Курсовая работа: Качественный анализ неизвестного вещества

2.3 Расчет кривой титрования методом комплексонометрии

Оценить возможность титриметрического определения и построить кривую титрования для следующих данных 0,05М ZnCl2 0,025M Na2H2Y, pH 9, концентрация аммиака 0,1 моль/л.

Запишем уравнение титриметрической реакции:

Zn2++ H2Y2-→ZnY2-+2H+

Расчет кривой титрования сводится к расчету показательной концентрации Zn2+ в зависимости от объема титранта. Устойчивость ZnY2- зависит от кислотности среды (чем выше кислотность, тем ниже устойчивость), в связи с этим для связывания ионов водорода, количественное определение ZnCl2 проводят в среде аммонийного буфера.

Рассчитаем объем титранта по закону эквивалентов:

 (1)

откуда

 (2)

Наличие иона Н+ в среде, где присутствует трилон В, приводит к протеканию следующих конкурирующих реакций:

Y4-+H+ « HY3-, = K4;

HY3-+H+ « H2Y2-, = K3;

H2Y2-+H+ « H3Y-, = K2;

H3Y-+H+ « H4Y, = K1;

где K1, K2, K3, K4 – константы ступенчатой диссоциации H4Y (K1=1,0.10-2, K2=2,1.10-3, K3=6,9.10-7, K4=5,5.10-11)[5].

Рассчитаем условную константу устойчивости, которая выражает прочность комплексов цинка с трилоном В:

 (3)

Рассчитаем коэффициенты конкурирующих реакций:

 (4)

Zn2+ участвует также в конкурирующих реакциях образования комплексных соединений с аммиаком NH3 в соответствии со следующими уравнениями реакций:

n2++NH3Zn(NH3)2+,

Zn2++2NH3Zn(NH3)22+,

Zn2++3NH3Zn(NH3)32+,

Zn2++4NH3Zn(NH3)42+,

 (5)

По данным литературного источника[5]

  

Подставив, выражения (4) и (5) в уравнение константы устойчивости (3) получим:

1)  до начала титрования, в отсутствии конкурирующих реакций с участием цинка, концентрация ионов Zn2+ равна концентрации соли ZnCl2

ZnCl2 →Zn2++2Cl-

[Zn2+]=C=0.05 моль/л

2)до точки эквивалентности величина pZn определяется концентрацией неоттитрованного иона цинка уравнение (а), так диссоциацией комплексоната, образующегося по уравнению(б) при избытке ионов цинка можно пренебречь.

а)Zn2++H2Y2-→ ZnY2-+2H+

б)ZnY2- ↔Zn2++Y4-.

дис.

 (6)

Проведем расчет для точек

3) В точке эквивалентности расчет концентрации ионов Zn2+ проводится с учетом уравнения реакции диссоциации комплекса:

ZnY2-↔Zn2++Y4-

Данное равновесие количественно описывается константой:

 (7)

[Zn2+] = [Y4-] = x,

[ZnY2-] = [ZnCl2],

,

,

,

[Zn2+] = 1,8 ∙ 10-5

pZn = 4.7

4)после точки эквивалентности концентрация комплексоната металла остается постоянной

Концентрация ионов лиганда определяется избытком добавленного титранта:

 (8)

 (9)

откуда :

Для найденных значений [Zn2] и [Y4-] вычисляются значения pZn2+ и pY4- и строится кривая титрования в координатах pZn2+- Vтитранта. Проводится анализ кривой титрования, рассчитывается скачок титрования, выбирается индикатор.

 В таблице 3 представлены данные расчета изменений концентрации ионов определяемого вещества и титранта в зависимости от объема добавляемого титранта (при условии что объем раствора в процессе титрования не изменяется).

Таблица 3-Изменение pZn при титровании трилоном Б.

Ŋ	VТ,мл	[Y4-]	pY4-	[Zn2]	pZn2+
0	0	-	-	0.05	1.3
0.1	20	-	-	0.025	1.6
0.2	40	-	-	0.02	1.7
0,4	80	-	-	0.015	1,8
0.8	160	-	-	0.005	2.3
0.9	180	-	-	0.0025	2.6
0.99	198	-	-	0.00025	3.6
0.999	199.8	-	-	0.000025	4.6
1	200	-	-	1.8.·10-5	4.7
1.001	200.2	5·10-5	4.3	3.125·10-6	5.5
1.01	202	5·10-4	3.3	3.12·10-7	6.5
1.05	210	2.5·10-3	2.6	6.2·10-8	7.2
1.1	220	5·10-3	2.3	3.1·10-8	7.5
1.2	240	0.01	2	1.5·10-8	7.8
1.8	360	0.04	1.4	3·10-9	8.4
2	400	0.05	1.3	3.12·10-9	8.5

Проанализируем полученную кривую. Как видно, в области точки эквивалентности происходит резкое изменение концентрации ионов цинка, которое можно отметить с помощью соответствующего индикатора. Скачок титрования составляет pZn2+=6.5-3,6=2,9, то есть величину достаточную для фиксирования точки эквивалентности. На основании этого можно сделать вывод о возможности комплексонометрического определения цинка в области заданных концентраций.

Индикаторами в комплексонометрии являются металлоидикаторы , образующие с ионами металлов интенсивно окрашенные соединения, константы устойчивости которых, однако, ниже чем константы бесцветных комплексов трилона Б с ионами металлов [3].

Подбор индикатора осуществляется в соответствии с условиями титрования, описанными в справочнике Лурье [5]. Сопоставив условия титрования, представленные в задаче, с данными из справочника [5], приходим к заключению что, в данном случае индикатором является 0,1% водный раствор кислотный хром синий К, обеспечивающий переход окраски из розовой в серо-голубую.

2.4 Определение анионного состава сточных вод

В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са2+, Мg2+, Nа+, К+ и анионами НСO3-, Сl- , SO42-. Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами; они не определяют химический тип воды.

По преобладающему аниону воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Воды каждого класса делятся, в свою очередь, по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую.

В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это газы, которые диффундируют в воды из атмосферы воздуха, такие как кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентрализованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сероводород, радиоактивный газ радон, а также инертные и другие газы.

Существует несколько методов определения анионного состава воды.

Метод комплексонометрического титрования[3]

 Определение многих анионов основано на осаждении их малорастворимых соединений титрованным раствором какого-либо катиона, избыток которого затем оттитровывается ЭДТА. Сульфат по этой методике осаждают в виде BaSO4 хлоридом бария и последующим комплексонометрическим титрованием избытка ионов Ba2+ по специальной методике. Фосфат осаждают в виде MgNH4PO4 и оставшееся в растворе количество магния определяют комплексонометрически.

Хроматография[8]

Ионная хроматография – метод качественного и количественного определения ионов в растворах. Он позволяет определять неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие органические соединения в ионной форме. Во всем мире ионная хроматография используется чаще других методов, обеспечивая выявление множества компонентов в любой воде. Для проведения анализов используются ионные хроматографы. Основным элементом любого хроматографа является разделяющая аналитическая колонка. Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат, методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным во всем мире. Кроме ионохроматографических колонок для определения основных не органических анионов разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки, наряду со стандартными анионами они выявляют и оксианионы такие как оксихалиды: хлорит, хлорат, бромат и др.

Аргентометрия.[9]

Аргентометрия (от лат. argentum - серебро и греч. metreo - измеряю), титриметрический метод определения анионов (Hal-, CN-, PO43-, CrO42- и др.), образующих малорастворимые соединения или устойчивые комплексы с ионами Ag+ Исследуемый раствор титруют стандартным раствором AgNO3 или избыток последнего, введенный в анализируемый раствор, оттитровывают стандартным раствором NaCl (т. наз. обратное титрование).

В методе Мора индикатором служит раствор К2СrО4, образующий с Ag+ при рН 7-10 осадок Ag2CrO4 красного цвета; метод применим для определения хлоридов и бромидов. В методе Фаянса применяют адсорбционные индикаторы ( флуоресцеин, эозин), которые адсорбируются на поверхности осадка, изменяя его цвет. Для определения галогенидов часто применяют метод Фольгарда. В этом случае к исследуемому раствору добавляют избыток раствора AgNO3

Определение гидрокарбонат-ионов[4]

При одновременном присутствии в воде ионов HCO3- и CO32- определение ведут в одной пробе, нейтрализуя рабочим раствором соляной кислоты щелочность, создаваемую этими ионами. Щелочностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, т.е. с ионами водорода. Расход кислоты выражает общую щелочность. В обычных природных водах щелочность зависит, как правило, только от гидрокарбонат-ионов щелочноземельных металлов. В этом случае значение рН воды не превышает 8,3. Общая щелочность практически тождественна карбонатной жесткости и соответствует содержанию гидрокарбонатов.

Карбонат ионы содержаться в щелочных водах. Обычно питьевая вода не содержит карбонатов. На это указывает отсутствие розовой окраски от прибавления к пробе фенолфталеина. В этом случае в воде определяют только гидрокарбонаты титрованием кислотой в присутствии метилоранжа.

Определение нитритов[6]

 Присутствие в незагрязненных поверхностных водах нитритных ионов связано главным образом с процессами минерализации органических веществ и нитрификации. Аммонийные ионы под действием особого вида бактерий окисляются до нитритных ионов:

NH4+ + OH - + 2/3O2 = H + + NO2- + 2 H2O

В поверхностных водах нитритный азот находится главным образом в виде нитритных ионов. В кислых водах может присутствовать некоторое количество HNO2. Нитриты не обладают сильно выраженной способностью к комплексообразованию.

 Реакция взаимодействия диазонитрованной в присутствии нитритов сульфаниловой кислоты с ароматическими аминами является одной из самых чувствительных реакций, с помощью которых могут быть обнаружены очень малые (единицы мкг/л) количества нитритных ионов. Нитритные ионы - неустойчивые вещества, определение которых должно производиться вскоре после отбора. Пробы предварительно фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм. Если анализ не может быть выполнен немедленно, пробу консервируют добавление 2-4 мл хлороформа на 1 л воды и хранят при температуре 3-5о С в течение 1-3 суток.

Заключение

1.Курсовая работа включает пояснительную записку, изложенную на 38 страницах, содержащую 3 таблицы и графическую часть на формате А1, содержащую блок-схему идентификации неизвестного вещества и кривую титрования.

2.Изучены основные приемы и методы качественного и количественного анализа. В соответствии с ними произведен анализ выданного образца. Показано, что анализируемый образец представляет собой смесь двух солей Pb(NO3)2 и (CH3COO)2Pb.

3.Рассмотрены методы титриметрического анализа. Более подробно рассмотрен метод комплексонометрического титрования.

Произведен расчет и построение кривой титрования методом комплексонометрического титрования -0,05 M ZnCl2 0.025M Na2H2Y, рН 9,С(NH3)=0.1 моль/л. Аналитическая характеристика кривой титрования: показано, что кривая титрования имеет явный перегиб вблизи точки эквивалентности, что дает основание на возможность применения данного метода анализа (для заданных условий). Точка эквивалентности соответствует значению рZn = 4.7. В области точки эквивалентности происходит резкое изменение концентрации ионов Zn2+, которое можно отметить с помощью соответствующего индикатора (кислотный хром синий К).

Список использованных источников информации

1.Алексеев В.Н. Качественный химический полумикроанализ. M.: Химия. 1973.

2.Воскресенский А.Г , Солодкин И.С. практическое руководство по качественному полумкроанализу.1972-133с.

3. Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 кн.: Кн.1: Титриметрические и гравиметрические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец.- 4-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2004. – 368с.:ил.

4. Кольтгоф И. М., Сендэл Е. Б., Количественный анализ, пер. с англ., 3 изд., М.-Л., 1948, с. 496

5.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии.- М.: Химия, 1979. – 480с.

6. Семенов А.Д, М.М. Евстифеев, Ю.М. Гаврилко. Методические указания

к практикуму “Анализ объектов окружающей среды” Определение биогенных элементов в природных водах . г. Ростов-на-Дону -2001-17c

7. Сильченко Л.А., Пашаян А.А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов II курса специальности 330200”Инженерная защита окружающей среды”(часть II) – Брянск, БГИТА, 2005.- 58с.

8. Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник" Л.: Химия, 1977 стр. 95

9. Рыбакова Е.В. Ионная хроматография –современный метод анализа всех типов вод/ Е.В. Рыбакова// Экология и промышленность России.- 2000.- №13.- с.34-36

10.Шемякин Ф.М. аналитическая химия. Изд.3-е, испр. и доп. Учебник для фармацевтических вузов. М., «Высш.школа». 1973

11. Шварценбах Г, Флашка Г., Комплексонометрическое титрование, пер. с нем.