ВВЕДЕНИЕ
В основе большинства реакций в аналитической химии лежит образование различных комплексных соединений, физические и химические свойства которых используются для целей анализа. Лабораторные работы второго круга основаны на применении реакций комплексообразования в количественном химическом анализе.
Цели лабораторных работ:
1). ознакомление с различными методиками количественного определения, в основе которых лежит реакции комплексообразования;
2). ознакомление с различными методами математической обработки экспериментальных данных;
Задачи лабораторных работ:
1). освоение методик количественного анализа;
2). построение градуировочных графиков;
3). определение количественного содержания различных ионов в водных растворах.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Комплексонометрическое определение молибдена
1 часть работы – комплексонометрическое определение молибдена(V) после его получения из молибдена(VI) восстановлением.
2 часть работы – определение молибдена в присутствии кобальта, никеля и меди.
Комплексон III образует с ионами мобилдена(V) комплексное соединение с эквимолярным содержанием компонентов.
Определение проводится методом обратного титрования, для чего к раствору молибдена(V) добавляют комплексон III в избытке, после чего избыток комплексона оттитровывается стандартным раствором соли цинка в присутствии индикатора эриохрома черного Т. Содержание ионов молибдена в аликвотной части растворе на должно превышать 20 мг молибдена, так как растворы его комплексоната интенсивно окрашены, что затрудняет определения конечной точки титрования.
Методика выполнения определения.
Исследуемый раствор, содержащий 25-30 мг молибдена в форме молибдата, 10-15 мг меди, никеля, кобальта, разбавляют водой до метки в мерной колбе на 50см3, хорошо перемешивают и отбирают 10 см3 в термостойкую коническую колбу емкостью 300 см3. Вводят в раствор 10 см3 раствора комплексона III, 3 г сернокислого гидразина, 10 см3 6 н. раствора серной кислоты, разбавляют смесь водой до объема 100 см3, нагревают и кипятят 5 мин. Раствор охлаждают, вводят 5 см3 раствора аммиака, 20 см3 хлоридно-аммиачного буферного раствора и эриохром черный Т на кончике шпамг). Титруют раствором сульфата цинка до изменения окраски из голубой в сиреневую. Замечают объем (V1) комплексона III, пошедшего на титрование молибдена и остальных металлов.
В другую колбу на 300 см3 также берут 10 см3 раствора молибдена(V). Проделывают те же операции, но без сульфата гидразина. Замечают объем (V2) комплексона III, пошедшего на титрование мешающих металлов.
Разница (V1–V2) соответствует количеству комплексона III, пошедшего на титрование молибдена.
Определение проводят 2 раза и рассчитывают среднее значение концентрации и погрешность определения.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Фотометрическое определение молибдена и вольфрама
при совместном присутствии с помощью пирокатехина
Молибден(VI) и вольфрам(VI) взаимодействуют с пирокатехином, образуя растворимые в воде соединения с максимумами поглощения при 400 и 305 нм соответственно. Молярные коэффициенты поглощения их равны 5560 и 5900. Комплексные соединения имеют мольный состав 1:2. Константы устойчивости их соответственно равны 3,3∙106 и 5,2∙106 для молибдена и вольфрама. Для полного связывания металла необходим многократный избыток лиганда.
Оба металла образуют бесцветные комплексонаты с комплексоном III, поэтому данный метод основан на маскировании молибдена(VI) в виде комплексоната и на определении вольфрама(VI) в виде пирокатехината после введения поправки на поглощение пирокатехината молибдена. Для определения этой поправки в другой аликвотной части раствора фотометрически определяют молибден(V) в виде комплексоната.
Методика выполнения определения.
1. Построение градуировочного графика для молибдена(VI) и вольфрама(VI) проводится отдельно для обоих металлов.
В ряд мерных колб объемом на 25 см3 вводят 1-5 см3 стандартного раствора вольфрамата натрия и молибдата натрия с интервалом 1 см3, по 2 см3 раствора пирокатехина, 5 см3 буферного раствора, 5 см3 раствора комплексона III и разбавляют водой до метки (25 см3). Через 10 мин. измеряют оптическую плотность раствора на КФК, по полученным данным строят градуировочный график.
2. Построение градуировочного графика для молибдена(V).
В стаканчик емкостью 50 см3 вводят 1-5 см3 стандартного раствора молибдата натрия с интервалом 1 см3, разбавляют водой до объема 5 см3 (если необходимо), водят 2 см3 раствора комплексоната III и 0,5 см3 раствора серной кислоты, нагревают на песочной бане, затем вводят 2 см3 раствора гидразина и кипятят 5 мин. Растворы быстро охлаждают, переносят в мерные колбы на 25 см3, прибавляют по 2,5 см3 раствора ацетата натрия, нейтрализуют аммиаком до
рН 4-5 (по индикаторной бумаге) и разбавляют до 25 см3 буферным раствором. Измеряют оптическую плотность на КФК с фильтром, подобранным при построении градуировочного графика для определения вольфрама. Строят градуировочный график.
3. Выполнение определения.
Анализируемый раствор, содержащий 2-10 мг вольфрама и 5-25 мг молибдена, разбавляют водой до 25 см3 в мерной колбе. Из этой колбы отбирают аликвотную часть 5 см3 и определяют в ней молибден в виде комплексоната молибдена(V) (оптическая плотность А1).
В другой такой же аликвотной части раствора получают пирокатехинаты молибдена и вольфрама (оптическая плотность А). По градуировочному графику для пирокатехината молибдена находят оптическую плотность, соответствующую количеству молибдена в аликвотной части, найденному для комплексоната молибдена(V) (оптическая плотность А2). Разность оптических плотностей (А-А2) соответствует оптической плотности пирокатехината вольфрама, количество которого находят по градуировочному графику для вольфрама.
Определение проводят 2 раза и рассчитывают среднее значение концентрации и погрешность определения.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Фотометрическое определение массовой концентрации фосфат-ионов
в виде фосфорно-молибденового комплекса
Фотометрический метод определения массовой концентрации фосфат-ионов основан на взаимодействии фосфат-ионов в кислой среде с молибдатом аммония и образованием фосфорно-молибденовой гетерополикислоты, которая восстанавливается аскорбиновой кислотой в присутствии сурьмяно-виннокислого калия до фосфорно-молибденового комплекса. Максимум поглощения соответствует длине волны в 690 нм.
Данная методика применима для анализа природных и сточных вод при содержании в них фосфат-иона от 0,05 до 1,00 мг/дм3.
Методика выполнения определения.
1. Построение градуировочных графиков.
Для построения градуировочных графиков необходимо приготовить образцы для градуировки с массовой концентрацией фосфат-ионов от 0,05 до 1,00 мг/дм3 в соответствии с приведенной ниже таблицей/
Таблица
Состав и количество образцов для градуировки при анализе фосфат-ионов
Номер образца | Массовая концентрация фосфатов в градуировочных растворах в мг/дм3 | Аликвотная часть раствора, помещаемая в мерную колбу на 50 см3 | |
Раствор 1 с концентрацией | Раствор 2 с концентрацией | ||
1 2 3 4 5 6 7 | 0,00 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 | График 1 (l = 50 мм) 1,0 1,5 2,0 2,5 | 0,0 2,5 5,0 |
1 2 3 4 5 6 7 | 0,00 0,05 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 | График 2 (l = 20 мм) 0,0 2,5 5,0 3,5 4,0 4,5 5,0 |
В колбу емкостью 50 см3 вводят 0-5 см3 стандартного раствора фосфат-ионов в соответствии с таблицей, доводят до метки дистиллированной водой, не содержащей фосфат-ионов, прибавляют 5,0 см3 смешанного реактива и через короткое время 0,5 см3 раствора аскорбиновой кислоты. Смесь перемешивают. Через 15 минут измеряют оптическую плотность полученного раствора по отношению к холостому раствору (холостой раствор готовится на дистиллированной воде с добавлением соответствующих реактивов).
2. Выполнение определения.
К 50 см3 пробы или к меньшему объему, доведенному до 50 см3 дистиллированной водой, не содержащей фосфат-ионов, прибавляют 5,0 см3 смешанного реактива и через короткое время 0,5 см3 раствора аскорбиновой кислоты. Смесь перемешивают. Через 15 минут измеряют оптическую плотность полученного раствора по отношению к холостому раствору (холостой раствор готовится на дистиллированной воде с добавлением соответствующих реактивов).
Содержание фосфат-ионов в мг/дм3 находят по градуировочному графику.
Определение проводят 2 раза и рассчитывают среднее значение концентрации и погрешность определения.
3. Подготовка к выполнению измерений.
3.1. Приготовление раствора молибдата аммония.
3 г молибдата аммония помещают в стакан, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 100 см3 и доводят до метки дистиллированной водой. В случае появления мути раствор следует отфильтровать. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде.
3.2. Приготовление раствора аскорбиновой кислоты.
2,16 г аскорбиновой кислоты помешают в стакан, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 100 см3 и доводят до метки дистиллированной водой.
3.3. Приготовление раствора антимонилтартрата калия.
0,34 г антимонилтартрата калия помешают в стакан, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 500 см3 и доводят до метки дистиллированной водой.
3.4. Приготовление раствора серной кислоты.
В мерную колбу на 500 см3 наливают 400 см3 дистиллированной воды и осторожно приливают 70 см3 концентрированной серной кислоты. После охлаждения раствор доводят до метки дистиллированной водой.
3.5. Приготовление смешанного реактива.
В колбе с притертой пробкой смешивают 125 см3 раствора серной кислоты (см. п. 3.4.), 50 см3 раствора молибдата аммония (см. п. 3.1.), 50 см3 раствора аскорбиновой кислоты (см. п. 3.2.) и 25 см3 раствора антимонилтартрат калия (см. п. 3.3)
Смешанный реактив готовят непосредственно перед использованием.
3.6. Приготовление раствора 1.
Раствор готовят из СО в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией. В 1 см3 раствора должно содержаться 0,01 мг фосфат-ионов.
Раствор готовят в день проведения анализа.
3.7. Приготовление раствора 2.
Раствор готовят соответствующим разбавлением стандартного раствора 1. В 1 см3 раствора должно содержаться 0,001 мг фосфат-ионов.
Раствор готовят в день проведения анализа.
