Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тольяттинский государственный университет

Институт химии и инженерной экологии

Кафедра "Химия, химические процессы и технологии"

Отчет о лабораторной работе

по аналитической химии

"Комплексонометрическое титрование"

Выполнила: студентка гр. ХИМб-1201

Шахова Е.А.

Преподаватель: к.х.н., Писарева В.С.

Тольятти 2015

План

• 1. Общие сведения
• 2. Цель работы
• 3. Методика анализа
• 4. Оборудование, приборы, реактивы
• 5. Предварительные расчеты
• 6. Ход анализа
• Выводы
• Используемая литература

1. Общие сведения

В аналитической химии широко применяется метод анализа, основанный на использовании реакций, сопровождающихся образованием внутрикомплексных (хелатных) соединений с органическими соединениями - комплексонами.

Комплексоны - это специальные органические комплексообразующие реагенты класса аминополикарбоновых кислот, которые являются полидентатными лигандами, связывающие ионы металлов по типу внутрикомплексных солей и широко применяемые в качестве титрантов при количественном определении металлов. Впервые использовать комплексоны в аналитической химии предложил в 1949 г. швейцарский ученый Г. Шварценбах.

Простейшим комплексоном является нитрилотриуксусная кислота (комплексон , H₃Y):

В анализе используют ее динатриевую соль Na₂H₂L 2Н₂О, которая в отличие от кислоты хорошо растворима в воде и находит более широкое применение.

Комплексоны являются полидентатными лигандами, которые образуют со многими катионами (Са²⁺, Ва²⁺, Sr²⁺, Mg²⁺, Со²⁺, Сu²⁺, Bi³⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Fe3+, Ni²⁺и др.) очень прочные, хорошо растворимые в воде, бесцветные внутрикомплексные (хелатные) соединения. Внутрикомплексные соли образуются всегда в тех случаях, когда катионы металла - комплексообразователя замещают активные атомы водорода функциональных групп органического соединения, а также с определенными его группами образуют координационные (донорно-акцепторные) связи. К группам, в которых атомы водорода способны замещаться на ионы металла, относятся -СООН, -SО₃Н, -ОН, =NOH и др. Донорно-акцепторную связь с ионами комплексообразователя способны образовывать группы -NH₂, =NH, -NOH, =S, =СО и др.

Комплексонометрия (трилонометрия) - титриметрический метод анализа, основанный на реакциях взаимодействия комплексонов (чаще всего трилона Б), катионами щелочноземельных и тяжелых металлов, которые приводят к образованию растворимых в воде бесцветных прочных внутрикомплексных соединений. Трилон Б (комплексон III) образует внутрикомплексные соединения с катионами металлов за счет валентных связей с карбоксильными группами, вытесняя из них атомы водорода, а также за счет координационных связей ионов-комплексообразователей с атомами азота.

В растворе трилон Б диссоциирует на ионы:

Схематически реакции комплексообразования с катионами, имеющими различные степени окисления, можно представить следующими уравнениями:

H₂L^2- + Ме²⁺ - [MeL]^2- + 2Н⁺

H₂L^2- + Ме³⁺ - [MeL]^- + 2Н⁺

H₂L^2- + Ме⁴⁺ - [MeL] + 2Н⁺

Способы фиксирования конечной точки титрования.

При комплексонометрическом титровании используют металлохромные индикаторы (металлоиндикаторы). Металлоиндикаторы - это органические красители (мурексид, эриохром черный Т, эриохром сине-черный Б, цинкон и др.), которые образуют с определяемыми ионами растворимые в воде окрашенные комплексные соединения, менее прочные, чем комплекс катиона металла с трилоном Б.

При этом комплекс катиона с индикатором и свободный индикатор имеют различную окраску:

При комплексонометрическом титровании к анализируемому раствору прибавляют металлоиндикатор, который образует с определяемыми катионами комплекс, имеющий определенную окраску. В процессе титрования трилоном Б комплекс катионов металла с индикатором разрушается и образуется бесцветный, очень прочный комплекс катионов с трилоном Б, а в раствор переходят ионы свободного индикатора:

Конечную точку титрования определяют по собственной окраске индикатора (окраска 1).

Условия комплексонометрическоro титрования:

1. Реакции комплексообразования должны протекать быстро, количественно и стехиометрично, чтобы вблизи точки эквивалентности определяемые катионы были практически полностью связаны в комплекс. Константа нестойкости образующихся комплексов должна быть малой величиной.

2. Определяемые ионы должны образовывать с металлоиндиктором менее прочные комплексы, чем их комплексы с трилоном Б.

3. Комплексонометрическое титрование следует проводить при определенном значении рН (рН < 10), так как в щелочной среде могут образовываться осадки гидроксидов определяемых катионов или их основные соли.

В процессе титрования при взаимодействии катионов с трилоном Б в раствор переходят ионы Н+, в результате чего рН раствора понижается, что приводит к смешению реакции комплексообразования влево и делает реакцию обратимой. Для поддержания определенного значения рН титрование следует проводить в присутствии буферных растворов, имеющих определенное значение рН. Большинство катионов титруют трилоном Б в присутствии аммиачного буферного раствора NH₄ОH + NH₄Cl при рН = 9,2.

Истинная константа устойчивости комплексонатов

В реакции комплексообразования ионов металла с комплексоном участвует только полностью ионизированная форма Y^4-:

Mⁿ⁺+ Y^4- MY^n-4

Константа этого равновесия, выраженная через концентрации реагирующих и образующихся частиц, называется истинной концентрационной константой образования или устойчивости комплексоната K (или ):

(2.1)

Концентрационная константа устойчивости комплексоната не зависит от концентрации участников реакции и величины рН раствора. Величина константы, а следовательно, устойчивость комплексоната, определяется природой иона металла, его зарядом, радиусом и электронным строением, ионной силой раствора, природой растворителя и температурой. Чем больше константа, тем более устойчив комплексонат. В табл.1 приведены численные значения логарифмов констант устойчивости комплексонатов некоторых металлов с ЭДТА в водном растворе при 20°С и ионной силе 0,1.

Таблица 1. Логарифмы констант устойчивости комплексонатов с ЭДТА в водном растворе при 20°С и ионной силе 0,1.

Способы комплексонометрического титрования

Прямое титрование. К анализируемому раствору прибавляют аммиачный буферный раствор, металлоиндикатор и титруют стандартным раствором трилона Б. Способом прямого титрования определяют катионы Cu²⁺, Со²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Fе3+, Ва²⁺, Сг³⁺,Ca²⁺, Mg²⁺ и т.д.

Обратное титрование. К анализируемому раствору прибавляют аммиачный буферный раствор, затем точно отмеренный удвоенный минимальный объем (35,00-40,00 смі) стандартного раствора трилона Б, который вступает в реакцию с определяемыми ионами, а его избыток оттитровывают стандартным раствором магния сульфата или цинка сульфата в присутствии металлоиндикатора. При этом протекают реакции:

Ме²⁺ + H₂L^2- - [Ме]^2- + 2Н⁺

изб. H₂L2- + Zn²⁺ - [ZnL]^2- + 2Н⁺

Способ обратного титрования применяют:

1. когда реакция комплексообразования протекает медленно;

2. нет подходящего индикатора для фиксирования конечной точки титрования при прямом способе титрования;

3. индикатор образует с определяемым ионом очень прочный комплекс, который не разрушается комплексоном;

4. для определения катионов в нерастворимых в воде осадках например Са²⁺ в СаС₂О₄, Mg²⁺ в MgNH₄PО₄, Рb²⁺ в PbSО₄

Трилонометрическим методом определяют:

а) общую жесткость воды;

б) практически все катионы щелочноземельных и тяжелых металлов;

в) в фармацевтическом анализе - лекарственные формы, содержащие катионы щелочноземельных металлов.

2. Цель работы

комплексон титрование хелатный реакция

Проведение и освоение комплексонометрического метода титрования.

Задание:

Определить содержание катиона железа Fe³⁺ и магния Мg²⁺ с помощью комплексонометрического титрования.

Задачи:

1. Изучение методики,

2. Подбор индикатора,

3. Проведение расчетов.

3. Методика анализа

В бюретку налить стандартный раствор ЭДТА 0,0500 М. Приготовить исходный раствор путем растворения, точно взвешенной навески. В мерную колбу на 100 мл внести навеску и довести до метки дистиллированной водой. Затем пипеткой отобрать аликвотную часть, 10,0 мл этого раствора, перенести в коническую колбу вместимостью 50 мл. Провести нагревание раствора. К аликвоте приливают 2,5 мл конц НСl до образования красно-желтой окраске (рН= 2-3)

Затем добавляют несколько капель металлоиндикатора: сульфосалициловую кислоту. После этого титровать раствором ЭДТА до изменения окраски из желтой в фиолетовую. Отметить объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование железо. Повторить 3 раза.

Отобрать из исследуемого раствора вновь 10,0 мл в коническую колбу на 50 мл. Проверить кислотность раствора. Добавить щепотку эриохрома черного в аммиачном буферном растворе. Подщелачиваем раствор NaOH. Еще раз проверяем кислотность, она должна быть слабощелочной (рН=8-10) Раствор титровать до перехода окраски из синей в красную. Фиксируем объём раствора пошедшего на титрование магния.

4. Оборудование, приборы, реактивы

Реактивы. 0,05 н раствор ЭДТА; эриохром черный; сульфосалициловая кислота; FeCl? * 6H?O; MgCl? * 6H?O.

Посуда. Колба мерная (50 мл); колба коническая (250 мл); пипетка (10 мл); бюретка (25 мл); резиновая груша.

5. Предварительные расчеты

Feі?

Сильнокислая среда при рН < 0,9 с ЭДТА

Feі? + Н?Y?= FeНY + 4H?

При рН >1,3 преобладает комплекс FeY? с константой устойчивости 1,26 * 10І? (ионная сила 0,1; 20?С)

Металлоиндикатор: сульфосалициловая кислота. рН = 2-3 (красно-желтая окраска)

МgІ?

Для МgХІ? lg (X,H)= lg в(Mg YІ?) - lg в усл (Mg YІ?)

lg (Y,H)= 8,7-7=1,7 pH=8-10

Металлоиндикатор: эриохром черный (из синий-красная) в аммиачном буферным растворе.

Feі? 1,3* 10І? lg K уст= 25,10

МgІ? 4,9 * 10? lg K уст=8,69

Разница более чем на 6 порядков, что свидетельствует о раздельном титровании катионов.

V = 50 мл

С =0,05 Н

m= 0,05 * M * Vколбы / 1000

m(МgCl? * 6H₂O)=0.05 * 203,211 * 250/1000=2,540 г

m(FeCl₃ * 6H₂O)=0.05 * 270,2 * 250/1000=3,378 г

6. Ход анализа

Берем бюретку на 25 мл и заполняем её титрантом 0,05 Н ЭДТА, сливаем его в кончик бюретки так, чтобы не образовывалось пузырьков. Доливаем титрант до метки.

Готовим анализируемый раствор. Берем стеклянный стаканчик. Взвешиваем на аналитических весах сначала пустой стаканчик, обнуляем, добавляем FeCl₃ * 6H₂O расчитанной массы. Аналогично взвешиваем МgCl? * 6H₂O. Далее переносим все содержимое в мерную колбу и доводим до метки дистиллированной водой. Чтобы достичь нужной среды (рН=2-3) подкисляем раствор конц НСl. Провести нагревание раствора. Отбираем аликвотную часть анализируемого раствора равную 10 мл. Для этого берем пипетку на 10 мл, набираем анализируемый раствор, и помещаем аликвотную часть в коническую колбу. Затем добавляют несколько капель металлоиндикатора: сульфосалициловую кислоту. После этого титровать раствором ЭДТА до изменения окраски из желтой в фиолетовую. Отметить объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование железо.

Титрование делаем повторно 3 раза. Заносим значения в таблицу 2.

Таблица 2.Значения титрования Fe³⁺

Определяем содержание Fe³⁺в cмеси.

g(Fe³⁺)= (10,4*0.05*270,2*250/(1000*10))=3,5 г

Определение абсолютной погрешности измерений

(ДFe³⁺) = 3,5-3,378=0,122

щ= 0,122/3,5 *100%=3,48%

Отобрать из исследуемого раствора вновь 10,0 мл в коническую колбу на 50 мл. Проверить кислотность раствора. Добавить щепотку эриохрома черного в аммиачном буферном растворе. Подщелачиваем раствор NaOH. Еще раз проверяем кислотность, она должна быть слабощелочной (рН=8-10) Раствор титровать до перехода окраски из синей в красную. Фиксируем объём раствора пошедшего на титрование магния.

Титрование делаем повторно 3 раза. Заносим значения в таблицу 3.

Таблица 3.Значения титрования совместного присутствия в растворе ионов МgІ? и Fe³⁺

g(Мg ²⁺)= (11,8 * 0.05 * 203,211 * 250/(1000*10))=2,69 г

Определение абсолютной погрешности измерений

Д(Мg2+)=2,69-2,540=0,15 г

щ = 0,15/2,69 * 100 %=5,6 % Погрешность большая, т.о. титровать нужно раздельно.

Таблица 4. Значения титрования присутствия МgІ?

g(Мg ²⁺)= (10,2 * 0.05 * 203,211 * 250/(1000*10))=2,591 г

Определение абсолютной погрешности измерений

Д(Мg2+)=2,591-2,540=0,051 г

щ = 0,051/2,591 * 100 %=1,97 %

Выводы

В данной работе мы ознакомились с комплексонометрическим методом титрования.

Можно сделать вывод, что данный метод не является приемлемым для определения количества Мg²⁺ и Fe³⁺ в условиях одновременного присутствия, т.к. погрешности измерений являются большими. При раздельном титровании погрешности небольшие.

Используемая литература

1. Основы аналитической химии. Книга 2. Методы химического анализа: учебн. для вузов/ Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева; подред. Ю.А. Золотов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2002. - 494с.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 т. Т. 2. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебн. для вузов / Ю.Я. Харитонов - М.: Высш. шк., 2001.-615с.

3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Издание 4-е. - Москва. "Химия". 1971

4. Даневич В.И. Окислительно-восстановительное титрование / В.И. Даневич, М.И. Буренева - СПб.: СПХФА, 2001.-- 44 с.

5. А.И. Якушев, Л.Н. Воронцов, Н.М. Федотов. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. 6-е изд., перераб. и доп.. - М.: Машиностроение, 1986. - 352 с.

6. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. Книга. 2. - Г.: Высш. шк. - 1982. - С. 105-130.

Размещено на Allbest.ru