Химические (титриметрические) методы анализа природных объектов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1-2

ХИМИЧЕСКИЕ (ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ) МЕТОДЫ

АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

 

Титриметрическое определение  сульфат-ионов в воде (РД 52.24.406-2006). Осадительное титрование. Бариметрия (упрощенная версия)

 

Сущность  метода: Выполнение измерений массовой концентрации сульфатов титриметрическим методом основано на образовании труднорастворимого сульфата бария при прибавлении раствора хлорида бария к анализируемой воде. После практически полного осаждения сульфатов избыток ионов бария реагирует с индикатором с образованием комплексного соединения. При этом окраска раствора изменяется от сине-фиолетовой (фиолетовой) до голубой. Для уменьшения растворимости осадка сульфата бария титрование проводят в водно-спиртовой или водно-ацетоновой среде. Уравнения реакций напишите самостоятельно. Диапазон измерений 30-300 мг SO₄^2-/л.

    

1. Приготовление раствора титранта: Приготовить 250 мл раствора хлорида бария с С_N 0,02 моль/дм _. Навеску (0,61±0,01) г BaCl₂•2H₂O (проверьте расчетами правильность навески), взвешенную на ТВ, растворите в мерной колбе на 250 мл. Раствор можно хранить в темной плотно закрытой склянке не более 6 мес.
2. Приготовление раствора установочного вещества. Приготовить 250 мл раствора сульфата калия с массовой концентрацией сульфатов 250 мг/дм _. Для приготовления аттестованного раствора сульфатов взвесьте на АВ навеску сульфата калия K₂SO₄  (0,1134±0,0001) г (проверьте расчетами правильность навески) предварительно высушенного в сушильном шкафу при 105⁰ С в течение 1 ч и охлажденного в эксикаторе до комнатной температуры. Количественно перенесите ее в мерную колбу вместимостью 250 см , растворите примерно в 200 см дистиллированной воды, добавьте 0,5 см 0,1 М раствора соляной кислоты и перемешайте. По универсальной индикаторной бумаге рН полученного раствора должен быть около 4. Доведите объем раствора в колбе до метки дистиллированной водой и вновь перемешайте. Перенесите раствор в склянку с хорошо притертой стеклянной или пластиковой пробкой. Раствор сульфатов с массовой концентрацией 250 мг/см хранится в плотно закрытой посуде не более 6 мес.
3. Приготовление раствора соляной кислоты: Приготовить 100 мл 0,1 М раствора HCl. Как это сделать?
4. Приготовление растворов индикаторов:

а) Раствор ортанилового К, 0,05%-ный: Приготовить 50 мл 0,05%-го раствора ортанилового К. В 50 см дистиллированной воды растворите 25 мг ортанилового К.  Хранится в темной склянке в течение 2 месяцев.

б) раствор нитхромазо, 0,025%-ный: Приготовить 100 мл 0,025%-го раствора нитхромазо. В 100 см дистиллированной воды растворите 25 мг нитхромазо. Хранится в темной склянке в течение 2 месяцев.

5. Стандартизация титранта (хлорида бария): В коническую колбу вместимостью 100 см внесите мерной пипеткой 10,0 см аттестованного раствора сульфатов с массовой концентрацией 250 мг/дм , добавьте 10 см этилового спирта (при отсутствии спирта - ацетон) и 0,3 см раствора индикатора ортанилового К или нитрохромазо и титруйте раствором хлорида бария 0,02 моль/дм при постоянном перемешивании до перехода окраски из фиолетовой (или сине-фиолетовой) в голубую.

Титрование  проводите медленно, особенно вблизи точки эквивалентности, и продолжайте до тех пор, пока сине-фиолетовая окраска не будет возвращаться в течение 2-3 мин. Повторите титрование и, при отсутствии расхождения в объемах хлорида бария более 0,05 см , за результат титрования примите среднее арифметическое. В противном случае повторите титрование до получения результатов, отличающихся не более чем на 0,05 см . Результаты занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п	V установочного вещества (K2SO4) с СN =	V титранта (BaCl2)	Условия титрования Запишите  самостоятельно
1. 2. 3.	10 мл 10 мл 10 мл     V (средн.) =	V1 =5,0 V2 =5,1 V3 =5,0       V (средн.) =5,03

 

Точную нормальную концентрацию раствора хлорида бария  рассчитайте по формуле:

,

где - нормальная концентрация раствора хлорида бария, моль/дм ;

- массовая концентрация аттестованного  раствора сульфатов, мг/дм ;

- объем аттестованного раствора  сульфатов, см ;

- молярная масса эквивалента  сульфат-иона, г/моль ( 48,03);

- объем раствора хлорида бария,  израсходованного на титрование  раствора сульфатов, см .

 

М₁₌0,0104102

М₂=0,010206

М₃=0,0104102

М_ср=0,01034

 

6. Анализ воды: Возьмите аликвоту задачи. Прилейте объем этилового спирта или ацетона, равный суммарному объему анализируемой воды, добавьте 0,3 см раствора индикатора и титруйте раствором хлорида бария при постоянном перемешивании содержимого колбы до перехода окраски из фиолетовой (сине-фиолетовой) в голубую.

В начальной  стадии титрования, особенно в пробах с невысоким содержанием сульфатов, окраска изменяется уже после  добавления первых капель хлорида бария. Вследствие этого титрование проводите  медленно, при энергичном перемешивании. Титрование продолжайте до тех пор, пока сине-фиолетовая окраска не будет возвращаться в течение 2-3 мин. Самостоятельно заполните таблицу.Титрование повторите и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает предела повторяемости, за результат принимайте их среднее значение. В противном случае повторите титрование до получения допустимого расхождения результатов.

Если массовая концентрация сульфатов в анализируемой  пробе воды превышает 300 мг/дм , для титрования берите аликвоту пробы от 1 см до 5 см и разбавляйте ее дистиллированной водой до 10 см . Аликвоту следует выбирать таким образом, чтобы в ней содержалось не менее 1,5 мг сульфатов.

7. Вычисление и оформление результатов измерений:  Массовую концентрацию сульфатов в анализируемой пробе воды , мг/дм , рассчитывают по формуле:

 

,

где - молярная масса эквивалента сульфат-иона, г/моль ( 48,03); 

- объем раствора хлорида бария,  израсходованного на титрование  аликвоты анализируемой пробы, см ;

- нормальная концентрация раствора  хлорида бария, моль/дм ;

- объем аликвоты пробы воды, взятый для титрования, см .

V титранта	X
2,4	238,382
2,5	248,315
2,4	238,382
2,5	248,315
2,4	238,382
2,3	228,449
2,4	238,382
2,5	248,315
2,3	228,449

 

 

Титриметрическое определение  сульфат-ионов в воде.

Комплексометрическое титрование. Комплексонометрия

 

Сущность  метода: Выполнение измерений массовой концентрации сульфатов титриметрическим методом основано на обратном комплексонометрическом титровании с использованием двух титрантов. При добавлении к анализируемой воде избыточного точно измеренного количества титранта 1 (хлорид бария) образуется труднорастворимый сульфат бария. После практически полного осаждения сульфатов избыток ионов бария оттитровывают комплексоном Ш (ЭДТА или Трилон Б). Напишите необходимые уравнения реакций.

 

1. Приготовление раствора титранта: Приготовить 250 мл раствора трилона Б (ЭДТА)  с С_N 0,05 моль/дм _. Навеску (2,33±0,01) г Na₂H₂C₁₀H₁₂O₈N₂•2H₂O (проверьте расчетами правильность навески), взвешенную на ТВ, растворите в мерной колбе на 250 мл. Раствор можно хранить в темной плотно закрытой склянке не более 6 мес.
2. Приготовление раствора установочного вещества: Приготовить 50 мл раствора сульфата магния с С_N 0,05 моль/дм _.  Навеску сульфата магния MgSO₄•7H₂O (0,3081±0,0001) г (проверьте расчетами правильность навески), предварительно высушенного в сушильном шкафу при 105 °С в течение 1 ч и охлажденного в эксикаторе до комнатной температуры, взвесьте на АВ. Количественно перенесите навеску в мерную колбу вместимостью 50 см и растворите ее в дистиллированной воде и перемешайте. Перенесите раствор в склянку с хорошо притертой стеклянной или пластиковой пробкой. Рассчитайте точную концентрацию полученного раствора.
3. Приготовление аммиачного буферного раствора с рН 8-10: 
   Приготовить 100 мл аммиачного (аммонийного) буфера. В мерной колбе на 100 мл смешайте 10 мл 20%-ного раствора  хлорида аммония  с 10 см³ 25%-ного раствора аммиака и доведите смесь до метки дистиллированной водой. Раствор следует хранить в плотно закрытой склянке во избежание потерь аммиака.
4. Приготовление раствора хлорида бария: 0,5 г BaCl₂·2H₂O и 0,1 г MgCl₂•6H₂O растворите в мерной колбе на 250 мл прокипяченной дистиллированной водой.
5. Приготовление раствора соляной кислоты: Приготовить 100 мл 2N раствора HCl.
6. Стандартизация рабочего раствора: В колбу для титрования поместите 5 мл приготовленного раствора MgSO₄, 5 мл аммонийного буфера и сухой индикатор – хромоген черный (эриохром). Оттитруйте смесь приготовленным раствором ЭДТА, энергично перемешивая, от винно-красной окраски раствора до синей. Заполните таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п	V установочного вещества (MgSO4) с СN =	V титранта (ЭДТА)	Условия титрования Запишите  самостоятельно
1. 2. 3.	5 мл 5 мл 5 мл   V (средн.) =	V1 = V2 = V3 =   V (средн.) =

 Точную нормальную концентрацию  ЭДТА рассчитайте по формуле: 

,

где С_N,m – нормальная концентрация ЭДТА, моль/л; С_{N, уст.} – нормальная концентрация MgSO₄;  V_m – объем ЭДТА, мл;  V_уст. – объем MgSO₄, мл.

7. Анализ воды:

• Осаждение сульфат-ионов. В колбу для титрования поместите аликвоту задачи и доведите объем прокипяченной дистиллированной водой до 10 мл, добавьте 2-3 капли 2N HCl. *Смесь прокипятите 2-3 мин для удаления СО₂, добавьте 10 мл раствора BaCl₂.

*Если использовать прокипяченную дистиллированную воду, то кипячение смеси необязательно.

• Оттитровывание избытка осадителя. Раствор перемешайте и охладите, добавьте 5 мл аммонийного буферного раствора и немного индикатора – хромогена черного (эриохрома), смесь оттитруйте стандартным раствором ЭДТА от винно-красной окраски до синей. Измерьте объем титранта (V₁).
• Холостой опыт. В колбу для титрования поместите 10 мл дистиллированной воды* и далее выполните предыдущие операции п.5 (как описано выше). Измерьте объем титранта (V₂).

Повторите опыт  2-3 раза, самостоятельно составьте и  заполните таблицу (см. образец табл. 2),  Подумайте, что должно быть написано в заголовках столбиков? Найдите средние значения объема титранта.

• Расчеты: Разность объемов ЭДТА (V₂ – V₁) эквивалентна содержанию сульфат-ионов во взятой пробе, поэтому содержание сульфат-ионов определяют по формуле:

.

Пересчитайте  содержание сульфат-ионов в мг/л по формуле: 

Х, мг/л = С_N • M • 1000,

где  С_N – нормальная концентрация SO₄^2-, моль/л; М – молярная масса SO₄^2-, г/моль; 1000 – коэффициент пересчета с г на мг.

 

Повторите анализ пробы 3-4 раза и сделайте статистическую обработку  экспериментальных данных (формулы см. далее раздел «Математическая обработка экспериментальных данных», п 1-3). Обработку проведите в ручную и компьютерным способом.

Сравните полученные данные с ПДК (SO₄^2-) = 500 мг/л.

 

Проанализировав воду (содержание сульфатов) двумя титриметрическими  методами, определите статистически  можно ли объединить полученные выборки  в одну генеральную совокупность. Для этого проверьте наличие  промахов и если они есть исключите их из выборки. Проведите статистическую обработку полученных результатов и сравнение выборок по F и t критериям. Формулы даны ниже. (см. далее раздел «Математическая обработка экспериментальных данных», п 4).