7−ручки управления прибором; 8 − винт установки стрелки на «нуль»
Анализ содержания карбоната и гидрокарбоната натрия при их совместном присутствии в растворе основан на определении в ходе потенциометрического титрования двух скачков на кривой титрования. В качестве титранта применяется соляная кислота. Первый скачёк соответствует реакции:
Na2CO3 + HCl → NaHCO3 + NaCl , (21.1)
а второй:
NaHCO3 + HCl → CO2 + NaCl + H 2O, (21.2)
причём в реакцию (21.2) вступает как гидрокарбонат натрия, присутствующий в исходном растворе, так и тот, который образовался в ходе реакции (21.1) из Na2CO3 .
Обозначим искомые количества эквивалентов как nэ(NaHCO3 ) и nэ(Na3CO3 ). Тогда количество эквивалентов HCl, пошедшее на реакцию
(21.1):
nэ′(HCl) = nэ(Na2CO3 ) = nэ′(NaHCO3 ), (21.3)
где nэ′(NaHCO3 ) – количество эквивалентов гидрокарбоната образовавшегося из Na2CO3 оттитрованного наполовину.
Количество эквивалентов HCl, пошедшее на реакцию (21.2):
nэ″(HCl) = nэ(NaHCO3 ) + nэ″(NaHCO3 ). (21.4)
При подстановке выражения (21.3) в уравнение (21.4) получим уравнение для расчета количества эквивалентов исходного гидрокарбоната натрия:
nэ(NaHCO3 ) = nэ″(HCl) − nэ′(HCl). (21.5)
Если Cн(HCl) – концентрация титранта, Vал – объём аликвоты анализируемой смеси, а V′ и V′′ – объёмы титранта, израсходованные соответственно к первому и второму скачку, то используя равенство (21.3), можно рассчитать концентрацию карбоната натрия по формуле:
Cн(Na2CO3 ) = Cн(HCl) ⋅2V′/Vал . (21.6)
Для того чтобы вывести формулу для концентрации гидрокарбоната натрия, необходимо учесть, что после достижения точки эквивалентности в реакции (21.1) уровень титранта в бюретке не выводится на нуль, а начинает расходоваться на реакцию (21.2) от значения V′. Следовательно, объём титранта соответствующий nэ″(HCl) равен разности V′′ и 2V′.
В итоге из уравнения (21.6) получим:
Cн(NaHCO3 ) = Cн(HCl)⋅(V′′ − 2V′)/Vал. (21.7)
Иономер универсальный ЭВ − 74 со стеклянным электродом; стакан с
1 моль/ л раствором HCl на 150 мл; мерная колба на 100 мл – 1 шт.; пипетка Мора на 10 мл; промывалка с дистиллированной водой; магнитная мешалка; бюретка на 25 мл; термометр до 50oС ; фильтровальная бумага.
Жидкие реактивы: контрольный раствор смеси Na2CO3 и NaHCO3 .
4 Указания по технике безопасности
Смотрите на стр. 13 (лабораторная работа 18).
5 Методика и порядок выполнения работы
1.1. Ознакомьтесь внимательно с устройством и порядком работы на универсальном иономере ЭВ − 74.
1.2. Включите прибор для прогревания на 15− 20 минут (кнопка «to » должна быть в нажатом состоянии, а остальные выключены).
1.3. Раствор HCl, в котором хранятся электроды, из стакана перелить в отдельную колбу, а электроды промыть несколько раз дистиллированной водой с использованием промывалки над стаканом и осушить фильтровальной бумагой.
2.1. Получите у лаборанта в мерную колбу на 100 мл аликвоту раствора, содержащую смесь карбоната и гидрокарбоната натрия, доведите его до метки дистиллированной водой и перемешайте.
2.2. Заполнить бюретку для титрования раствором HCl (точную концентрацию указывает лаборант), предварительно её промыв этим раствором и удалив воздушный пузырек из носика.
2.3. Отобрать аликвоту анализируемого раствора пипеткой Мора на 10,00 мл и поместить ее в стакан для титрования.
2.4. В стакан добавить дистиллированной воды так, чтобы электроды были погружены в раствор на 2 см, туда же опустить магнит и включить магнитную мешалку. Расстояние от электродов до магнита примерно 0,5 −1см.
3.1. Нажать на приборе кнопки (+/−) и «−1−19», «Анионы/ катионы», « рХ », при этом кнопка «to » должна отжаться. Отметить по шкале гальванометра −1−19 значение рН исходного раствора (V титранта равен 0 мл) и занести в таблицу результатов ориентировочного титрования
(табл.7).
3.2. Провести грубое титрование, добавляя титрант по 1 мл . Его объём и значение рН (необходимо подождать пока стрелка установится) записывают в табл. 21.2. Титрование проводят до обнаружения двух скачков по резкому изменению значений pH. Рассчитать ∆рН1 = рН 2 − рН1 и т. д.
3.3. Закончив титрование, нажать кнопку «to », отключить остальные кнопки на приборе и выключить магнитную мешалку. Раствор из стакана вылить, а электроды промыть дистиллированной водой.
Запись данных опыта. По данным табл. 21.2 определяют интервалы
∆V1 и ∆V2 титранта, в течение которых протекают скачки, а так же найти графически значения V1 и V2 . Построить на миллиметровой бумаге интегральную кривую титрования.
Таблица 21.2 – Результаты ориентировочного (грубого) титрования
| № | Объём титранта HCl , V , мл | рН | ∆рН |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| … |
4.1. Подготовить установку к точному титрованию согласно п. 2 и 3 (перед промыванием стакана не забудьте извлечь магнит).
4.2. Не добавляя титранта, определить значение рН по шкале
«−1−19» и перейти на точный диапазон, нажав одну из кнопок: «−1− 4», «4 −9», «9 −14», «14 −19». Если используется диапазон «−1− 4», то значения рН определяются по шкале гальванометра (−1− 4). В остальных случаях рН определяют по шкале «0 − 5», для чего к показаниям шкалы
«0 − 5» необходимо прибавить число, соответствующее началу выбранного диапазона. Например, если выбран диапазон 9 −14, а показание по шкале 0 − 5 равно 2,7, то значение рН составит: рН = 9 + 2,7 =11,7.
4.3. Записать точное значение рН при V = 0 и вновь перейти на диапазон «−1−19». Быстро слить раствор HCl, не доходя примерно 0,5 − 0,8 мл до начала первого скачка V1 . Записать значение рН .
4.4. Перейти на точный диапазон, как показано в п.4.2, записать точное значение рН и провести точное титрование в интервале ∆V1 , добавляя титрант по 0,2 мл. Объём титранта и значение рН записывать в табл. 21.3.
По окончании первого скачка вновь перейти на диапазон «−1−19». Конец скачка определяют в момент, когда ∆V практически не меняется.
4.5. Быстро приливая титрант, оттитровать раствор до начала второго скачка V2 , не доходя до него 0,5 − 0,8 мл, и вновь перейти на точный диапазон измерения рН . Провести точное титрование в интервале ∆V2 , добавляя титрант по 0,2 мл и записывая объем титранта и показания прибора в табл. 21.3.
4.6. Окончив титрование, перейдите к диапазону (−1−19) и нажмите кнопку «to ». Выключите прибор, промойте бюретку, электроды и стакан для титрования дистиллированной водой. Заполните стакан для хранения электродов раствором HCl и опустите в него электроды.
Таблица 21.3 – Результаты точного титрования
| № | V титранта, мл | рН | ∆рН | ∆рН / ∆V |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| … |
Запись данных опыта. Рассчитайте значения ∆рН и ∆рН /∆V и занесите их в табл. 21.3. По данным табл. 21.3 постройте на миллиметровой бумаге дифференциальную кривую титрования. Определить по экстремумам эквивалентные объёмы V′ и V′′. Рассчитайте по формулам (21.6) и (21.7) концентрации карбоната и гидрокарбоната натрия в растворе, а также их массы в пробе. Сравните значения V1 и V2 , полученные по интегральной и дифференциальной кривым, сделайте вывод.
Каждый студент должен иметь лабораторный журнал, который является документом, отражающим всю его работу.
Все наблюдения и выводы по экспериментальной работе, проделанной в лаборатории, студент заносит в лабораторный журнал непосредственно после ее выполнения.
Рекомендуется следующая схема записи:
1. Дата.
2. Номер и название лабораторной работы.
3. Цель работы.
4. Название и описание хода опытов.
5. Наблюдения.
6. Уравнения химических реакций.
7. Выводы и расчеты (формулы, таблицы, графики).
1. Какие методы объединяют в группу электрохимических методов анализа, какие параметры среды измеряются?