Курсовая работа (т): Определение ионов хлорида цинка, хлорида железа, хлорида натрия

Zn²⁺+2Fe(CN)₆^4- + 2K⁺→ K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓ в растворе.

Конечную точку титрования определяют потенциометрическим или амперометрическим методом с двумя поляризованными платиновыми электродами.

Приборы и реактивы:

Кулонометрическая установка с потенциометрической индикацией конечной точки титрования

Генераторный и индикаторный серебряные электроды

Вспомогательный электрод - стальной стержень

Хлорсеребряный электрод сравнения

Мерная колба вместимостью 100 мл

Пипетка вместимостью 10 мл

Раствор K₃Fe(CN)₆, 0,2 М в буферной смеси рН = 1 - 3 (вспомогательный реагент)

Анализируемый раствор соли цинка, 10^-2 М

Выполнение работы

Исследуемый раствор разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе до метки и перемешивают. Переносят пипеткой 10 мл в кулонометрическую ячейку, добавляют 15 мл раствора вспомогательного реагента, опускают генераторный и индикаторный электроды. Титрование ведут при величине тока 5мА.

По данным титрования строят кривую зависимости потенциала от времени при потенциометрической индикации или тока от времени при амперометрической индикации и находят конечную точку титрования. Содержание цинка (в мг) рассчитывают по формуле:

G = 0,01036ItMfV_k/V_п,

где I- ток,- время генерации, с;

M - молекулярная масса цинка;

f_экв - фактор эквивалентности;

V_k - вместимость мерной колбы;

V_п - вместимость пипетки.

1.5 Разделение и определение меди и цинка

Определение основано на электроосаждении меди на катоде из азотнокислого раствор и взвешивании полученного осадка:

Cu²⁺ + 2e^- → Cu

После отделения меди ионы цинка определяют потенциометрическим титрованием исследуемого раствора стандартным раствором NaOH в водно-ацетоновой среде (1:2). При этом наблюдаются два скачка потенциалов, первый из которых соответствует оттитровыванию сильной кислоты, присутствующей в растворе, а второй - оттитровыванию цинка:

HNO₃ + NaOH →NaNO₃ + Н₂О(NO₃)₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂ + 2NaNO₃

Приборы и реактивы:

Установка для электроосаждения металлов

Потенциометр: рН-метр - милливольтметр рН = 12

Магнитная мешалка

Аналитические весы

Электроды для электролиза: катод и анод - платиновые цилиндрические сетки

Стеклянный индикаторный электрод

Хлорсеребряный электрод сравнения

Мерная колба вместимостью 250 мл

Микробюретка вместимостью 2 мл

Пипетки вместимостью 10 и 50 мл

Стаканы вместимостью 100 мл

Раствор HNO_3> (1:1) и 2 M

Раствор NaOH, 0,1 М и 25%-й

Этиловый спирт

Ацетон

Анализируемый раствор смеси солей меди и цинка, ≈0,1М

Выполнение работы

Определение меди. Поверхности катода и анода предварительно очищают, погружая в раствор HNO₃ (1:1) (под тягой), после чего их тщательно промывают дистиллированной водой. Катод ополаскивают этиловым спиртом, высушивают в сушильном шкафу при 110°С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах.

Катод и анод закрепляют в электродержателях, присоединяя к источнику тока соответственно полюсам. В электролизер помещают анализируемый раствор, добавляют 1 мл 2 М раствора НNOз, погружают в него электроды и разбавляют исследуемый раствор таким количеством дистиллированной воды, чтобы часть катода (5-7 мм) выступала над поверхностью раствора. Это необходимо для проверки в дальнейшем полноты осаждения меди. Электроды не должны касаться друг друга, а также дна и стенок стакана. Включают магнитную мешалку и регулируют перемешивание раствора. Включают ток и проводят электролиз 35-40 мин, контролируя напряжение (2-2,5 В) или ток (1- 0,5 А) по прибору. По мере осаждения меди катод окрашивается в красный цвет, а раствор постепенно обесцвечивается. Затем для проверки полноты осаждения меди приливают в электролизер 10-15 мл дистиллированной воды. Если через 10 мин на вновь погруженной поверхности катода не наблюдается дальнейшего выделения меди, электролиз заканчивают. В противном случае электролиз продолжают еще 10-15 мин.

По окончании электролиза, не выключая ток, извлекают электроды из раствора, поднимая осторожно электродержатель, и промывают электроды струей дистиллированной воды над стаканом с исследуемым раствором. Промывание электродов под током необходимо во избежание химического растворения выделенной меди. Выключают ток, ополаскивают катод этиловым спиртом, высушивают в сушильном шкафу при 110°С охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. Содержание меди в исследуемом растворе определяют по разности между массой катода с осадком и массой чистого катода.

Определение цинка методом потенциометрического титрования. После электроотделения Сu²⁺ раствор из электролизера количественно переносят в мерную колбу вместимостью 250 мл, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Отбирают пипеткой аликвотную часть полученного раствора в стакан для титрования, прибавляют 20 мл ацетона, опускают в раствор индикаторный электрод и электрод сравнения, включают магнитную мешалку и потенциометр. Титруют 0,1 М раствором NaOH порциями по 0,1 мл, записывая показания потенциометра по шкале потенциалов (мВ). Титрование повторяют до получения трех сходящихся результатов.

Строят кривые потенциометрического титрования (интегральную и дифференциальную), по которым находят конечные точки титрования азотной кислоты (V₁) и суммы HNO₃+Zn²⁺(V₂). Разность объемов титранта (V₂-V₁) соответствует содержанию ионов цинка в исследуемом растворе. Содержание Zn²⁺ рассчитывают по формуле:

g_Zn²⁺ = C_NaOH(V₂-V₁) A_Zn²⁺f_эквZn²⁺V_k/1000V_п

Определение цинка на платиновом катоде, предварительно покрытом медью. После отделения меди электролизом, как описано выше, раствор переносят в мерную колбу вместимостью 250 мл и доливают до метки дистиллированную воду. Отбирают 50 мл раствора в электролизер, добавляют 25%-й раствор NaOH в количестве, необходимом для растворения гидроксида цинка, и еще 5 мл избытка щелочи. Осаждение проводят на взвешенном омедненном платиновом катоде, проверяют полноту осаждения и промывают электроды, как описано выше. Катод ополаскивают этиловым спиртом, высушивают при 110°С в сушильном шкафу, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. Содержание цинка вычисляют по формуле:

g_Zn =(m₁- m₂)V_K/V_п.

2. Методы определения Fe³⁺-ионов

.1 Роданильный метод. Люминисцентный анализ

Ионы железа (III) в кислой среде образуют красные родонильные комплексы.

Это один из наиболее часто применяемых методов, хотя он имеет много недостатков. Действительно, роданоферратные комплексы малоустойчивы, полученные окраски зависят от концентрации этих комплексов, ионной силой связывающих железо (III) в комплексы, например хлорид- и сульфат- ионов. Зависят окраски и от величины рН раствора.

Интенсивность получаемой окраски можно повысить, уменьшая диэлектрическую постоянную среды: добавляя ацетон или диоксан.

Ионы Fe³⁺ постепенно восстанавливаются роданид-ионами, быстрее на свету и особенно, когда колориметрическую кювету освещают сильными пучками света. Этого можно избежать, прибавляя окислитель (персульфат, перекись водорода).

Можно стабилизировать комплекс в отношении света, добавлением смеси метилэтилкетона и ацетона.

Роданид железа Fe(CNS)₃ можно экстрагировать эфирами и спиртами; он также имеет красный цвет.

Точность и чувствительность:

Молярный коэффициент светопоглощения ε = 7000 при λ = 480 нм и ε = 15000 в присутствии ацетона. Результаты воспроизводимы только при работе в точно одинаковых условиях. Большое значение имеет соблюдение одинаковой температуры.

Мешающие ионы:

Некоторые ионы мешают определению. Следующие вещества, присутствуя в концентрации, в 250 раза превышающие концентрацию ионов железа, могут привести к ошибке, которая не будет больше 2%: ацетат-, арсенат-, бромид-, цитрат-, хлорид-, нитрат-, сульфат-, и тартрат-ионы, синильная, муравьиная, фосфорная и кремневая кислоты, ионы алюминия.

Медь (II), кобальт, висмут, титан, рутений, осмий и молибден (VI) образуют с роданит-ионам окрашенные комплексы.

Вольфрам (VI) осаждается в виде вольфрамовой кислоты, медь (I) и серебро осаждаются в виде родонитов, ртуть (II) связывает роданид-ионы в комплекс.

Кислотность раствора должна быть постоянной. Роданид обычно вводят в концентрации, равной 0,3М. Если надо провести определение с ошибкой, не превышающей 1%, то указанная концентрация роданида должна соблюдаться с отклонениями в пределах +1%.

Реактивы:

Роданид калия, 15% раствор. Когда определяют очень малые количества железа, надо проверить реактив на чистоту. Для этого к небольшому количеству (объёму) роданида калия прибавляют равный объём ацетона.

Если появиться розовое окрашивание, прибавляют немного соли алюминия и осаждают аммиаком алюминий, который захватывает с собой и примесь железа (III), которая была в реактиве, осадок отфильтровывают и отбрасывают; раствор нейтрализуют.

Соляная или азотная кислота. Проверяют реактивы на чистоту. Если для анализа взяли азотную кислоту, пропускают через неё некоторое время воздух, чтобы удалить окислы азота.

Ход определения:

К 20 мл анализируемого раствора, содержащего 50-300 мкг железа (III), прибавляют 5 мл концентрированной соляной кислоты и 12 мл раствора роданида калия. Разбавляют водой до 50 мл и определяют оптическую плотность раствора при λ = 480 нм.

2.2 Определение с сульфосалициловой кислотой. Фотометрический метод

Молярный коэффициент светопоглащения ε = 6000 при λ = 430 нм. Сульфосалициловая (5-моносульфосалициловая) кислота образует в аммиачном растворе жёлтое соединение как с ионами железа (III), так и с ионами железа (II). Это одно из значительных преимуществ данного метода: при определении общего содержания железа не требуется предварительного окисления, в то же время иметься возможность раздельного определения обеих форм железа.

Интенсивность получаемой окраски практически не зависит от количества прибавленного аммиака. В кислых растворах тот же реактив образует красное соединение только с железом (III). Интенсивность окраски зависит от концентрации кислоты, необходимо добавление буферного раствора. При различном значении рН сдвигается, и максимум светопоглащения (при рН 1,5 максимум находиться у λ=500 нм, при рН 5,0 - у λ = 460 нм.)

Фосфор не мешает, даже если его содержание превышает содержание железа более чем в 100 раз. Не мешает и умеренный избыток солей аммония. Мешает влияние кальция и магния (устраняется добавлением ортофосфата). Сильные окислители должны отсутствовать. Медь, кобальт и никель мешают цветом своих ионов, но ионы меди можно связать в бесцветный комплекс добавлением небольшого количества цианида.

Чаще всего определяют общее содержание железа в щелочной среде. В этих условиях мешающее влияние марганца может быть преодолено добавлением солянокислого гидроксиламина. При большом содержании марганца отделяют от него железо окисью цинка. Большие количества алюминия и магния образуют комплексы с реактивом. В этих случаях рекомендуется добавление солей аммония и увеличение количества реактива; кроме того, в стандарт вводят соответствующее количество этих мешающих солей.

Реактивы:

Сульфосалициловая кислота 10%-й раствор, или сульфосалицилат натрия, насыщенный раствор. Аммиак, разбавленный (2:3) раствор. Соляная кислота, разбавленный (3:2) раствор.

Ход определения общего содержания железа:

Анализируемый раствор должен содержать в 10 мл от 1 до 10 мкг железа. Более концентрированные растворы предварительно разбавляют в мерной колбе так, чтобы отобранная аликвотная часть в 10 мл содержала железо в указанных пределах. Раствор должен быть нейтральным или слабокислым. Прибавляют 5 мл раствора сульфосалициловой кислоты или сульфосалицилата натрия, 5 мл раствора аммиака, перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность при λ = 420 - 430 нм.

Определение железа (III): Анализируемый раствор, содержащий в 10 мл от 1 до 10 мкг железа (III) сначала нейтрализуют по конго красному (необходимое количество кислоты или щёлочи находят титрованием по этому индикатору другой порции пробы), приливают 0,1 мг разбавленной соляной кислоты, 5 мл раствора реактива и через 10 мин измеряют оптическую плотность при λ = 500-520 нм. Результаты определения находят по калибровочным кривым, которые строят в тех же условиях, пользуясь стандартным раствором соли железа (III) и применяя те же светофильтры. По разности между общим содержанием железа и содержанием железа (III) находят содержание железа (II).

2.3 Определение с 1,10-фенантролином (о-фенантролином). Фотометрический метод

Железо (III) надо предварительно восстановить до железа (II). Для этого применяют солянокислый гидроксиламин или гидрохинон.

Ион Fe²⁺ образуют с 1,10-фенантолином красные комплексные ионы, в которых на один ион Fe²⁺ приходиться три молекулы 1,10-фенантролина. Получаемая окраска устойчива более шести месяцев. Интенсивность её не зависит от рН в границах от 2 до 9. Комплекс очень устойчив. Однако, надо учитывать влияние некоторых факторов, которые могут оказаться причиной небольших ошибок, это: порядок прибавление реактивов, время, температура, рН раствора, мешающие ионы.

Чувствительность метода:

Молярный коэффициент светопоглощения ε = 10600 при λ = 490 нм и ε = 10900 при λ = 505 нм.

Мешающие ионы:

Мешают многие ионы, образуя или осадки, или окрашенные соединения. В осадок могут выпасть гидроксиды и фосфаты многих элементов, но часто этого можно избежать, добавляя цитрат. Висмут мешает определению, но в его присутствии определение возможно при добавлении ЭДТА. Следующие элементы и ионы не мешают, по крайней мере, в концентрациях ниже 500мг/л: ацетат-, хлорид-, хлорат-, бромид-, иодид-, нитрат-, сульфат-, сульфит-, роданид- и цитрат ионы, мышьяк (V), мышьяк (III), алюминий, свинец, марганец, щелочноземельные и щелочные металлы.

Реактивы:

Гидроксиламин солянокислый, 10% раствор. Ацетат натрия, 25% -ный (2М) раствор. 1,10-фенантролин солянокислый, 0,5%-й раствор.

Ход определения:

Стандартный раствор железа помещают в мерную колбу ёмкостью 50 мл. Готовят 5-6 растворов с концентрацией железа 25-125 мг/мл путём разбавления точно отмеренного объёма железа в мерной колбе на 50 мл. Пользуясь другой аликвотной порцией пробы, определяют сколько надо прибавить раствора ацетата, чтобы привести рН к 3,5 (по бромфеноловому синему) и требуемое количество ацетата прибавляют в мерную колбу. Приливают 1 мл раствора солянокислого гидроксиламина и 1 мл 1,10-фенонтролина. Дают постоять 1 час, разбавляют водой до метки и определяют оптическую плотность раствора при 490-520 нм.

.4 Определение высокочастотным титрованием

Ионы Fe³⁺ образуют устойчивые комплексные соединения с ЭДТА (Na₂H₂Y) при рН=2-3 (lg β_FeY=14,33) и могут быть определены методом высокочастотного титрования. При этом происходят следующие реакции:

³⁺ + H₃Y^-↔FeY^- + 3H⁺,

H⁺+H₃Y^-↔H₄Y(pК_а1 = l,0×10^-2)

На кривой титрования наблюдается два излома - первый соответствует количественному связыванию ионов Fe³⁺ комплексоном, второй - указывает на завершение кислотно-основного взаимодействия.

Приборы и реактивы:

Высокочастотный титратор; магнитная мешалка; мерная колба вместимостью 50 мл; пипетка вместимостью 5 мл; бюретка вместимостью 25 мл; стакан для титрования вместимостью 100 мл; раствор ЭДТА, 0,1 М; раствор H₂S0₄, 1 М.

Ход определения:

К анализируемому раствору в мерной колбе прибавляют 20 мл 1 М раствора H₂S0₄, до метки доливают дистиллированную воду и тщательно перемешивают. В стакан для титрования отбирают пипеткой 5 мл приготовленного раствора, доливают дистиллированную воду на 3-5 мм выше верхнего электрода и при перемешивании титруют раствором ЭДТА, приливая его порциями по 0,1 мл и регистрируя показания прибора. Строят кривую титрования. По первому излому на кривой определяют объем ЭДТА, затраченный на титрование ионов Fe³⁺. Пользуясь формулами титриметрического анализа, рассчитывают содержание железа.