CHEMIA ANALITYCZNA. 1 mol Na 2 CO mole HCl 0, mola x moli HCl x = 0,00287 mola HCl

Transkrypt

1 CHEMIA ANALITYCZNA I. Reakcje kwas-zasada - Alkacymetria II. Reakcje utleniania-redukcji - Redoksymetria III. Reakcje kompleksowania - Kompleksometria IV. Reakcje strącania osadów - Argentometria - Analiza wagowa ALKACYMETRIA 1. Przygotowanie mianowanego 0,1 M roztworu HCl i 0,1 M roztworu NaOH. Ile ml 38% (wag.) r-ru HCl o gęst. 1,18 g/ml potrzeba do przygotowania 0,5 litra 0,1 M roztworu kwasu? Obliczoną objętość stężonego HCl odmierzamy menzurką i przenosimy do kolby miarowej na 500 ml, uzupełniamy objętość kolby wodą destylowaną do kreski. Zawartość kolby wymieszać. Napełnić biuretę przygotowanym kwasem. Rozpuścić w wodzie destylowanej naważkę ~ 0,15g (ale odważonego z dokładnością 0,1 mg na wadze analitycznej) bezwodnego węglanu sodu, dodać 2-3 krople oranżu metylowego ( r-r jest żółty ) i miareczkować roztworem kwasu do pojawienia się barwy cebulkowej. Można też odważyć ~ 0,5 0,8 grama bezwodnego węglanu sodu ( z dokładnością 0,1 mg na wadze analitycznej ), rozpuścić w kolbce miarowej na 100 ml i pobierać do miareczkowania roztwór węglanu pipetą ( a` 10 ml ). Podczas miareczkowania zachodzi reakcja: Na 2 CO HCl = 2 NaCl + CO 2 + H 2 0 Oblicz stężenie molowe kwasu. Załóżmy, że na zmiareczkowanie naważki 0,1521 g węglanu sodu zużyto (średnio) 27,2 ml kwasu solnego. Oblicz c m kwasu. 106 gramów Na 2 CO mol 0,1521 g x moli x = 0, mola Na 2 CO 3 1 mol Na 2 CO mole HCl 0, mola x moli HCl x = 0,00287 mola HCl 27,2 ml r ru HCl ,00287 mola 1000 ml x moli 0,1055 moli c m = 0,1055 mol/l Ile ml r-ru NaOH o stężeniu 0,5 g/ml potrzeba do przygotowania 0,5 litra 0,1 M roztworu zasady? Obliczoną objętość stężonego NaOH odmierzyć menzurką i przenieść do kolby miarowej na 500 ml, uzupełnić objętość kolby wodą destylowaną do kreski. Zawartość kolby wymieszać. 1

2 Napełnić biuretę przygotowaną zasadą. Do kolbki stożkowej odmierzyć pipetą 10 ml zmianowanego roztworu HCl, dodać 2-3 krople oranżu metylowego (r-r jest czerwony) i miareczkować roztworem zasady do pojawienia się barwy żółtej. Można zastosować fenoloftaleinę (roztwór będzie bezbarwny), a w PK miareczkowania pojawi się amarantowe zabarwienie roztworu. Podczas miareczkowania zachodzi reakcja: HCl + NaOH = NaCl + H 2 0 Oblicz stężenie molowe zasady. Załóżmy, że na zmiareczkowanie 10 ml 0,1055M kwasu zużyto ( średnio) 10,8 ml wodorotlenku sodu. Oblicz c m zasady. 1 mol HCl mol NaOH 1000 ml roztworu ,1055 mola HCl 10 ml x moli x = 0, mola HCl przereagowało z 0, molami NaOH 10,8 ml r ru NaOH , mola 1000 ml x moli NaOH 0,0977 moli NaOH c m = 0,0977 mol/l 2. Oznaczenia alkacymetryczne ( a ) Oznaczanie kwasu octowego ( słaby kwas ) Otrzymaną w kolbce miarowej analizę uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Z tak przygotowanego roztworu pobrać pipetą 10 ml do kolby stożkowej, rozcieńczyć, dodać 2-3 krople fenoloftaleiny i miareczkować mianowanym roztworem NaOH do pojawienia się trwałego różowego zabarwienia. W czasie miareczkowania zachodzi reakcja: CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH + OH - = CH 3 COO - + H 2 O Zawartość kwasu obliczamy wg wzoru: m = v NaOH c NaOH 0,060 W ( współmierność kolby z pipetą ) ( b ) Współoznaczanie NaOH i Na 2 CO 3 metodą Wardera ( mieszanina 2 zasad o różnej mocy ) W metodzie oznaczania obok siebie wodorotlenku i węglanu sodowego wykorzystuje się dwa wskaźniki ph, których zakres zmian barwy występuje przy różnych wartościach ph. Najpierw badany roztwór miareczkuje się kwasem solnym wobec fenoloftaleiny, aż do 2

3 całkowitego odbarwienia. Podczas tego etapu zachodzą następujące reakcje chemiczne: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O OH - + H + = H 2 O Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl CO H + = HCO 3 - Następnie dodaje się oranżu metylowego i miareczkuje się kwasem do pierwszej zmiany barwy wskaźnika. Podczas drugiego etapu zachodzi reakcja: NaHCO 3 + HCl = NaCl + CO 2 + H 2 O HCO H + = CO 2 + H 2 O ( H 2 CO 3 ) Jeżeli na pierwsze miareczkowanie (wobec fenoloftaleiny) zużywa się a ml kwasu, a na drugie miareczkowanie (wobec oranżu) b ml kwasu, to zawartości Na 2 CO 3 odpowiada 2b ml kwasu, a zawartości NaOH odpowiada (a-b) ml kwasu solnego. Otrzymany w kolbce miarowej a`100 ml roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Z tego roztworu pobrać pipetą 10 ml i próbkę rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 50 ml. Dodać 3-4 krople fenoloftaleiny i miareczkować mianowanym roztworem kwasu solnego do odbarwienia się roztworu (a ml). Następnie dodać 1-2 krople oranżu metylowego, uzupełnić biuretę kwasem (do zera) i kontynuować miareczkowanie do pierwszej zmiany zabarwienia wskaźnika (z żółtego na pomarańczowe/cebulkowe) (b ml). Zawartość oznaczanych substancji obliczyć ze wzorów: m NaOH = (a-b) c HCl 0, m Na2CO3 = 2b c HCl 0, a, b objętości zużytego podczas miareczkowania kwasu solnego[ml]; c stężenie kwasu [mmol/ml]; 0,0400 masa molimola NaOH [g/mmol]; 0,053 masa ½ milimola Na 2 CO 3 ; 10 współmierność kolby miarowej z pipetą. REDOKSYMETRIA 3. Manganometryczne oznaczanie wapnia. Zasada oznaczania wapnia polega na wytrąceniu jonów wapnia szczawianem amonu w postaci szczawianu wapnia: Ca C 2 O 4 = Ca C 2 O 4 następnie po odsączeniu i przemyciu osad rozpuszcza się w kwasie siarkowym: Ca C 2 O 4 + H 2 SO 4 = H 2 C 2 O 4 + CaSO 4 3

4 i wydzielony kwas szczawiowy ( w ilości równoważnej do ilości wapnia ) miareczkuje się mianowanym roztworem nadmanganianu potasu: 5 H 2 C 2 O KMnO H 2 SO 4 = 2 MnSO CO 2 + K 2 SO H 2 O Po rozcieńczeniu badanego roztworu dodać 5 ml HCl (1:1), 3 krople oranżu metylowego i 50 ml gorącego roztworu szczawianu amonu. Roztwór ogrzać prawie do wrzenia i mieszając dodawać powoli roztwór amoniaku ( 1:2 ) do zmiany zabarwienia wskaźnika na żółte. Pozostawić roztwór z osadem na ok. 1 godz., po czym osad odsączyć i przemywać wodą z dodatkiem amoniaku ( 3-4 razy) w celu odmycia jonów chlorkowych i wolnych jonów szczawianowych. Do zlewki wlać 100 ml 1M kwasu siarkowego, sączek z czystym osadem Ca C 2 O 4 przylepić do ścianki zlewki, spłukać osad silnym strumieniem wody destylowanej z tryskawki, ogrzewać lekko do rozpuszczenia osadu i miareczkować mianowanym roztworem ( c 1/5 = 0,1N ) KMnO 4 do pojawienia się różowego zabarwienia roztworu. Następnie, sączek zanurzyć w roztworze i szybko dokończyć miareczkowanie ( do uzyskania trwałego lekko różowego zabarwienia ). Zawartość wapnia obliczamy ze wzoru: m = v nadmanganian c (1/5) 0, Bromianometryczne oznaczanie fenolu. Jeżeli do zakwaszonego roztworu fenolu zawierającego jony bromkowe wprowadzi się bromian potasowy w nadmiarze w stosunku do fenolu, równoważnej ilości do bromianu wolny brom [ BrO 3 - bromuje fenol zgodnie z równaniem: C 6 H 5 OH + 3 Br 2 = C 6 H 2 Br 3 OH + 3 HBr obec ł wytworzony w + 5 Br H + = 3 Br H 2 O ] Po dodaniu do roztworu jodku potasowego, nie zużyty w reakcji bromowania brom powoduje wydzielenie równoważnej ilości jodu: 2 I - + Br 2 = 2 Br - + I 2 Wydzielony jod odmiareczkowuje się mianowanym roztworem I S 2 O 3 2- = 2 I - + S 4 O 6 2- obec łowego sodu: Badany roztwór uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Odmierzyć pipetą 10 ml tego roztworu do kolbki stożkowej i rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 50ml. Dodać dokładnie / pipeta / 25 ml 0,1 N roztworu bromianu potasu, 5 ml roztworu bromku potasu i 15 ml 2 molowego HCl. Zamknąć naczynie, zamieszać zawartość i odstawić na 10 min w ciemne miejsce. Następnie dodać 10 ml roztworu jodku potasu, zamieszać i odmiareczkować wydzielony jod mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu. Kiedy roztwór będzie jasnożółty dodać kilka kropli skrobi i kontynuować miareczkowanie do odbarwienia roztworu. 4

5 Oznaczoną pośrednio zawartość fenolu (w gramach) obliczyć wg wzoru: m = ( 25 0,1 - v c ) 0, v obec ło roztworu tiosiarczanu [ml]; c stężenie normalne roztworu tiosiarczanu; 0,01567 masa 1/6 milimola fenolu [g/mmol] KOMPLEKSOMETRIA 5. A. Przygotowanie z naważki 0,01 M roztworu EDTA. B. Współoznaczanie wapnia i magnezu. Metoda polega na przeprowadzeniu 2 miareczkowań mianowanym roztworem EDTA. Pierwsze miareczkowanie przeprowadza się w środowisku buforu amoniakalnego /ph=10/ wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Objętość zużytego titranta odpowiada sumie zawartości wapnia i magnezu. Drugie miareczkowanie przeprowadza się w środowisku silnie zasadowym /ph=12-13/ wobec mureksydu. Objętość użytego titranta zależy od ilości wapnia. Otrzymany w kolbce miarowej roztwór dopełnić wodą destylowaną do kreski. Pobrać pipetą 10 ml badanego roztworu, dodać 5 ml buforu amonowego i szczyptę czerni eriochromowej T. Próbkę miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia roztworu z fiołkowego na niebieskie. w tym miareczkowaniu zużyto v 1 ml mianowanego roztworu EDTA ( Ca 2+ i Mg 2+ ) Do takiej samej objętości badanego roztworu dodać 10 ml 1 molowego roztworu wodorotlenku sodu i szczyptę mureksydu, miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z różowego na fioletowe. ** w tym miareczkowaniu zużyto v 2 ml mianowanego roztworu EDTA W celu poprawnego uchwycenia punktu końcowego miareczkowania należy przeprowadzić miareczkowanie wobec świadka. Zatem: na odmiareczkowanie w próbce jonów Ca 2+ zużywa się v 2 ml EDTA a na odmiareczkowanie jonów Mg 2+ zużywa się ( v 1 - v 2 ) ml EDTA Zawartość jonów wapnia i magnezu obliczamy ze wzorów: m Ca = v 2 c EDTA 0, m Mg = ( v 1 - v 2 ) c EDTA 0, Obliczanie twardości ogólnej: tw og = v 1 c EDTA 56,08 ( o d ) o d = stopnie niemieckie 6. Pośrednie oznaczanie siarczanów 5

6 Oznaczanie siarczanów jest przykładem kompleksometrycznego oznaczania anionów metodą pośrednią. Siarczany wytrąca się mianowanym roztworem chlorku baru. Po odsączeniu osadu BaSO 4 w przesączu oznacza się nadmiar jonów barowych, poprzez wprowadzenie określonej ilości mianowanego roztworu EDTA i odmiareczkowanie jego nadmiaru za pomocą mianowanego roztworu soli magnezu wobec czerni eriochromowejt. Do otrzymanego roztworu siarczanów dodać kwasu solnego, ogrzać do wrzenia i dodać pipetą 30ml 0,1M BaCl 2. Po ok. 45 min. Przesączyć i przemyć wytrącony osad, zbierając przesącz do kolbki miarowej a` 100 ml. Po ostudzeniu przesączu uzupełnić zawartość kolbki do kreski i wymieszać. Z tak przygotowanego roztworu pobrać do kolbki stożkowej / pipetą / 10 ml, dodać ok. 50 ml wody destylowanej, 10 ml / pipetą / 0,05M EDTA oraz 5ml buforu amoniakalnego / menzurka / i szczyptę czerni eriochromowej. Miareczkować próbkę 0,01M roztworem soli magnezu do zmiany zabarwienia z niebieskiej na fioletowe. Podczas oznaczania zachodzą następujące reakcje: SO Ba 2+ ( nadmiar ) = BaSO 4 / Ba 2+ EDTA Mg-EDTA przesącz Ba 2+ + EDTA ( nadmiar ) = Ba-EDTA / EDTA + Mg 2+ = Oznaczoną ilość siarczanów obliczamy ze wzoru:m = [v chlorek baru c chlorek baru - 10(v EDTA c EDTA - v chlorek magnezu c chlorek magnezu )] ANALIZA WAGOWA 7. Oznaczanie żelaza w postaci Fe 2 O 3. Metoda polega na wytrąceniu z kwaśnego roztworu jonów żelaza(iii) roztworem amoniaku w postaci trudno rozpuszczalnego wodorotlenku żelazowego Fe(OH) 3, odsączeniu osadu a następnie wyprażeniu osadu do Fe 2 O 3 : Fe OH - = Fe(OH) 3 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O Wodorotlenek żelazowy jest osadem koloidalnym o charakterze liofilowym. Z tego względu strąca się go na gorąco w obecności soli amonowych. Zastosowanie roztworu soli amonowej 6

7 (azotanu amonu) do przemywania zapobiegnie ewentualnej peptyzacji osadu. Po przesączeniu i przemyciu osad należy wyprażyć w temperaturze ok.900 o C. Badany roztwór zakwasić 5 ml roztworu kwasu solnego (1+1), rozcieńczyć w zlewce do ok. 100 ml i ogrzać do temp. ok. 80 o C. Mieszając powoli szklaną bagietką dodawać po kropli roztwór amoniaku (1+1). Po wytrąceniu osadu roztwór powinien mieć słaby zapach amoniaku. Roztwór wraz z osadem pozostawić na 5 minut, po czym odsączyć przez miękki sączek. Osad na sączku przemyć dwukrotnie 1%-owym roztworem azotanu amonu. Sączek wraz z osadem umieścić w porcelanowym tyglu ( o znanej masie ) i wysuszyć w suszarce. Następnie sączek spalić ( w możliwie niskiej temp. ) i prażyć tygiel z osadem przez ok. 20 minut. Następnie tygiel umieścić w eksykatorze i po ostygnięciu zważyć. Powtórzyć prażenie (ok. 10 min.) do osiągnięcia stałejmasy. Ustalić masę otrzymanego osadu Fe 2 O 3 /m s /. Obliczyć zawartość Fe(III) w analizowanym roztworze wg wzoru: m Fe = m s 0,6994 0, mnożnik analityczny do przeliczenia masy Fe 2 O 3 na Fe 8. Oznaczanie chlorków. ( a ) Metoda Mohra. ARGENTOMETRIA Metoda polega na bezpośrednim miareczkowaniu obojętnego roztworu zawierającego chlorki mianowanym roztworem AgNO 3 w obecności jonów chromianowych. Azotan srebra strąca trudno rozpuszczalny osad chlorku srebra: Ag + + Cl - = AgCl Na końcu miareczkowania, gdy stężenie jonów Ag + w roztworze stanie się odpowiednio duże, zaczyna się strącać brunatnoczerwony osad chromianu srebra i pojawia się brunatne zabarwienie wskazujące na koniec miareczkowania: 2 Ag CrO 4 = Ag 2 CrO 4 Otrzymany w kolbce miarowej roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. 10 ml badanego roztworu (odczyn obojętny) rozcieńczyć wodą destylowaną do ok.70 ml. Dodać 1 ml 5 %-owego roztworu K 2 CrO 4 i miareczkować 0,05 M roztworem AgNO 3, dobrze mieszając, do pojawienia się osadu o brunatnej barwie. Zawartość chlorków obliczyć ze wzoru: m = v c 0, v - objętość roztworu AgNO 3 [ ml ] ; c - stężenie roztworu AgNO 3 [mmol/ml ] ( b ) Metoda Volharda. 7

8 Metoda polega na pośrednim oznaczaniu chlorków w środowisku rozcieńczonego kwasu azotowego. W badanym roztworze strąca się chlorki w postaci AgCl przez dodanie nadmiaru mianowanego roztworu AgNO 3 : Ag + + Cl - = AgCl. Nie związane jony srebra odmiareczkowuje się mianowanym roztworem rodanku potasu (lub amonu) : Ag + + SCN - = AgSCN Wskaźnikiem punktu końcowego miareczkowania są jony Fe 3+, które po strąceniu całej ilości srebra tworzą z rodankami czerwony kompleks: Fe 3+ + SCN - = Fe(SCN) 2+ Otrzymany w kolbce miarowej roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Do 10 ml badanego roztworu dodać 5 ml HNO 3 (1+1), rozcieńczyć wodą do objętości ok. 70 ml i dodać 15 ml 0,05 M roztworu AgNO 3. Następnie dodać 1 ml 10 %-owego roztwory ałunu żelazowo-amonowego i mieszać zawartość kolby przez ok. 1 min. Nadmiar jonów srebra miareczkować 0,05 M roztworem KSCN do wystąpienia trwałego czerwonobrunatnego zabarwienia roztworu przez powstający kompleks. Zawartość chlorków obliczyć ze wzoru: m = (v c - v 1 c 1 ) 0, v - objętość roztworu AgNO 3 [ ml ]; v 1 - objętość roztworu KSCN [ml] ; c - stężenie roztworu AgNO 3 [ mmol/ml ] ; c 1 - stężenie roztworu KSCN [mmol/ml ] ; 0, masa milimola Cl - [g/mmol] 8

9 ALKACYMETRIA Zagadnienia Prawo działania mas. Stała równowagi reakcji chemicznej. Stała dysocjacji, stopień dysocjacji, zależności między nimi. Teoria Brönsteda, para sprzężona kwas-zasada. Podział kwasów i zasad ze względu na moc, postać. W jaki sposób określa się moc kwasów i zasad. Wpływ rozpuszczalnika-efekt wyrównujący i różnicujący moc. Reakcje kwas-zasada. Krzywe miareczkowania. Roztwory buforowe ph, zasada działania, pojemność buforowa. Wskaźniki alkacymetryczne - podział, zasada działania. Mianowanie roztworów kwasów i zasad. Oznaczenia wg planu ćwiczeń. REDOKSYMETRIA Kiedy mamy do czynienia z reakcją redox. Sprzężona para redox. Co jest utleniaczem co reduktorem. Przykłady. Bilans elektronowy reakcji redox. Amfotery redox. Przykłady z odpowiednimi reakcjami. Wzór Nernsta. Wpływ ph oraz reakcji kompleksowania i strącania osadów na potencjał. Elektroda wodorowa. Szereg napięciowy metali. Krzywa miareczkowania, wskaźniki. Mianowanie roztworów nadmanganianu potasu i tiosiarczanu sodu. Oznaczenia wg planu ćwiczeń. KOMPLEKSOMETRIA Teoria kompleksów Wernera. Budowa związku kompleksowego. Wiązanie koordynacyjne. Liczba koordynacyjna. Rodzaje kompleksów. Podstawa podziału.przyklady. Stała i warunkowa stała trwałości kompleksu. EDTA wzór strukturalny, atomy ligandowe, stechiometria reakcji. Wskaźniki kompleksometryczne podział, zasada działania. Sposoby miareczkowania z użyciem EDTA. Twardość wody rodzaje, przyczyna, sposoby jej wyrażania. Oznaczenia wg planu ćwiczeń. REAKCJE STRĄCANIA OSADÓW Iloczyn rozpuszczalności termodynamiczny, stężeniowy. Rozpuszczalność. Efekt solny i efekt wspólnego jonu. Rodzaje osadów w analizie chemicznej. 9

10 Strącanie z roztworów jednorodnych. Współstrącanie. Krzywa miareczkowania w argentometrii. Wskaźniki. Mianowanie roztworu azotanu srebra i rodanku amonu. Oznaczenia wg planu ćwiczeń. 10