Метод комплексонометрии (Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА) и установление его концентрации, Определение общей жесткости воды
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное
государственное бюджетное
высшего профессионального образования
Российский государственный торгово-экономический университет
Уфимский
институт (филиал)
Факультет юриспруденции и заочного обучения
Курс 1 (3,5 г.)
Специальность
«Технология продукции
и организация общественного
питания»
Метод комплексонометрии (Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА) и установление его концентрации, Определение общей жесткости воды и раздельное определение жесткости за счет присутствия ионов кальция и магния, Определение железа и цинка при совместном присутствии).
______________________________
Контрольная работа
по дисциплине:
«Аналитическая химия
Содержание
- Метод
комплексонометрии…………………………………
……3-7 - Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА)
и установление его концентрации………………………………7-8
- Определение общей жесткости воды и раздельное …………..8-
- определение жесткости за счет присутствия ионов кальция и магния
- Определение железа и цинка
при
совместном присутствии
- Метод комплексонометрии
Метод комплексонометрии основан на образовании комплексов металл-ионов с комплексонами. К комплексонам Г. Шварценбах отнес группу полиаминополиуксусных кислот, содержащих иминодиацетатные фрагменты -N(CH2COOH)2, связанные с различными алифатическими или ароматическими радикалами. Комплексоны образуют со многими катионами металлов бесцветные, достаточно прочные и растворимые в воде внутрикомплексные соли: комплексонаты, хелаты. В качестве рабочих растворов применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (комплексон II). Анион ее обычно обозначают символом Y. На практике используют чаще ее динатриевую соль Na2H2Y×2H2O (комплексон III, трилон Б), обозначаемую ЭДТА.
Образование
комплексоном III внутрикомплексного соединения
с каким-нибудь двухзарядным катионом
металла происходит путем замещения металлом
атомов водорода карбоксильных групп
и одновременного взаимодействия катиона
с атомами азота аминогрупп за счет координационной
связи.
НOOCH2C
N - CH2 - CH2 - N + Me2+ ®
NaOOCH2C
OOCH2C
N -
CH2 -
CH2 -
N
NaOOCH2C
Или в сокращенном виде: Na2H2Y + Me2+ ® [Na2MeY] + 2H+.
Комплексон III образует устойчивые комплексные соединения в соотношении 1:1. В результате реакции комплексона III с ионом металла любой валентности выделяется два иона водорода, поэтому фактор эквивалентности для металлов равен 1/2. Устойчивость комплексонатов различна. Она зависит от природы иона металла, его зарядности и рН среды. При образовании комплекса определяемого катиона с комплексоном освобождаются ионы водорода, рН раствора понижается, поэтому, если титруемые растворы не защищены действием буферной смеси, рН раствора может понизиться на несколько единиц, и комплексные соединения не образуются. Чтобы поддержать рН раствора на заданном уровне, необходимо проводить титрование в буферных растворах, отвечающих определенному значению рН.
Катионы р- и d- элементов (Fe3+, Zn3+, Sc3+, Zr4+ и др.) образуют прочные комплексы в кислой и щелочной среде. Катионы s-элементов (Ca2+, Mg2+, Zn2+) образуют прочные комплексы только в щелочной среде и мешают титрованию катионов, определяемых в кислой среде. Следовательно, титрование большинства S-элементов обычно проводят в аммиачной буферной среде (NH4ОН + NH4Cl) при рН = 8-9. Во избежание образования осадков гидроксидов и с целью маскировки отдельных катионов наряду с буферными смесями добавляют такие вещества, как тартраты, цитраты, фторид натрия, цианид калия и т.д. Благодаря этому удается успешно проводить комплексонометрическое определение боль-шинства катионов прямым, обратным, заместительным способами титрования. Анионы определяют обратным титрованием. Обратное титрование применяют для анализа элементов, не образующих устойчивые комплексы с ЭДТА. При определении анионов, например, сульфид-, сульфат-, фосфат-ионов, их осаждают избытком стандартного раствора какого-либо металла, осадок отделяют и в фильтрате титруют раствором ЭДТА избыток ионов металла, неосадившихся определяемым ионом (анионом).
Для фиксирования точки эквивалентности используют металлохромные индикаторы - органические красители, образующие с катионами металла окрашенные комплексные соединения, цвет которых отличается от цвета свободного индикатора. Например, эриохром черный Т образует с катионами металлов, как правило, комплексы красного цвета в пределах рН = 7-10.
Эти
соединения, однако, менее прочны, чем
комплексы тех же катионов с комплексоном
Ш, поэтому при титровании раствора комплексоном
Ш ионы металла переходят от индикатора
к комплексону, и выделяется свободный
индикатор, имеющий синюю окраску. Таким
образом, в точке эквивалентности красная
окраска сменяется синей.
вино-красный бесцвет- бесцвет- синий
Кроме
эриохрома черного Т в
,
где m(ЭДТА) - масса ЭДТА, г;
Сэк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм3;
Мэк(ЭДТА) - молярная масса эквивалентов ЭДТА, г/моль;
Vм.к. - вместимость мерной колбы,
см3.
Молярную массу эквивалентов рассчитывают по формуле:
Массу ЭДТА рассчитывают с точностью до второго знака после запятой и взвешивают на технохимических весах. Взвешенную навеску ЭДТА переносят в мерную колбу, растворяют (если раствор мутный его фильтруют), доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Приготовленный раствор ЭДТА имеет приблизительную (неточную) концентрацию. Точную концентрацию раствора ЭДТА устанавливают по стандартным растворам сульфата цинка или магния, карбоната кальция, хлорида цинка или висмута (III). Раствор ЭДТА следует хранить в обработанных паром склянках иенского стекла. Обычное стекло при длительном хранении раствора дает заметное изменение концентрации раствора. В пищевой промышленности методом комплексонометрического титрования определяют жесткость воды, раздельное содержание кальция и магния в воде. Кроме того, проводят определение макроэлементов кальция и магния и некоторых микроэлементов, например, Fe (III) в пищевых продуктах.
Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА)
и
установление его
концентрации
Цель работы - описать методику приготовления раствора ЭДТА; определить точную концентрацию раствора комплексона (III) (ЭДТА).
Сущность работы. Концентрацию рабочего раствора ЭДТА устанавливают по стандартному раствору установочного вещества MgSO4 × 7H2O. В качестве индикатора применяют эриохром черный Т. Определяют концентрацию ЭДТА в присутствии аммиачно-буферного раствора.
Оборудование и реактивы: штатив; бюретка, вместимостью 25,00 см3;
воронка; мерная колба; мерный цилиндр, вместимостью 10 см3; колба коническая для титрования; стакан для слива; стакан, вместимостью 50 см3; мерные пипетки, вместимостью 5,00-10,00 см3; аналитические весы; раствор ЭДТА, Сэк(ЭДТА) = 0,01-0,05 моль/дм3; MgSO4 × 7H2O; индикатор эриохром черный Т; аммиачно-буферный раствор.
Методика выполнения анализа. 1. Приготовление рабочего раствора ЭДТА (разд. 2.3).
2. Приготовление установочного раствора MgSO4·7H2O. Рассчитывают массу соли MgSO4×7H2O, необходимую для приготовления 100 см3 раствора молярной концентрации эквивалентов 0,0500 моль/дм3 по формуле:
где m (MgSO4 × 7H2O) - масса MgSO4 × 7H2O, г;
Сэк(MgSO4) - молярная концентрация эквивалентов раствора MgSO4, моль/дм3;
Мэк(MgSO4 × 7H2O) - молярная масса эквивалентов MgSO4 × 7H2O, г/моль;
Vм.к. - вместимость мерной колбы,
см3.
Навеску соли взвешивают на аналитических весах, переносят в мерную колбу, растворяют, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Если практическая навеска отличается от расчетной, то концентрацию пересчитывают по формулам:
где Т(MgSO4) - титр раствора MgSO4 , г/см3;
m (MgSO4 × 7H2O) - практическая масса навески MgSO4 × 7H2O, г.
где Сэк(MgSO4) - молярная концентрация эквивалентов раствора MgSO4, моль/дм3;
Мэк(MgSO4×7H2O) - молярная
масса эквивалентов MgSO4×7H2O, г/моль.
3. Установление концентрации рабочего раствора ЭДТА. Аликвотную часть приготовленного раствора MgSO4 × 7H2O переносят в колбу для титрования, добавляют 5 см3 аммиачно-буферной смеси и щепотку индикатора эриохрома черного Т. Затем титруют раствор комплексоном III до перехода окраски из винно-красной в ярко-голубую. Последние капли добавляют медленно. Расчет концентрации комплексона проводят по закону эквивалентов:
где Сэк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм3;
Сэк(MgSO4) - молярная концентрация эквивалентов раствора MgSO4, моль/дм3;
V(ЭДТА) - объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование, см3;
V(MgSO4) - объем аликвотной части раствора
MgSO4, см3.
. Определение общей жесткости воды и раздельное
определение
жесткости за счет
присутствия ионов
кальция и магния
Цель работы - определить общую и раздельную жесткость воды за счет присутствия ионов кальция и магния методом комплексонометрии.
Сущность работы. Общая жесткость воды определяется наличием в ней ионов Са2+ и Мg2+. В качестве рабочего вещества применяют комплексон III (ЭДТА). При определении общей жесткости воды используют индикатор эриохром черный Т, а при определении жесткости за счет присутствия ионов Са2+ - мурексид. Определение общей и раздельной жесткости воды ведут в щелочной среде.
Оборудование и реактивы: штатив; бюретка, вместимостью 25,00 см3; воронка; мерный цилиндр, вместимостью 10 см3; колба коническая для титрования; стакан для слива; стакан, вместимостью 50 см3; пипетка, вместимостью 5,00-10,00 см3; раствор ЭДТА, Сэк(ЭДТА) = 0,01-0,05 моль/дм3; индикаторы эриохром черный Т и мурексид; аммиачно-буферный раствор; раствор КОН, С(КОН) ~ 2 моль/дм3; анализируемая вода.
Методика выполнения анализа: 1. Определение общей жесткости воды. Аликвотную часть анализируемой воды переносят в колбу для титрования, добавляют 5 см3 аммиачно-буферной смеси и индикатор эриохром черный Т. Затем титруют раствор комплексоном III до перехода окраски из винно-красной в ярко-голубую. Последние капли добавляют медленно, тщательно перемешивая. Вычисление общей жесткости воды производят по формуле:
где Ж(Н2О) - общая жесткость воды, ммоль/дм3;
Сэк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм3;
V(ЭДТА) - объем ЭДТА, израсходованный на титрование, см3;
Vа.ч.
(Н2О) - аликвотная часть анализируемой
воды, см3.
2.
Определение раздельной
, (65)
где Сэк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм3;
Vа.ч.(Н2О) - аликвотная часть анализируемой воды, см3;
V(ЭДТА)
- объем ЭДТА, израсходованный на титрование,
см3.
Расчет жесткости воды (ммоль/дм3) за счет присутствия ионов магния проводят по формуле:
где Ж(Н2О) - общая жесткость воды, ммоль/дм3;
Ж(Са2+) - жесткость воды за счет присутствия в воде ионов Са2+, ммоль/дм3.
Определение железа и цинка
при
совместном присутствии
Цель работы - определить содержание железа и цинка в растворе методом комплексонометрии, используя маскировку мешающих ионов железа (III) фторидом аммония.
Сущность работы. Железо и цинк в присутствии индикатора ксиленолового оранжевого титруются совместно комплексоном III в среде ацетатного буферного раствора при рН = 5-6. Если же к раствору добавить фторид аммония, железо (III) свяжется в устойчивый комплекс [FeF6]3-, тогда комплексоном III будет титроваться только цинк (II). Ксиленоловый оранжевый, шестиосновная кислота, при рН<6,4 окрашен в желтый цвет.
При титровании комплексоном III малоустойчивый комплекс цинка с индикатором разрушается, образуется более прочный комплексонат с ЭДТА, а индикатор выделяется в свободном виде.
В качестве рабочего раствора используют комплексон III (ЭДТА). Раствор ЭДТА готовят с молярной концентрацией эквивалентов, равной 0,05 моль/дм3. Точную концентрацию рабочего раствора ЭДТА устанавливают по стандартному раствору установочного вещества MgSO4 × 7H2O (разд. 2.3.1).
Оборудование и реактивы: штатив; бюретка, вместимостью 25,00 см3; воронка; мерный цилиндр, вместимостью 10 см3; колба коническая для титрования; стакан для слива; стакан, вместимостью 50 см3; пипетка, вместимостью 5,00-10,00 см3; раствор комплексона III, Сэк(ЭДТА) = 0,0500 моль/дм3; ксиленоловый оранжевый; ацетатный буферный раствор; раствор NaF, Сэк(NaF) ~ 0,1 моль/дм3; анализируемый раствор - смесь солей Fe (III) и Zn (II) с молярной концентрацией эквивалентов 0,5000-1,0000 моль/дм3.
Методика выполнения анализа. Контрольный раствор разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе и тщательно перемешивают. Отбирают аликвотную часть в колбу для титрования, добавляют 10-15 см3 ацетатного буферного раствора, 4-5 капель индикатора ксиленолового оранжевого и титруют комплексоном III до перехода окраски из красно-фиолетовой в желтую. Последние капли добавляют медленно, тщательно перемешивая титруемый раствор. Отмечают объем V1, израсходованный на титрование смеси железа и цинка. Затем вновь отбирают аликвотную часть раствора в колбу для титрования, добавляют 2 см3 раствора фторида аммония, 10-15 см3 ацетатного буферного раствора, 4-5 капель ксиленолового оранжевого и титруют комплексоном III до перехода окраски из красно-фиолетовой в желтую. Отмечают объем V2, израсходованный на титрование ионов цинка. Массу титруемых ионов железа и цинка рассчитывают по формулам:
где m(Fe) - масса ионов железа в контрольном растворе, г;
m(Zn) - масса ионов цинка в контрольном растворе, г;
Cэк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм3;
V1(ЭДТА) - объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование смеси ионов железа и цинка, см3;
V2(ЭДТА) - объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование ионов цинка, см3;
Mэк(Fe) - молярная масса эквивалентов железа, г/моль;
Mэк(Zn) - молярная масса эквивалентов цинка, г/моль;
Vм.к. - вместимость мерной колбы, см3;
Vа.ч - аликвотная часть контрольного раствора, см3.
