Глава 1 литературная часть

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия – наука об определении химического состава веществ, и в некоторой степени, химического строения соединений. Методы аналитической химии позволяют отвечать на вопросы о том, из чего состоит вещество, какие компоненты входят в его состав, еще важнее – каково количество этих компонентов или какова их концентрация.

Одними из классических и наиболее часто используемых методов количественного анализа являются титриметрические и гравиметрические методы.

Целью данной работы является выполнение качественного и количественного анализа образца неизвестного состава.

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Методы определения элементов образца

На начальном этапе данной работы был проведен качественный анализ образца с помощью кислотно-основной схемы обнаружения, в нашем образце были обнаружены ионы Cu²⁺, Na⁺, B₄O₇^2-,SO₄^2-. Далее надо было определить содержание Cu²⁺, B₄O₇^2-. Литературный обзор посвящен методам количественного определения.

1.1.1 Гравиметрический метод

Гравиметрия является простым и точным, хотя довольно продолжительным методом анализа. Это метод количественного анализа, который основан на измерении массы определяемого компонента, выделенном в виде веществ определенного состава. Гравиметрические методы подразделяют на методы отгонки и осаждения.

Из гравиметрических методов определения меди наиболее точным является электролитический, однако его определение ограничивается необходимостью отделения мешающих ионов. Из практических реагентов следует отметить успешное применение азот-кислородсодержащих соединений, таких как оксихинолин, хинальдиновая кислота, салицилальдоксим, бензоиноксим и некоторых других.

Гравиметрическое определение меди проводят путем электролитического выделения ее в виде металла на платиновом, ртутном, никелевом или латунном катодах различной концентрации. В качестве электролитов используют азотную, серную, соляную, фосфорную кислоты, их смеси: серную кислоту в присутствии ЭДТА; серную кислоту и сульфат аммония; оксалат аммония, и т. д.

Методы определения меди, основанные на выделении ее в виде металла из растворов солей, относятся к числу наиболее старых. В качестве осадителей меди в этих методах используются более электроотрицательные, чем медь, металлы: железо, алюминий, цинк, кадмий, магний и т.д.

Тетрароданодиаминохромат аммония (Соль Рейнеке) является избирательным реагентом для определения меди в присутствии многих посторонних ионов. Осаждение меди солью Рейнеке проводят как в кислом, так и в аммиачном растворе в виде [Cu(NH₃)₄][Cr(NH₃)₂(SCN)₄]₂ после предварительного восстановления меди до одновалентного состояния оловом (II). Образующийся осадок сушат при 110°С.

Одним из органических осадителей служит 8-оксихинолин (C₉H₇NO), он осаждает медь в уксуснокислом, аммиачном и щелочном растворах при pH 5,33 – 14,55. Осадок, высушенный при 105-110°С, соответствует составу Cu(C₉H₇NO)₂ [1].

1.1.2 Титриметрический метод

Метод количественного анализа, который часто используется в аналитической химии, основанный на измерении объема раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.

Наибольшее распространение из титриметрических методов определения меди получили, безусловно, комплексонометрический и иодометрический.

Иодометрическое определение меди основано на реакциях:

2Сu²⁺+4I^-=2СuI + I₂ (1)

I₂+2S₂O₃^2-=2I^- + S₄O₆^2- (2)

Е ⁰_Cu²⁺,I^-/CuI=0,86 В.

Для протекания первой реакции необходимо создать в растворе слабокислую среду для предотвращения образования гидроксокомплексов меди(П) (а тем самым для повышения потенциала системы Cu²⁺I^-/CuI) и брать большой избыток иодида (для понижения потенциала системы I₂/2I^- и растворения иода) [2].

Комплексонометрическое титрование раствором ЭДТА занимает особое место среди других титриметрических методов, так как позволяет определить медь в разнообразных по составу природных и промышленных объектах.

ЭДТА, однако, образует прочные комплексы со многими катионами, поэтому необходимо предварительно отделение меди, введение маскирующих агентов и регулирование кислотности среды.

Существует несколько способов определения конца комплексонометрического титрования: визуальный, спектрофотометрический, потенциометрический и т.д.

При визуальном титровании конечную точку титрования устанавливают с помощью металлхромных индикаторов, в качестве которых наиболее часто используются гетероциклические азосоединения, а также трифенилметановые красители и др. соединения, образующие с медью окрашенные комплексы.

Мурексид был одним из первых металл-индикаторов в комплексонометрии меди(II). При рН 9 он окрашен в красно-фиолетовый цвет, при рН 9-11 в фиолетовый, а при рН 11 в синий. Комплексное соединение меди окрашено в желтый цвет [1].

Титриметрические методы для тетрабората.

Прямое титрование борной кислоты щелочью не применимо, так как борная кислота в водных растворах слабо диссоциирована и точка эквивалентности находится при рН 11. В этой области рН трудно найти индикатор, который дает резкий переход окраски.

Большинство титриметрических методов основано на способности борной кислоты образовывать с многоатомными спиртами или сахарами комплексные соединения с более сильными кислотными свойствами, которые успешно титруются щелочами. Для этих целей чаще применяют манит. Косвенные титриметрические методы сложнее, чем алкалиметрический метод, кроме того, они значительно уступают ему по чувствительности и точности.

Из других способов определения отметим следующие:

1) Растворение бора в растворе сульфата церия по реакции:

2B+6Ce(SO₄)₂+6H₂O=2H₃BO₃+3Ce₂(SO₄)₃+3H₂SO₄ (3)

и титрование избытка окислителя раствором соли Мора в присутствии фенилантраниловой кислоты;

2) Осаждение борной кислоты сульфатом марганца в спиртовой среде в виде тетрабората марганца с последующим определением избытка марганца по методу Фольгарда;

3) Осаждение борофтористоводородной кислоты хлоридом ацетилтриметиламмония при pH 7 в виде С₁₉Н₄₂NBF₄ c последующим осаждением реагента K₄[Fe(CN)₆] и титрованием избытка последнего перманганатом;

4) Восстановление борогидридом азотнокислого серебра в щелочной среде в присутствии этилендиамина по реакции:

8Ag⁺+BH₄^-+8OH=8Ag+ H₂BO₃+5H₂O (4)

Избыток Ag в растворе определяют объемным методом;

5) Колориметрическое визуальное титрование сернокислых растворов бора в присутствии хинализарина водой до совпадения окраски анализируемого раствора с окраской раствора контрольного опыта[3].

1.1.3 Выбор метода

Гравиметрия - метод точный, нечувствительный, потому что погрешность определения резко растет с снижением массы измеряемого соединения, неселективный - реагенты-осадители за небольшим исключением редко бывают специфичными, длительный.

Титриметрия - метод точный, быстрый, также нечувствительный, но более селективный (некая селективная стехиометрическая реакция – основа титриметрии).

На основании этого был выбран титриметрический метод. Для меди иодометрическое титрование, для тетрабората кислотно-основное.

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Качественный анализ объекта

Полученный объект представлял собой порошок, состоящий из белых и голубых гранул, хорошо растворимых в воде, цвет раствора – голубой, рН=5. При добавлении к нему 2 М НNO₃ – раствор обесцвечивается, при добавлении 2 М NаОН раствор темнеет. Систематический ход анализа катионов и анионов представлен в таблице 1 и 2 соответственно.

Таблица 1 - Качественный анализ катионов

Исп. объект	Реагент	Уравнения реакций	Методика	Наблюдения	Вывод	Предполагаемый состав
Раствор	Осадок
Исследу-емый раствор	6МНCl и 2М H2SO4	-	К 2 мл анал. раствора (с осадком) добавляют по 4 капли 6 М НСl и 1 М H2SO4.Раствор с осадком слегка нагреваю на водяной бане, охлаждают, отделяют	Выпадения осадка не наблюдается	Исходный раствор не содержит катионов II и III групп	Раствор 1 Могут быть (катионы I, IV, V, VI групп)	-
раствор 1	избыток 2М NaOH и 3%-ный раствор Н2O2	-	К раствору 1 прибавляют 2 М NaOH до щелочной реакции и еще 10 капель изб. Постепенно при перемешивании добавляют 5 капель 3%-ного раствора Н2O2. После прекращения бурной реакции нагревают на водяной бане несколько минут. Центрифугируют	Выпадение осадка наблюдается	Исходный раствор может содержать катионы I,IV-VI групп и Ca(II).	Раствор 2: (катионы IV и I групп).	Осадок 2: (гндро-ксиды, основные карбонаты катионов V, VI групп и Са(II)).

Продолжение таблицы 1

Раствор 2	тв. NH4Cl	-	К 2 каплям раствора, добавляют тв. NH4Cl до насыщения и нагревают.	Выпадение осадка не наблюдается   Сухая соль окрашивает пламя в желтый цвет	Катионы IV и I групп не содер-жатся. Содер-жится Na.	-	-
Осадок 2	2 М NaOH, 2 M HNO3, Н2O2.	-	Осадок 2, промывают 2 М NaOH, добавляют 2 мл 2 M HNO3 и 3 капли 3%-ного раствора Н2O2. Нагревают и отделяют центрифуги-рованием.	Выпадение осадка не наблюдается	Исходный раствор может содержать (катионы V,VI групп)	Раствора 3: (катионы V, VI групп и Ca(II))	-
Раствор 3	NH3, NH4C1, Н2O2	_	К раствору 3 добавляют конц. раствор NH3, несколько капель раствора NH4C1 и 2 капли 3%-ного раствора Н2O2. Нагревают, отделяют центрифуги-рованием.	Выпадение осадка не наблюдается	Исходный раствор может содержать(катионы VI группы, Са(II)).	Раствора4: (катионы VI группы, Са(II)).	_
Раствор 4	2 М H2SO4, Na2S2O3 · 5Н2O.	_	К раствору 4 добавляют 2 М H2SO4 до кислой реакции, упаривают досуха для удаления нитрат-ионов. К сухому остатку добавляют несколько капель воды, переносят в пробирку и постепенно вносят несколько кристаллов Na2S2O35· Н2O. Нагревают в водяной бане. Центрифугируют.	Наблюда-ется выпадение осадка	Исходный раствор может содержать(Cu2S, HgS)	Раствор5: Cd(II), Ni(II), Co(II), Ca(II), Mg(II).	Осадок5: (Cu2S, HgS).

Продолжение таблицы 1

Осадка 5	NH3.	Cu^2++4NH3= [Cu(NH3)4]^2+	К 3 каплям раствора, содержащего ионы меди (II), добавляют большой избыток раствора аммиака до рН>9. Появление интенсивно-синей окраски указывает на присутствие меди.	Наблю-дается синяя окраска	Исходный раствор содержит катион: Cu^2+.	_	_
Раствор 5	NH3, NH4C1, (NH4)2CO3.		К раствору прибавляют 10%-ный раствор NH3, раствор NH4C1 до растворения осадка и раствор (NH4)2CO3. Раствор с осадком нагревают, осадок отделяют центрифугированием,	Выпадение осадка не наблюдается	_	_	_

Таблица 2 - Качественный анализ анионов

Исп. объект	Реагент	Уравнения реакций	Методика	Наблюдения	Вывод	раствор	осадок
Исходный раствор	H2SO4, СH3OH	H3BO3+ 3CH3OH= B(OCH3)3+3H2O	5кап. рас-ра, 2кап.H2SO4, 8кап. СH3OH и поджигаем.	Пламя окрашивается по краям в зеленый цвет	Исходный раствор содержит B(OH)4	-	-
Исходный раствор	насыщенный раствор Sr(NO3)2	-	К 20 каплям раствора, нагретого до 70 °С в водяной бане, добавляют насыщенный раствор Sr(NO3)2 до прекращения выделения осадка. Оставляют стоять 25 — 30 мин.	Наблюдается выпадение осадка	Исходный раствор содержит SrS04, SrC03, SrS03, SrHP04.	-	Осадок 1:содержит SrS04, SrC03, SrS03, SrHP04.

Продолжение таблицы 2

Осадок 1	ВаСl2 2 М НСl	ВаСl2 + SrSO4= ВаSO4 + Sr Сl2	К части осадка 1 добавляют несколько капель раствора ВаС12 для превращения SrSO4 в BaSO4. Добавляют 2 М НС1 до кислой реакции. Если осадок не растворился, то в анализируемом растворе присутствовал SO4^2-	Осадок не растворился	Исходный раствор содержит SO4^2-	_	_
Осадок 1	2 М НСl, I2	_	К части осадка 1 добавляют несколько капель 2 М НС1 и по каплям раствор 12. В присутствии SO3^2- иод обесцвечивается.	Обесцвечивания иода не наблюдалось	Исходный раствор не содержит SO3^2-	_	_
Исходный раствор	AgNО3, подкисленный 2 М HNО3.	_	К 2 мл анализируемого раствора добавляют на холоду по каплям раствор AgNO3, подкисленный 2 М HNO3, до прекращения выделения осадка и центрифугируют.	Наблюдалось выпадение белого осадка	Исходный раствор содержит анионы II группы	_	Осадок 2: содержит AgCl, AgBr, Agl, AgIO3, Ag2S2O3AgSCN
Осадок 2	H2SO4, FeCl3	_	Часть осадка 2 помещают на предметное стекло, добавляют каплю H2SO4 (1:4) и каплю раствора FeCl3. В присутствии SCN^-появляется розовая окраска.	Розового окрашивания не наблюдается	Исходный раствор не содержит SCN^-	_	_

Продолжение таблицы 2

Осадок 2	H2SO4	_	К основной массе осадка 2 прибавляют 5 капель H2SO4 (1:4), перемешивают, подогревают в водяной бане и центрифугируют.	Образуется раствор с осадком	Возможно содержание IO3^-	Раст-вор 3: IO3^-	Осадок 3: AgCl, AgBr, Agl
Раствор 3	Бензол, цинк, хлорная вода	_	Раствор 3 разбавляют равным объемом воды и добавляют несколько кусочков цинка. Через 5 мин отделяют раствор и добавляют к нему 6 капель хлорной воды и несколько капель бензола. Если в анализируемом растворе находился IO3^- органический слой окрашивается в фиолетовый цвет.	Фиолетового окрашивания орг. слоя не наблюдалось	Исходный раствор не содержит IO3	_	_
Осадок 3	10%-ный раствор (NН4)2СO3	_	Осадок после отделения IO3^- промывают 2 раза водой, добавляют 10%-ный раствор (NН4)2СO3и перемешивают. Отделяют осадок от раствора центрифугированием.	Образуется раствор	Возможно содержание Cl^-	Раст-вор 4: Cl^-	-
Раствор 4	НNO3		К 4 каплям раствора добавляют НNO3 до кислой реакции. В присутствии С1^- появляется муть.	Не образуется муть	Исходный раствор не содержит Cl^-	_	_

В исследуемом образце находятся: ион Cu²⁺, Na⁺,B₄O₇^2-, SO₄^2-.

2.2 Количественный анализ объекта

2.2.1 Определение меди

Приборы и реактивы

· Тиосульфат натрия, Na₂S₂O₃ · 5H₂O, 0.0500 M стандартный раствор;

· Иодид калия, KI, 5%-ный раствор;

· Серная кислота, H₂SO₄, 1М раствор;

· Крахмал, свежеприготовленный 1%-ный раствор;

· Колба на 100 мл;

· Пипетка;

· Штатив;

Проведение эксперимента и результаты

На рисунке 1 представлена схема количественного анализа меди.

Рисунок 1 – Схема количественного анализа

В мерную колбу вместимостью 100 мл насыпаем 0,5 г сухой смеси. Добавим 2 мл 1М серной кислоты, доведем объем его водой до метки и хорошо перемешаем.

В коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл вносим пипеткой 10 мл раствора меди, 30 мл раствора йодида калия и ставим в темное место на 10 мин.

Побуревшую от выделившегося йода жидкость титруем из бюретки тиосульфатом натрия до тех пор, пока окраска станет соломенно-желтой. После этого прибавляем 3 мл крахмала и продолжаем титровать до обесцвечивания синего раствора от одной избыточной капли тиосульфата [4].

Проведено 3 параллельных эксперимента. Результаты измерений и расчеты приведены в таблице 3.

Расчеты производили по формулам:

С₁=C₀V₀/V₁ (5)

С₀ – концентрация титранта; V₀,V₁ – объем титранта и титруемого вещества.

n=CV (6)

n - количество вещества; С - концентрация определяемого вещества; V- объем определяемого вещества

m=nM (7)

m - масса определяемого вещества; М - молярная масса определяемого вещества; n- количество вещества

w=m_(п)/m_(т) (8)

w- массовая доля; m_(п)- масса растворённого вещества; m_(т)- общая масса раствора

(9)

S_x²-стандартное отклонение

(10)

S_x^- - стандартное отклонение среднего значения; S_x²- стандартное отклонение; n – количество проделанных опытов

(11)

t_p – коэффициент Стьюдента; S_x^- - стандартное отклонение среднего значения

Таблица 3 - Результаты измерений и расчеты

m(т),г	m(п),г	V(Na2S2O3),мл	C(Cu),моль/л	W,%	Wcp,%		,%	,%
0,5	0,0638	20,1	0,1005	12,76	12,76	0,0136	0,0673	0,06
0,0630	20,0	0,1000	12,6
0,064	20,2	0,1100	12,8

Таким образом содержание меди составляет 12,76 + 0,06%

2.2.2 Определение тетрабората

Приборы и реактивы

· Соляная кислота, HCl, 0,1000М стандартный раствор;

· Индикатор метиловый оранжевый, 0,1%-ный водный раствор;

· Колба 100 мл;

· Штатив;

· Пипетка

Проведение эксперимента и результаты

На рисунке 2 представлена схема количественного анализа тетрабората.

Рисунок 1 – Схема количественного анализа

В мерную колбу вместимостью 100 мл насыпаем 0,5 г сухой смеси. Доведем объем его водой до метки и хорошо перемешаем.

В бюретку наливаем стандартный раствор HCl. Отбираем пипеткой 10 мл раствора тетрабората натрия и переносим его в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл. Добавляем 20 мл дистиллированной воды, 1 каплю метилового оранжевого и титруем кислотой до изменения окраски из желтой в оранжевую [3].

Проведено 3 параллельных эксперимента. Расчеты производили по формулам: 5-11. Результаты измерений и расчеты приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты измерений и расчеты

m(т),г	m(п),г	V(Na2S2O3),мл	C(Cu),моль/л	W,%	Wcp,%		,%	,%
0,5	0,0638		0,08	24,960	24,96	0,0973	0,1800	0,10
0,0630	8,1	0,081	25,272
0,064	7,9	0,079	24,648

Таким образом, содержание тетрабората в сухой смеси составляет 24,9 + 0,1%

ВЫВОДЫ

1. В смеси были обнаружены два катиона: медь и натрий и два аниона: сульфат и борат.

2. Содержание меди в смеси 12,76 + 0,06% и тетрабората 24,9 + 0,1%

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Подчайнова В.И., Симонова Л.Н. Аналитическая химия элементов. Медь/В.И. Подчайнова, Л.Н. Симонова. - М.: Наука, 1990.-278 с.

2. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. Пособие для вузов/ В.И. Фадеев, Т.Н. Шеховцова, В.М. Иванов и др.; Под ред. Ю.А. Золотова.- М.: Высшая школа., 2001.-463с.

3. Немодрук А.А., Каралова З.К. Аналитическая химия Бора/ А.А. Немодрук, З.К. Каралова. –М.:Наука, 1964.-277с.

4. Цитович И.К. Курс аналитической химии./ И.К. Цитович.- М.: Наука, 1994.-496с.

Дата добавления: 2015-10-24