора с с
Т(Fe)= 0,01 мг/см3. Для этого в мерные колбы вместимостью 50 см3 вносят 0
(раствор сравнения); 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 и 10 см 3 рабочего стандартного раствора
Т(Fe)=0,01 мг/см3 железоаммонийных квасцов, по 1 см3 хлорида аммония, по 1 см3
сульфосалициловой кислоты, по 2 см3 аммиака и добавляют цилиндром 20 см3
дистиллированной воды, проверяют рН (рН должен быть 7-8 по индикаторной
бумаге), затем содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой.
Тщательно перемешивают и оставляют на 5 мин для развития окраски.
42
3.
В области 400 - 450 нм поочередно через каждые 10 нм измеряют
оптическую плотность стандартного раствора со средней интенсивностью окраски
по отношению к раствору сравнения в кювете длиной 50 мм. В качестве λmax
выбирают ту, при которой оптическая плотность максимальна.
Таблица 8. Выбор длины волны
№
Оптическая плотность при длине волны
λ,нм
А1
А2
А3
Аср
4.
Измеряют оптическую плотность стандартного раствора со средней
интенсивностью окраски при оптимальной длине волны в разных кюветах и
выбирают ту, в которой оптическая плотность близка к оптимальному значению
(А=0.435).
Таблица 9. Выбор толщины поглощающего слоя
№
Оптическая плотность раствора при толщине
поглощающего слоя
1 см
2 см
3 см
5 см
А1
А2
А3
Аср
5.
оптическую
В выбранной кювете при оптимальной длине волны измеряют
плотность
всех
эталонных
растворов
относительно
раствора
сравнения. Измерения повторяют до получения трех воспроизводимых результатов
и данные заносят в таблицу.
43
Таблица 10. Построение градуировочного графика
№
V см3
С мг/ см3
С мг/ дм3
раствора
Оптическая плотность
А1
А2
А3
Аср
1
2
3
4
5
Задача 1
Задача 2
По средним значениям оптической плотности эталонных растворов
6.
строят градуировочный график в координатах А – f (Смг/дм3)
7. У преподавателя получают исследуемый раствор (Задача1,2), содержащий
ионы железа. По оптической плотности анализируемого раствора с помощью
графика определяют концентрацию железа(III) в мг/дм3.
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Выбирают оптимальные параметры, чертят графики,
находят
концентрацию навески задачи, рассчитывают погрешность:
х = (Gпрепод – Gрасчит)/ Gпрепод ∙100% , делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
В какой последовательности выполняется работа на спектрофотометре
ПЭ-5400 В?
2.
Как готовят стандартные растворы?
3.
Чем отличается стандартный раствор от рабочего раствора и от
эталонного раствора?
4.
Какова зависимость интенсивности окрашивания раствора от его
концентрации?
44
5.
Сформулируйте закон Бугера-Ламберта-Бера
6.
Что представляет собой градуировочный график?
7.
Как выбирают оптимальную толщину поглощающего слоя?
8.
Как выбирают оптимальную длину волны?
9.
Как рассчитывают концентрацию С мг/дм3 ионов железа?
10.
Какие окрашенные комплексы образуются при взаимодействии
железа с сульфосалициловой кислотой? Что влияет на образование комплексов?
11.
Рассчитать разбавление концентрированного аммиака с помощью
правила креста? (Необходимо 100 см 3: 2%, 5%, 7,5%, 12%, 15%, 17%, 20%
аммиака)
45
Лабораторная работа № 6
Изучение устройства рефрактометра. Измерение показателя
преломления. Рефрактометрическое определение солей
Цели:
1. Изучить устройство и порядок работы рефрактометра;
2. Приобрести практический опыт работы на рефрактометре;
3. Измерить показатели преломления дистиллированной воды, стандартных
растворов и задачи;
4.
Определить
градуировочного
концентрацию
графика,
по
вещества
таблицам
в
растворе
показателей
с
помощью
преломления
и
по
рефрактометрическому фактору.
Теоретические основы:
Рефрактометрия — это совокупность методов физико-химического
исследования жидкостей, минералов и растворов, основанных на измерении их
показателей преломления. Основными достоинствами рефрактометрии являются
быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность (около 0,01%).
При пересечении лучом света границы раздела двух прозрачных сред
направление луча изменяется, луч преломляется. Это явление носит название
р е ф р а к ц и и , т. е. преломления света. Угол α, образованный направлением
падающего луча света с нормалью, называется углом падения, а угол β,
образованный
направлением
преломленного
луча
с
продолжением
этой
нормали,— углом преломления (рис.1). Согласно закону преломления света, для
оптически однородных сред отношение синусов углов падения и преломления
есть величина постоянная и называется показателем преломления n, который
рассчитывается по уравнению 3:
n
sin 
sin 
(3)
Показатель преломления зависит от природы вещества, его плотности,
концентрации, длины волны падающего света, давления среды, температуры.
46
При прочих постоянных условиях n пропорционален только концентрации
вещества.
Рис. 11 Преломление светового потока
α – угол падения света; β – угол преломления света
Приборы, служащие для измерения показателя преломления, называются
рефрактометрами. В основе их работы лежит принцип измерения предельного
угла преломления.
Если угол падения луча равен 90 0, то луч света, преломляясь в другую
среду, образует предельный угол преломления (рис.12).
Рис. 12 Предельный угол преломления γ = 90° (рис. В)
Если для одной среды известен показатель преломления n2 , то показатель
второй среды n1 легко определить, измерив предельный угол преломления β;
предельный угол определяют по границе света и тени, наблюдаемой в
рефрактометре.
При этом существует зависимость:
n1 = n2·sin β (4)
47
В качестве одной среды используют стекло (стеклянные призмы) с
известными значением n2 , второй средой служит раствор, показатель преломления
которого необходимо измерить.
Перед производством измерений показания рефрактометра проверяют по
дистиллированной воде ( n 20
Д  1,3330 ).
Все измерения проводят при постоянной температуре, т.к.
Показатель преломления
ntД
ntД зависит от нее.
обозначают с индексами t и Д. Индекс t обозначает
температуру, при которой производят измерения. Индекс Д обозначает желтую
линию Д в спектре Na , т.к. в лабораториях рефрактометрическим источником
света обычно служит натриевая лампа, испускающая желтый свет.
Устройство рефрактометра ИРФ-454 Б2М:
Основные сборочные единицы смонтированы в металлическом корпусе
(рис.13). На одной боковой панели размещено зеркало 11, на другой – два маховика
5 и 6. На верхней панели находится окуляр. На передней панели смонтирован
призменный рефрактометрический блок, состоящий из двух частей: верхней и
нижней. Верхняя подвижная часть является осветительной призмой 14, а нижняя
неподвижная часть является измерительной призмой 15. Для проведения
измерений осветительную призму за рукоятку 8 следует откинуть на угол -100°.
Так как показатель преломления исследуемого вещества (особенно
жидкости) в значительной мере зависит от температуры, то для контроля
температуры измерительной призмы следует использовать термометр, а при
необходимости для поддержания постоянной температуры в оправах призм
предусмотрены камеры, через которые пропускают термостатированную воду.
Подавать и отводить воду через резиновые шланги, надеваемые на штуцеры 7 и 9.
Изменение направления светового потока и его преломление на границе
раздела сред показано на рис. 14
48
Рис. 13 Устройство рефрактометра ИРФ-454 Б2М: 5 и 6 - маховики; 7 и 9 - штуцеры; 8 –
рукоятка призменного блока;11 - зеркало; 14 – осветительная призма; 15 – измерительная
призма
Рис.14 Схема призм рефрактометра: 1 - призма измерительная; 2 – жидкость
исследуемая: 3 - призма осветительная
49
Принцип действия:
Принцип
действия
рефрактометра
основан
на
явлении
полного
внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с
разными показателями преломления.
Рефрактометром можно исследовать вещества с показателем преломления от
1.2 до 1.7, а также определять массовую долю растворимых в воде сухих веществ.
Все измерения следует проводить в «белом» свете (дневном или электрическом).
Показатель преломления прозрачных сред следует измерять в проходящем
свете, (при открытом верхнем окошечке призменного блока) а полупрозрачных и
мутных - в отраженном свете (при открытом нижнем окошечке призменного блока).
Рефрактометрическое измерение:
Определение концентрации вещества в растворе можно проводить с
помощью градуировочного графика, по справочным таблицам показателей
преломления и по рефрактометрическому фактору.
Градуировочный график строят по показателям преломления стандартных
растворов известной концентрации. Он представляет собой прямую линию,
выходящую из начала координат. На оси ординат откладывают разность
показателей преломления стандартных растворов и растворителя, а на оси абсцисс
– значения концентрации стандартных растворов.
Измерив
n
анализируемого
раствора,
по
графику
определяют
его
концентрацию.
Для многих веществ разработаны таблицы (табл. 11), в которых приведены n
растворов с известной концентрацией.
Таблица 11.
2%
Справочные значения коэффициентов преломления
4%
6%
8%
10%
CaCl2
1,33788
1,34251
1,34703
1,35151
1,35589
KCl
1,33589
1,33848
1,34106
1,34355
1,34598
NaCl
1,33667
1,34002
1,34332
1,43651
1,34963
50
Показатели преломления
n17Д
основных растворителей имеют следующие
значения: вода - 1,33309; этанол- 1,3613.
Рефрактометрический фактор F показывает увеличение показателя
преломления раствора при возрастании его концентрации на 1%.
F фактор и С определяют по формулам:
F
n p  n0
C
(5)
F1 
n p  n0
C1 %

(6)
F
Fi
k
(7)
C
n p  n0

(8)
F
nр, n0 – показатели преломления раствора и растворителя;
k – количество стандартных растворов;
Например: для NaCl фактор F (используя
n17
D
4% раствора) равен:
F = (1,34002 - 1,33309)/4 = 0,0017325
По фактору, зная n раствора и растворителя, рассчитываем концентрацию
раствора.
Реактивы и оборудование:
1.
Рефрактометр ИРФ;
2.
Стаканы, пипетки;
3.
Мерные пробирки;
4.
КCl раствор.
Порядок выполнения работы
1. Рассчитывают навеску соли хлорида калия для приготовления 50 cм3
20%-го раствора.
2. Готовят из 20%-го р-ра хлорида калия водные растворы 12; 10; 8; 6; 4;
2%-ой концентрации объемом V = 10 cм3 методом разбавления.
3. Готовят прибор к работе. Перед началом измерений показания
рефрактометра проверяют по дистиллированной воде:
3.1 Открывают зеркало (слева от окуляра);
3.2 Открывают верхнее окошечко призменного блока (нижнее должно быть
закрыто);
51
3.3
Открывают
призменный
блок,
наносят
пипеткой
1-2
капли
дистиллированной воды на нижнюю призму и закрывают призменный блок.
3.4 Смотрят в окуляр и с помощью верхнего маховика с цифрами убирают
цветную кайму и добиваются четкой границы раздела света и тени;
С помощью нижнего маховика (без цифр) устанавливают границу
3.5
раздела света и тени в середину перекрестия, при этом движется шкала показателя
преломления (верхняя);
3.6
По
верхней
шкале
записывают
показатель
преломления
дистиллированной воды;
3.7 Показатель преломления измеряют не менее 3-х раз, для этого убирают
фильтровальной бумагой предыдущую каплю воды и наносят на нижнюю призму
новую каплю;
3.8 Рассчитывают среднее арифметическое значение показателя преломления
дистиллированной воды.
4. Проводят измерения показателей преломления приготовленных растворов
разной
концентрации.
При
измерении
показателя
преломления
каждого
последующего раствора нижнюю призму промывают дистиллированной водой и
вытирают фильтровальной бумагой.
5. Проводят измерения показателей преломления 2 проб раствора неизвестной
концентрации (по указанию преподавателя).
6. Результаты измерений записывают в таблицу 12.
Таблица 12. Зависимость показателя преломления от концентрации
С, %
2%
4%
6%
8%
10%
12%
Проба 1
Проба 2
n1
n2
nср
nр-ра – nр-ля
7. Строят градуировочный график в координатах (nр-ра – nр-ля) – С, %.
52
8. Определяют концентрацию анализируемого вещества по градуировочному
графику, сравнивают результаты с контрольными значениями,
рассчитывают
погрешность измерения.
9.
Рассчитывают
показатель
преломления
двух
проб
по
рефрактометрическому фактору, используя табличные значения (таблица 12)
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
По полученным данным измерения на рефрактометре, чертят график,
находят концентрацию задачи, рассчитывают погрешность:
х = (Gпрепод – Gрасчит)/ Gпрепод ∙100% , делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
Охарактеризуйте устройство и порядок работы на рефрактометре?
2.
Чему равен показатель преломления n по дистиллированной воде?
3.
Что такое рефракция?
4.
Чему равен показатель преломления n?
5.
От каких факторов зависит показатель преломления?
6.
Перечислите достоинства метода рефрактометрии?
7.
Что такое рефрактометрический фактор?
8.
Как рассчитать F?
9.
Решить задачу: рассчитать массу навески хлорида натрия для
приготовления: 50 см3 15% раствора; 110 см3 12% раствора; 50 см3 10% раствора;
10 см3 5% раствора; 50 см3 7% раствора;
10.
Решить задачу: методом разбавления с помощью правила креста
получить 100 см3 разбавленного раствора из 50 % концентрированного раствора
NaCl : 12% ; 25%; 30%; 45%;
53
Лабораторная работа № 7
Определение концентрации ионов водорода методом прямой
потенциометрии
Цели:
1. Закрепить теоретические основы метода потенциометрии;
2.
Изучить порядок работы рН-метра и приобрести практический опыт
работы на нем;
3. Измерить рН буферных растворов. Определить рН воды.
Теоретические основы:
Электрохимические
методы
анализа
основаны
на
использовании
ионообменных или электронообменных процессов, протекающих на поверхности
электрода или в приэлектродном пространстве. Аналитическим сигналом служит
любой электрический параметр (потенциал, сила тока, сопротивление и др.),
функционально связанный с составом и концентрацией раствора.
Электрохимические методы анализа играют важную роль в современной
аналитической химии, поскольку характеризуются высокой чувствительностью,
низкими
пределами
содержаний,
обнаружения,
простотой
и
широким
невысокой
интервалом
стоимостью
определяемых
аппаратуры.
К
числу
существенных достоинств электроаналитических методов относится широкий
спектр их практического применения - от определения следов токсичных металлов
в водах, атмосферных осадках, других объектах окружающей среды до
идентификации и количественного определения сложных органических веществ,
включая лекарственные препараты, белки и нуклеиновые кислоты, пестициды.
Потенциометрические методы:
Потенциометрический
электродвижущей
Гальванический
(измерительного)
силы
элемент
и
метод
(ЭДС)
состоит
электрода
анализа
обратимых
из
двух
сравнения
основан
на
измерении
гальванических
элементов.
электродов:
(стандартного),
индикаторного
погруженных
в
исследуемый раствор.
54
В потенциометрии используют два класса индикаторных (измерительных)
электродов:
1.
Электроды,
на
межфазных
границах
которых
протекают
электронообменные процессы. В основном это активные металлические электроды
I рода (серебряный, медный, кадмиевый и др.) и инертные электроды (платиновый,
золотой).
2.
Электроды, на межфазных границах которых протекают ионообменные
процессы - ионоселективные электроды (стеклянный).
При потенциометрическом определении анализируемая система находится в
равновесии, величина электродвижущей силы (ЭДС, Е) такой системы связана с
активностью определяемого иона (в данном случае иона Н+) и
выражается
уравнением Нернста (9):
E  E0 
где
 
RT
RT
RT
ln H   E 0  2,3
lg[ H  ]  E 0  2,3
pH
nF
nF
nF
Е0 – стандартный
потенциал,
который
(9)
определяется
выбором
вспомогательных электродов сравнения и их электродных потенциалов;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314, Дж/моль∙град;
T – абсолютная температура, 0 К;
n – количество электронов (ионов), участвующих в реакции;
F – постоянная Фарадея, равная 96500.
Стеклянный электрод (электрод измерения) относят к ионоселективным
электродам мембранного типа. Водородная функция стеклянных электродов
объясняется особым химическим составом электродного стекла. На рис. 15
показана конструкция стеклянного электрода. Он имеет форму пробирки 6 с
тонкостенным шариком на конце 1 (из специального электродного стекла),
наполненную раствором 2 с постоянным рН. В этот раствор погружена серебряная
проволока 5, покрытая хлоридом серебра.
Перед работой стеклянный электрод выдерживают несколько часов в 0,1 М
растворе HCI. При этом в поверхностные слои электродного стекла интенсивно
проникают из раствора ионы водорода, вытесняя ионы содержащегося в стекле
55
щелочного металла (например, натрия), и в системе устанавливается равновесие.
Равновесие нарушается, если поместить электрод в раствор с другим значением
рН. Таким образом, электродная реакция стеклянного электрода не связана с
переходом электронов, а сводится к обмену ионами водорода между стеклом (Н+ст)
и раствором (Н+ р-р).
а
б
Рис.15 (а) Хлорсеребряный электрод (типа ЭВЛ-1МЗ):
1 — нить асбестовая; 2 — корпус; 3 — насыщенный раствор КС1; 4- электролитический
ключ; 5, 8 — пробки; 6 — полость; 7 — контактный полуэлемент; 9 — колпачок; 10 —
резиновая пробка
Рис.15 (б) Стеклянный электрод:
1 — мембрана; 2 — раствор; 3- парафин; 4, 7 — резиновые пробки; 5 — нить; 6— корпус; 8 — эпоксидный компаунд; 9 — колпачок
Между стеклом и раствором возникает разность потенциалов, которая
зависит от рН. Уравнение Нернста для стеклянного электрода при температуре 298
К имеет вид (10):
Ест.эл = Е°ст.эл + 0,059∙ lg aH+ = Е°ст.эл - 0,059∙ рН,
(10)
Ест.эл — потенциал стеклянного электрода;
Е°ст.эл— константа, зависящая от состава стекла и других свойств
стеклянного электрода.
56
Из этого уравнения следует, что потенциал стеклянного электрода линейно
зависит от рН раствора. Интервал рН, в котором стеклянный электрод
функционирует как водородный электрод, составляет обычно 0,5—12.
Серийно выпускаются стеклянные электроды для измерения рН ЭСЛ-ПГ-05;
ЭСЛ-41Г-04; ЭСЛ-63-07, ЭСЛ-43-07.
Хлорсеребряный
электрод
(электрод
сравнения).
Хлорсеребряный
электрод сравнения представляет собой стеклянную пробирку 2, в которую
погружена серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра (контактный
полуэлемент 7). Перед работой электрод заполняют насыщенным раствором KCI
3. Потенциал хлорсеребряного электрода подчиняется уравнению Нернста (11):
Е=Е0Ag+/Ag + 0,059/n ∙lgaAg+
или
Е=Е0Ag+/Ag - 0,059/ n ∙lg aCl-
(11)
Потенциал хлоридсеребряного электрода определяется активностью хлоридионов в растворе и является величиной постоянной, не зависящей от содержания
ионов водорода в растворе. Поэтому он используется как электрод сравнения.
Промышленность выпускает хлоридсеребряные электроды ЭВЛ-1МЗ, ЭВЛ1М1.
Метод прямой потенциометрии основан на определении разности
электродных потенциалов, возникающих между двумя
электродами,
которые
опущены в анализируемый раствор. Он позволяет непосредственно измерять
равновесный потенциал, определять рН раствора и активности ионов в растворе.
Косвенный потенциометрический метод – это потенциометричеcкое
титрование. Он основан на резком скачкообразном изменении потенциала
индикаторного
электрода
потенциометричеcком
вблизи
титровании
точки
регистрируют
эквивалентности.
изменение
При
электродного
потенциала в процессе химической реакции между определяемым веществом и
титрантом. В косвенном
конечную
точку
потенциометрическом методе по графику находят
титрования
и
рассчитывают
содержание
вещества
в
анализируемом растворе.
Аппаратура и реактивы:
1.
рН-метр любой марки (рис. 16);
57
2.
Стеклянный ионоселективный электрод измерения;
3.
Насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения;
4.
Электромагнитная мешалка;
5.
Стаканчики вместимостью 100 см3 или 50 см3 – 3 шт;
6.
Стандарт-титры для рН-метра с рН = 4,01; рН = 6,86; рН = 9,18;
7.
Дистиллированная вода;
8.
Раствор NaOH с концентрацией 0,1 моль/дм3.
Порядок выполнения работы:
1.
Градуировка прибора:
1.1
Подключают прибор к сети 220 В с помощью сетевого шнура и
прогревают 15 – 20 минут;
1.2 Выбирают методику анализа (рН в воде). Подтверждают выбор данной
методики;
1.3
В меню выбирают функцию «Градуировка»;
1.4
Проверку и настройку рН-метра проводят по стандартным растворам с
рН = 4,01, рН = 6,86 и рН = 9,18.
Рис. 16 рН-метр/иономер
58
1.5
Индикаторный электрод перед каждым погружением в измеряемый
раствор тщательно промывают дистиллированной водой и осторожно удаляют
воду с его поверхности фильтровальной бумагой.
1.6
В стаканчик наливают стандартный буферный раствор и опускают в
него электроды так, чтобы раствор полностью покрывал шарик стеклянного
электрода. Нижний конец хлорсеребряного электрода должен быть ниже шарика
стеклянного электрода.
1.7
После вывода на дисплей прибора значений рН и Е стандартных
буферных растворов нажимают кнопку «График», на дисплее появится график
зависимости потенциала от рН.
2. Определение рН воды:
2.1 Выходят в меню и выбирают функцию «Анализ»;
2.2 Получают у преподавателя исследуемую пробу;
2.3 Электроды перед погружением в раствор промывают дистиллированной
водой и удаляют остатки воды фильтровальной бумагой;
2.4 Стаканчик с исследуемой пробой устанавливают на подставку штатива магнитную мешалку;
2.5 Снимают показания значения рН и Е по цифровому табло;
2.6 Измерение рН каждой пробы проводят 3 раза. Результат заносят
в
таблицу 13.
Таблица 13. Результаты определения рН воды
Исследуемые
объекты
дистиллированная
вода
водопроводная вода
Водородный
показатель рН
Электродный
потенциал Е, мВ
исследуемая проба
59
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
Определяю рН дистиллированной воды, водопроводной воды,
исследуемой пробы, делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
Каково устройство и порядок работы на рН-метре?
2.
Как проводится градуировка прибора?
3.
Что представляют собой электрохимические методы анализа?
4.
Напишите уравнение Нернста?
5.
Что представляют собой потенциометрические методы анализа?
6.
Устройство стеклянного электрода, его подготовка к работе?
7.
Устройство хлорсеребряного электрода, его подготовка к работе?
8.
Каково число Фарадея?
9.
Где применяются буферные растворы?
10.
Что такое ЭДС?
60
Лабораторная работа № 8
Определение содержания уксусной кислоты методом
потенциометрического титрования
Цели:
1. Приобрести практический опыт потенциометрического титрования;
2. Построить графическую зависимость электродного потенциала от
объема титранта;
3. Определить по графику конечную точку титрования и рассчитать
содержание уксусной кислоты в растворе.
Теоретические основы:
Косвенный
скачкообразном
потенциометрический
изменении
электродного
метод
основан
потенциала
на
вблизи
резком
точки
эквивалентности. При потенциометричеcком титровании регистрируют изменение
потенциала в процессе химической реакции между определяемым веществом и
титрантом. В косвенном
потенциометрическом методе строят графическую
зависимость электродного потенциала от объема титранта, по графику находят
конечную
точку
титрования
и
рассчитывают
содержание
вещества
в
анализируемом растворе.
В методе потенциометрического титрования используют реакции основных
типов:
кислотно-основные,
окислительно-восстановительные,
процессы
осаждения, а также комплексообразования.
Индикаторный электрод выбирают в зависимости от типа химической
реакции и природы потенциалопределяющих ионов.
В кислотно-основном титровании в качестве индикаторного используют
стеклянный электрод измерения. При титровании по методу окислениявосстановления в качестве индикаторных применяют платиновые электроды. При
титровании с образованием малорастворимых и комплексных соединений в
качестве индикаторных используют металлические электроды из серебра и ртути.
61
Потенциальное титрование широко используют в технологическом
контроле пищевых производств для определения общей (титруемой) кислотности
пищевых продуктов (хлеба, молока, молочных продуктов, напитков и др.), а также
количественного определения кислот, щелочей, солей.
В основе кислотно-основного титрования лежит реакция:
СНзСООН + NaOH = CH3COONa + H2О
Установка
для
потенциометрического
титрования
состоит
из
электрохимической ячейки (стакан с исследуемым раствором, в который погружены
индикаторный электрод и электрод сравнения) и бюретки, заполненной титрантом
(рис. 17).
Рис. 17. Установка для потенциометрического титрования
1 — стакан для титрования; 2 — индикаторный электрод; 3 — электрод сравнения;
4 — бюретка; 5 — магнит; 6 — исследуемый раствор;
7 — магнитная мешалка; 8 — рН-метр
В стакан с анализируемым раствором порциями приливают из бюретки
титрант и фиксируют значение рН (или электродного потенциала Е). Возможные
графические зависимости для определения конечной точки титрования
представлены на рис. 18.
62
Рис. 18 Виды потенциометрических кривых
а – интегральная кривая; б – дифференциальная кривая;
в – кривая по второй производной
Аппаратура и реактивы:
1.
рН-метр любой марки;
2.
Стеклянный ионоселективный электрод;
3.
Насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения;
4.
Электромагнитная мешалка;
5.
Стаканчики вместимостью 100 см3 и 50 см3;
6.
Бюретка вместимостью 25 см3; пипетка вместимостью 10 см3;
7.
Мерная колба вместимостью 100 см3;
8.
Стандарт-титры для рН-метра с рН = 4,01; рН = 6,86; рН = 9,18;
9.
Дистиллированная вода;
10.
Стандартный раствор НСl, 0,1 моль/дм3 (готовят из фиксанала);
11.
Раствор NaOH, 0,1 моль/дм3;
12.
Исследуемый раствор уксусной кислоты.
Порядок выполнения работы:
1.
Подготовка к работе электродов и настройка прибора по
буферным растворам. Стеклянный электрод выдерживают в слабом растворе
кислоты (0,1 М р-р НСl), хлорсеребряный электрод заполняют 1 М раствором KCl.
Настройку прибора проводят по буферным растворам с рН = 4,01, рН = 6,86, рН =
9,18.
2.
Стандартизация раствора гидроксида натрия. Концентрацию
раствора гидроксида натрия предварительно устанавливают по 0,1 М
63
раствору НСl, приготовленному из фиксанала, методом потенциометрического
титрования.
Сначала проводят ориентировочное титрование. Для этого в стакан для
титрования пипеткой
вводят 10 см 3 р-ра
добавляют столько
NaOH,
дистиллированной воды, чтобы покрыть поверхность электродов. Бюретку
заполняют 0,1 М р-ром НСl с точной концентрацией и прибавляют титрант по
1,0 см3, снимая показания прибора (рН).
Находят объем титранта,
приблизительно соответствующий конечной точке титрования. Результаты
измерений заносят в таблицу 14.
Таблица 14 - Результаты ориентировочного титрования раствора NaOH
Объем 0,1 М р-ра НСl (V), см3
рН
Затем приступают к точному титрованию в области скачка Е (рН), для чего
в чистый стакан для титрования вносят новую аликвоту 10 см3 испытуемого
раствора NaOH, бюретку с 0,1 М р-ром НСl доливают до нулевого значения и
прибавляют титрант по 0,2 см 3 , записывая значения рН. Результаты измерений
заносят в таблицу 15.
Таблица 15 - Результаты точного титрования раствора NaOH
Объем 0,1 М р-ра НСl (V), см3
рН
Строят графическую зависимость рН от объема титранта (0,1 М р-ра НСl) и
находят по графику объем титранта, соответствующий КТТ (VHCl). По оси ординат
откладывают значения рН, по оси абсцисс – значение объема титранта. По
64
объему р-ра НСl, затраченного на титрование раствора щелочи, вычисляют
концентрацию щелочи по формуле (12):
С NaOH 
3.
Определение
содержания
C HCl  VHCl
VNaOH
уксусной
(12)
кислоты.
Полученный
контрольный раствор в мерной колбе вместимостью 100 см3 разбавляют
дистиллированной водой до метки. Для анализа отбирают пипеткой аликвотную
часть (10 см3), переносят в стакан для титрования. В стакане исследуемый раствор
разбавляют небольшим количеством дистиллированной воды так, чтобы электроды
были
погружены
в
стандартизированным
раствор
на
1,5
-
2
см.
Бюретку
заполняют
р-ром NaOH с установленной концентрацией.
Сначала проводят ориентировочное титрование, прибавляя из бюретки по
1,0 см3 р-ра щелочи, снимая показания прибора (рН).
Результаты заносят в
таблицу 16.
Таблица 16 - Результаты ориентировочного титрования раствора СНзСООН
Объем р-ра NaOH (V), см3
рН
Затем приступают к точному титрованию в области скачка Е (рН), для
этого в чистый стакан для титрования вносят новую аликвоту 10 см3 исследуемого
раствора СНзСООН, бюретку с р-ром NaOH доливают до нулевого значения и
прибавляют титрант по 0,2 см 3 , записывая значения рН. Результаты измерений
заносят в таблицу 17.
Таблица 17 - Результаты точного титрования раствора СНзСООН
Объем р-ра NaOH (V), см3
рН
65
По результатам титрования строят график в координатах: рН - VNaOH, cм3. По
оси ординат откладывают значения рН, по оси абсцисс – значение объема NaOH
и определяют конечную точку титрования.
Граммовое содержание уксусной кислоты в исследуемом растворе
вычисляют по формуле (13):
m
C NaOH  VNaOH  M СН 3СООН  1 / F  Vk
(13)
Vал  1000
m – содержание уксусной кислоты в растворе, г;
CNaOH - молярная концентрация раствора NaOH, моль/дм3;
VNaOH - объем раствора NaOH, израсходованного на титрование, (найденный по
графику), см3;
V ал - объем аликвоты кислоты, см 3;
Vк - вместимость мерной колбы, см3;
MCH3COOH - молярная масса уксусной кислоты, г/моль;
F – фактор эквивалентности уксусной кислоты (для СН3СООН F=1).
По результатам работы:
1.
Оформляют отчет;
2.
По полученным данным, чертят график,
находят
граммовое
содержание уксусной кислоты в исследуемом растворе, делают вывод;
3.
Отвечают на теоретические вопросы.
Вопросы для защиты работы:
1.
Как устроен рН-метр, каков порядок работы на нем?
2.
Как осуществляется градуировка прибора?
3.
Что представляет собой конечная точка титрования?
4.
Напишите уравнение Нернста?
5.
Охарактеризуйте потенциометрические методы анализа?
6.
Устройство стеклянного электрода, его подготовка к работе?
7.
Устройство хлорсеребряного электрода, его подготовка к работе?
8.
Чем отличается точное титрование от ориентировочного титрования?
9.
Что такое стандартизация раствора?
66
Лабораторная работа № 9
Количественное определение солей с применением
ионообменной хроматографии
Цели:
1. Закрепить теоретические основы метода ионообменной хроматографии;
2. Приобрести практический опыт подготовки ионообменной колонки к
работе;
3.
Рассчитать
содержание
соли
в
навеске,
используя
методы
ионообменной хроматографии и потенциометрического титрования.
Теоретические основы:
Открытое более 100 лет назад явление ионного обмена – это обратимый
процесс стехиометрического обмена между двумя контактирующими фазами раствором электролита (соли) и ионитом (сорбентом).
Большое
значение
ионный
обмен
имеет
в
агрохимии,
процессах
жизнедеятельности и химическом анализе. Метод ионообменной сорбции
применяют: для умягчения или обессоливания воды (например, для опреснения
морской воды), удаления солей из сахарных сиропов, молока, вин, растворов
лекарственных препаратов (антибиотиков, витаминов, алкалоидов), для удаления
ионов кальция из плазмы крови перед ее консервацией. Так же, для очистки от
минеральных ионов растворов органических реагентов, для очистки сточных вод от
фенола и тяжелых металлов, а также для извлечения (концентрирования) ценных
ионов, находящихся в микродозах в растворе (например, редкоземельных элементов.
Ионный обмен широко применяют в гидрометаллургии - для извлечения
благородных, цветных и редких металлов из сбросных растворов (например, ионов из
стоков гальванических цехов), для улавливания и концентрирования радиоактивных
ионов и ионов меди из стоков медно-аммиачного производства искусственного
шелка.
Одной из наиболее важных областей применения ионного обмена является
ионообменная хроматография (ИОХ)- разделение сложной смеси электролитов в
разбавленном растворе. Хроматографическую колонку заполняют ионитами 67
ионообменными
сорбентами
минерального
происхождения
(силикатами,
алюмосиликатами) или синтетическими полимерными органическими сорбентами
(полистирольными,
фенолформальдегидными
аминоформальдегидными
и
полиаминовыми
катионитами
анионитами).
или
Наиболее
распространенным является взгляд на механизм ионного обмена как гетерогенную
химическую реакцию двойного обмена: 2RH + CaC12 = 2RH+Ca2+ + 2С1- = R2Ca +
2НС1
Как видно из этого уравнения, неорганические или органические ионы
поглощаются ионитом, но если потом промыть колонку раствором кислоты (правая
часть уравнения), реакция пойдет в другую сторону (справа налево). В результате
удерживаемые ионитом ионы снова перейдут в раствор. Этот процесс сорбции и
последующего вытеснения ионов и является собственно хроматографическим
разделением в ИОХ.
Иными словами, процесс разделения в ИОХ состоит в том, что в колонку
вводят небольшое количество анализируемого раствора (смесей ионов) и
промывают ее специально подобранным растворителем. Разделенные ионы
перемещаются вдоль хроматографической колонки с различными скоростями в
зависимости от их сродства к иониту, и на выходе из колонки детектируются,
например, с помощью УФ-детектора.
Используемые
алюмосиликаты
и
ранее
другие
естественные
соединения)
ионообменники
не
обладали
(различные
достаточной
воспроизводимостью свойств, не были химически устойчивыми. Поэтому
существенного практического значения не имели. Применяемые в настоящее
время синтетические ионообменники, лишены многих недостатков, присущих
естественным ионообменникам. Они обладают рядом важных достоинств:
имеют высокую обменную емкость и воспроизводимые ионообменные и другие
свойства, устойчивы к действию кислот и оснований, не разрушаются в
присутствии многих окислителей и восстановителей. Обычно синтетический
ионообменник представляет собой высокополимер, например поперечно-сшитый
полистирол, содержащий различные функциональные группы, которые и
68
определяют наиболее характерные свойства смол. Органические ионообменные
смолы имеют широкое практические применение.
В зависимости от знака разряда функциональных групп ионообменные смолы
являются катионитами или анионитами. Катиониты содержат кислотные
функциональные группы [-SОз-], [-СОО-], [-РОз]- , поэтому каркас катионита,
несущий
фиксированные
отрицательные
заряды,
заряжен
отрицательно.
Отрицательные заряды каркаса компенсируются положительными зарядами
противоионов, так что в целом катионит остается электронейтральным. Однако
противоионы, в данном случае катионы, в отличие от функциональных групп
каркаса обладают подвижностью и могут переходить в раствор в обмен на
эквивалентное количество ионов из раствора. Этот обмен приводит к установлению
подвижного равновесия между ионами, находящимися в фазе смолы, и ионами в
растворителе. Наиболее распространенными катионитами являются отечественные
смолы КУ-2.
Они характеризуются высокой химической стойкостью и
механической прочностью, большой скоростью установления ионообменного
равновесия.
Функциональными группами каркаса анионитов являются четвертичные
-NR3+, третичные -NR2H+ или первичные -NH3+ аммониевые, пиридиновые
или другие основания, а в качестве подвижных противоионов выступают анионы.
Анионообменные
полимеризации
смолы
или
получаются
также
поликонденсации
с
путем
проведения
использованием
реакций
различных
аминосоединений, формальдегида и др. Так были получены аниониты АН-1, АН2Ф.
Важной характеристикой ионообменника является его обменная емкость.
Обменную емкость ионита численно можно выразить количеством молей
эквивалента противоиона на единицу массы или объема смолы. В
аналитической химии емкость ионита обычно выражают количеством молей
эквивалента обменивающегося иона на 1 г сухой смолы в Н+- форме для
катионита и С1- - или ОН-- форме для анионита. Оговорка относительно сухой
смолы необходима, так как в контакте с водой смола набухает в 1,5—2 раза, а
69
некоторые виды смол - в 5 раз и более. Величина обменной емкости
характеризуется несколькими (3-5 до 10) моль эквивалента противоиона на 1 г
смолы.
Емкость, найденную в статических условиях, когда навеску смолы помещают
в раствор насыщающего иона достаточной концентрации и выдерживают при
встряхивании до полного насыщения, называют статической обменной емкостью
(СОЕ).
Величину емкости, полученную в динамических условиях при пропускании
насыщающего раствора через колонку с ионитом, называют динамической
обменной емкостью (ДОЕ). Эта емкость ионита, определяемая по первому
появлению насыщающего иона в вытекающем растворе. Полная обменная емкость
(ПДОЕ) находится по полному насыщению ионита данным ионом.
Аппаратура и реактивы:
1.
рН-метр любой марки;
2.
Cтеклянный ионоселективный электрод измерения;
3.
Насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения;
4.
Стандарт-титры для рН-метра с рН = 4,01; рН = 6,86; рН = 9,18;
5.
Бюретка вместимостью 25 см3, химический стакан вместимостью 100
см3;
6.
Мерная колба вместимостью 100 см3;
7.
Воронка диаметром 5 см, пипетка вместимостью 10 см3;
8.
Катионит КУ-2, 5 г;
9.
Стандартный
раствор
NaOH,
0,1
М
(точную
концентрацию
устанавливают путем титрования стандартного раствора НСl);
10.
Стандартный раствор НСl, 0,1 М, приготовленный из фиксанала;
11. Раствор НСl, 3%-ный;
12. Раствор метилового оранжевого;
13. Исследуемые соли: Na2SО4·10H2О, CH3COONa·3H2O, MgSO4·7H2O,
ZnSO4·7H2O;
M (1/2Na2SО4·10H2О) = 161,10 г/моль;
70
М(CH3COONa·3H2O) = 136,09 г/моль;
M(MgSO4·7H2O) = 123,30 г/моль;
M (ZnSO4·7H2O) = 143,80 г/моль.
Ход выполнения работы:
1.
Подготовка катионита КУ-2 и хроматографической колонки.
Промывают дистиллированной водой зерна КУ-2 для удаления мелких
частиц и заливают дистиллированной водой. Оставляют для набухания на 4—5
ч. В штативе вертикально укрепляют бюретку, на дно ее помещают рыхлый, но
достаточно плотный комок стеклянной ваты, направляя и уплотняя его
стеклянной палочкой так, чтобы заполнить все сечение в нижней суженной
части бюретки. Стеклянным шпателем (через воронку) переносят набухшие
зерна катионита в бюретку, наполненную до половины объема дистиллированной
водой. Зерна, задержавшиеся в стакане и воронке, смывают в бюретку
дистиллированной водой. Наполнение бюретки водой препятствует образованию
пузырьков воздуха между зернами катионита. Бюретку заполняют катионитом
на две трети ее объема. Следует помнить, что над зернами катионита
постоянно должен находиться слой жидкости не менее 2 см.
Катионит КУ-2 перед каждым анализом переводят в Н-форму. Для
этого через хроматографическую колонку пропускают 40 см3 раствора НС1
[3%(масс.)], одновременно сливают жидкость из колонки через носик бюретки.
Сливание прекращают, когда уровень кислоты станет на 2 см выше зерен
катионита в колонке. Оставляют жидкость на 10 мин в колонке, затем
постепенно промывают колонку дистиллированной водой до нейтральной
реакции по метиловому оранжевому с переходом окраски из оранжевой в
желтую.
Таким же способом регенерируют катионит.
2.
Количественный анализ солей. Берут навеску 1 г соответствующей
соли (по указанию преподавателя) на аналитических весах в бюксах, растворяют
в мерной колбе вместимостью 100 см 3. Доводят до метки дистиллированной
71
водой и перемешивают. Количественно переносят 10 см 3 раствора в колонку.
Скорость прохождения анализируемого раствора соли через колонку (2-3
капли в 1 с) регулируют зажимом. В колонке происходит ионообменная
реакция по уравнению (например, при использовании ацетата натрия):
[Кат]Н+ + CH3COONa = [Кат]Na+ + CH3COOН
Жидкость
в
колонке
поддерживают
на
одном
уровне,
подливая
дистиллированную воду. Фильтрат собирают в стакан вместимостью 100 см 3 .
Промывание продолжают до
исчезновения кислой реакции по метиловому
оранжевому. Собранный фильтрат содержит образовавшуюся свободную кислоту,
количество которой эквивалентно количеству поглощенных колонкой катионов
анализируемой соли. Кислоту оттитровывают потенциометрически раствором
гидроксида
натрия.
Концентрацию
раствора
гидроксида
натрия
предварительно устанавливают по 0,1 М раствору НС1, приготовленному из
фиксанала.
3.
Подготовка к работе электродов и настройка прибора по
буферным растворам. Стеклянный электрод выдерживают в слабом растворе
кислоты (0,1 М р-р НС1), хлорсеребряный электрод заполняют 1М раствором KCl.
Настройку прибора проводят по буферным растворам с рН = 4,01, рН = 6,86, рН =
9,18.
Стандартизация раствора гидроксида натрия. Концентрацию
4.
раствора гидроксида натрия предварительно устанавливают по 0,1 М
раствору НС1, приготовленному из фиксанала, методом потенциометрического
титрования.
Сначала проводят ориентировочное титрование. Для этого в стакан для
титрования
пипеткой
вводят
10
см 3
р-ра
NaOH,
добавляют
столько
дистиллированной воды, чтобы покрыть поверхность электродов. Бюретку
заполняют 0,1 М р-ром НСl с точной концентрацией и прибавляют титрант по
1,0
см3,
снимая
показания
прибора
(рН).
Находят
объем
титранта,
приблизительно соответствующий КТТ. Результаты измерений заносят в таблицу
72
18.
Таблица 18 - Результаты ориентировочного титрования раствора NaOH
Объем 0,1 М р-ра НСl (V), см3
рН
Затем приступают к точному титрованию в области скачка Е (рН), для чего
в чистый стакан для титрования вносят новую аликвоту 10 см3 испытуемого
раствора NaOH, бюретку с 0,1 М р-ром НСl доливают до нулевого значения и
прибавляют титрант по 0,2 см 3 , записывая значения рН. Результаты измерений
заносят в таблицу 19.
Таблица 19 - Результаты точного титрования раствора NaOH
Объем 0,1 М р-ра НСl (V), см3
рН
Строят графическую зависимость рН от объема титранта (0,1 М р-ра НС1) и
находят по графику объем титранта, соответствующий КТТ (VHCl). По оси ординат
откладывают значения рН, по оси абсцисс – значение объема титранта. По
объему р-ра НС1, затраченного на титрование раствора щелочи, вычисляют
концентрацию щелочи по формуле (14):
С NaOH 
5.
C HCl  VHCl
VNaOH
(14)
Определение массовой доли соли. Анализируемый р-р кислоты,
собранный после прохождения р-ра соли через слой катионита, помещают в
стакан для титрования. Бюретку заполняют стандартизированным р-ром NaOH с
установленной концентрацией. Титрант прибавляют по 1,0 см 3, записывая
значения рН. Результаты измерений заносят в таблицу 20.
73
Таблица 20 - Результаты титрования анализируемого раствора
Объем р-ра NaOH (V), см3
рН
По результатам титрования строят график в координатах: рН - VNaOH, cм3. По
оси ординат откладывают значения рН, по оси абсцисс – значение объема NaOH
и определяют конечную точку титрования.
Массовую долю вещества в навеске соли вычисляют по формуле (15):
w(соли )% 
C NaOH  VNaOH  Мсоль1 / F  Vk 100
Vn  m 1000
(15)
w(соли) - массовая доля чистой соли, %;
CNaOH - молярная концентрация раствора NaOH, моль/дм3;
VNaOH - объем раствора NaOH, израсходованного на титрование, (найденный по
графику), см3;
Vп - вместимость пипетки, см 3;
Vк - вместимость мерной колбы, см3;
Мсоли - молярная масса соли, г/моль;
F – фактор эквивалентности соли;
m - навеска соли (г), растворенная в мерной колбе вместимостью 100 см3
По результатам работы:
соли
4.
Оформляют отчет;
5.
По полученным данным чертят график,
в
навеске,
используя
методы
рассчитывают содержание
ионообменной
хроматографии
и
потенциометрического титрования, делают вывод;
6.
Отвечают на теоретические вопросы.
74
Вопросы для защиты работы:
1.
Устройство и порядок работы на рН-метре
2.
Как проводится градуировка прибора?
3.
В чем сущность потенциометрического титрования?
4.
По какой формуле вычисляют массовую долю вещества в навеске
5.
Как подготавливается катионит КУ-2 и хроматографическая колонка?
6.
Устройство стеклянного электрода, его подготовка к работе
7.
Устройство хлорсеребряного электрода, его подготовка к работе
8.
Чем отличается точное титрование от ориентировочного титрования?
соли?
75
Список литературы
1. Васильев, В.П. Аналитическая химия: Титриметрические и гравиметрические
методы анализа/ В.П.Васильев. – в 2 кн. кн.1. – М.: Дрофа, 2007. –368с.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия: Физико-химические методы анализа/ В.
П. Васильев. – в 2 кн. кн. 2. – М.: Дрофа, 2005. – 383с.
3. Другов Ю.С. Экологическая химия/ Ю.С. Другов, А.А. Родин. – С.:
Петербург, 2002. – 464с.
4. Фадеева В.И. Основы аналитической химии; Практическое руководство:
учебное пособие для вузов/ В.И.Фадеев, Т.Н. Шеховцова, В.М.Иванов. – М.:
Высш. Школа, 2001. – 463с.
5. Хаханина Т.И. Аналитическая химия: учебное пособие/ Т.И.Хаханина. – М.:
Высш. Образование, 2009. – 278 с.
76