Физико химические методы анализа



Дата02.07.2019
Размер2.8 Mb.
#113495
ТипМетодические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет»
Кафедра «Химия и химическая технология»

ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа»

Комсомольск-на-Амуре 2015

УДК 543
Физико-химические методы анализа: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» / сост.: И.И. Золотарев. – Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. – 210 с.

Методические указания предназначены для студентов, изучающих дисциплину «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа». Приведены описания 10 лабораторных работ по фотоколориметрии, электровесовому анализу, определению рН потенциометрическим методом, полярографии, кондуктометрическому титрованию, вискозиметрии, кулонометрии, рефрактометрии, хроматографии.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет».

Согласовано с отделом менеджмента качества.


Рецензент проф., канд.хим.наук О.Г. Шакирова

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЯ


    1. Основные сведения

Фотоколориметрический анализ основан на поглощении света при прохождении его через окрашенные растворы. Интенсивность светового потока I, проходящего через слой раствора, уменьшается в зависимости от толщины этого слоя, концентрации этого раствора и природы растворенного вещества по закону Бугера-Ламберта-Бера:

где I0 – начальная интенсивность светового потока; I – интенсивность светового потока после прохождения через раствор; ɛ – коэффициент молярного погашения, экстинкция; C – концентрация раствора; l - толщина слоя раствора.

Так как , легко найти оптическую плотность раствора

Оптическая плотность D пропорциональна концентрации раствора. Сначала надо построить график зависимости оптической плотности раствора от концентрации, затем по оптической плотности неизвестного раствора определить его концентрацию.




    1. Устройство фотоэлектроколориметра

Интенсивность светового потока определяется по величине электрического тока в фотоэлементе. В фотоэлектрическом колориметре типа ФЭК-М свет от лампы накаливания направляется на светочувствительные поверхности двух фотоэлементов. Фототоки направлены навстречу друг другу. Если они одинаковы, гальванометр не отклоняется. При нарушении оптического равновесия стрелка гальванометра отклоняется в ту или другую сторону. Для регулирования светового потока в ФЭК-М используются оптические клинья и отсчетный барабан, угол поворота которого градуирован в единицах оптической плотности.


    1. Порядок работы на ФЭК-М

Переключатель чувствительности гальванометра поставьте на «0», включите стабилизатор, подающий переменное напряжение 8 В на осветительную лампу. Чтобы осветительная лампа дольше служила, на вход стабилизатора лучше подавать переменное напряжение 50 В от лабораторного автотрансформатора и только во время измерений повышать напряжение до 220 В. Поставьте нужный светофильтр поворотом маховичка справа на передней панели.

В правый и левый пучки света поместите кюветы с дистиллированной водой. Индекс правого барабана установите на «0» оптической плотности. Вращением круговых фотометрических клиньев слева на передней панели установите стрелку гальванометра на «0», постепенно увеличивая чувствительность гальванометра до положения «2».

Прибор готов к измерению.

Переведите чувствительность гальванометра на «0», на вход стабилизатора подайте 50 В. Отключите сеть.




    1. Эксперимент. Определение концентрации железа в стали марки Х13

1.4.1 Приготовление раствора для анализа

100,0 мг эталонного образца стали марки Х13 растворите в 10 мл 1 н серной кислоты при нагревании. Для окисления карбидов добавьте 1 мл 30 % перекиси водорода, снова нагрейте до полного разложения перекиси водорода. После охлаждения доведите объем раствора в мерной колбе до 1 л дистиллированной водой. Основные реакции:




1.4.2 Определение концентрации железа

Концентрацию железа можно определить по образованию комплексного соединения железа (Ш) с сульфосалициловой кислотой.

В мерную колбу на 50 мл внесите 10 мл предварительно разбавленного в 10 раз раствора, затем добавьте 1 мл 10 % сульфосалициловой кислоты и по каплям из бюретки 25 % раствор аммиака до тех пор, пока раствор не окрасится в желто-оранжевый цвет. После этого прилейте еще 1 мл раствора аммиака и добавьте до 50 мл дистиллированной воды. Колориметрирование проводится с синим светофильтром в кюветах на 20 мм.

Приведите ФЭК-М в рабочее состояние. В правую кювету вместо воды налейте приготовленный раствор. Стрелка гальванометра при этом отклонится от нулевого положения. Вращением измерительного барабана установите стрелку гальванометра в нулевое положение и по правому барабану запишите оптическую плотность исследуемого раствора.

Повторите опыт еще 3 раза, добиваясь воспроизводимых результатов.

1.4.3 Вычисление концентрации железа в сплаве

Допустим, Д = 0,32. По калибровочному графику (рисунок 1.1) найдем концентрацию железа: С = 31,0·10–6 моль/л. Разбавление составляет 10·5 = 50. Найдем массу железа в 1 л раствора:

31,00·10–6 · 55,85 · 50 =0,0866 г = 86,6 мг.

Рисунок 1.1 – Калибровочный график для сульфосалицилата железа(III)


Содержание железа в сплаве:

.

Лабораторная работа 2

ЭЛЕКТРОВЕСОВОЙ АНАЛИЗ
2.1 Основные сведения

Электровесовой анализ основан на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделяемых на электродах при прохождении через раствор постоянного электрического тока. На электродах могут выделяться металлы (например, медь). Образовавшийся при электролизе металл взвешивают и по массе выделившегося осадка определяют содержание вещества в анализируемом растворе.

Массу вещества, выделившегося при электролизе, вычисляют по закону М. Фарадея:

,

где m – масса вещества, г; I – сила тока, А; тЭ – масса эквивалента определяемого вещества; τ – время, с; F - число Фарадея, равное 96500 А·с/моль (Кл/моль).

Например, при электровесовом анализе водного раствора CuSO4 с платиновыми электродами идут процессы:
Pt, - катод: Cu2+ + 2e Cu0,

Pt, + анод: 2H2O - 4e O2 + 4H+.
Так как каждый металл начинает осаждаться при строго определенном потенциале, можно выделить металлы из анализируемого раствора постепенно. Например, при пропускании тока через раствор, содержащий ионы кадмия и свинца , вначале будут восстанавливаться ионы Pb2+, а затем при потенциалах более отрицательных, чем – 0,40 В, начнут восстанавливаться ионы Cd2+. Если во время электролиза поддерживать потенциал катода равным –0,35 В, то будет выделяться свинец, а ионы кадмия останутся в растворе.
2.2 Эксперимент. Определение содержания меди в латуни

Включите вытяжной шкаф! 0,2 г латунной стружки растворите в азотной кислоте плотностью 1,4 г/см3 (67%). Для этого в химический стакан емкостью 100 мл добавьте 10 мл дистиллированной воды и 3 мл азотной кислоты. Чтобы не было разбрызгивания раствора, стакан накройте часовым стеклом.

Идут реакции:



После растворения навески снимите часовое стекло и осторожно нагревайте раствор до кипения, пока объем не уменьшится до 5 – 10 мл.

Охлажденный раствор перенесите в мерную колбу на 50 мл и доведите объем до метки дистиллированной водой, перемешайте.

Электрод из нержавеющей стали зачистите тонкой шлифовальной бумагой, протрите кусочком ваты со спиртом, высушите фильтровальной бумагой и взвесьте на аналитических весах. В ячейке ЯСЭ-1 (рисунок 2.1) закройте краны, налейте в среднее катодное отделение 50 мл анализируемого раствора, погрузите в него подготовленный катод.

В отделение для вспомогательного электрода налейте 1н раствор H2SO4 до уровня среднего отделения, поместите платиновый анод.

В отделение для электрода сравнения налейте 1 н раствор H2SO4 и погрузите хлорсеребряный электрод. Подсоедините электрод из нержавеющей стали к минусу (розовый провод), платиновый электрод – к плюсу источника питания. Откройте правый кран на ячейке ЯСЭ-1.


Рисунок 2.1 – Ячейка ЯСЭ-1: СР – электрод сравнения;

Р – рабочий электрод; ВСП – вспомогательный электрод
Величина тока, проходящего через ячейку, задается потенциостатом типа П-5827. Проверьте положение переключателей на блоках потенциостата.


  1. Блок 1

«Эталонное напряжение» -- 0; -

Переключатель «U1» - «U2» -- «U1»

Тумблер «Развертка» -- «Внутр.»

Тумблер +, 0, - -- -

Тумблер «Подъем – сброс» -- «Сброс»


  1. Блок 4

«Род работы» -- «Уст. нуля грубо»

«Выход» -- -

«Диапазон тока» -- «220 мА»

«Делитель» -- «1:1»

«Множитель тока» -- «100»

«Миллиамперметры» -- «Выкл.»




  1. Блок 5

«Шкала прибора» -- «2»

« +, – » -- -



  1. Боковая панель

«Регистратор» -- «Ток»

Включите стабилизатор напряжения в сеть и через 1 мин на блоках 2, 3, 5 переведите в верхнее положение тумблер «Сеть». При этом должны загореться зеленые лампочки. Выждав 1 мин, включите тумблер «Анод» на блоке 5, на блоке 3 – усилителе напряжения, а потом, тоже через 1 минуту, на блоке 2 – усилителе мощности. Дайте потенциостату прогреться 20 минут. Включите самописец тумблером «Прибор», тумблер «Диаграмма» пока не включайте.

На блоке 4 переключатель «Род работы» переведите в положение «Ток». Установите величину тока, протекающего через ячейку, до 100 мА путем увеличения эталонного напряжения «U1» на блоке 1 до 10. Контроль тока ведите по миллиамперметру, подсоединенному к клеммам «мА1» на блоке 4. Включите тумблер «Диаграмма» на самописце. Отметьте время начала и конца электролиза.

На блоке 5 контролируйте величину потенциала рабочего электрода. К концу электролиза, когда голубой цвет раствора начнет исчезать, потенциал должен резко измениться.

Отключение потенциостата делается в такой последовательности:

на блоке 4 переключатель «Род работы» поставьте в положение «Уст. нуля грубо», затем выключите тумблеры «Анод» на блоке 2, через 1минуту – на блоках 3 и 5. Осталось выключить тумблеры «Сеть» на блоках 2,3,5. Отсоедините от сети вилку стабилизатора напряжения.

Катод, покрытый оранжево-красным налетом меди, осторожно выньте из ячейки, промойте дистиллированной водой, просушите фильтровальной бумагой и взвесьте на аналитических весах.

По увеличению массы катода определите содержание меди в латунной навеске (ω, %):



.

Подсчитайте массу меди, выделившуюся при электролизе, по закону М. Фарадея:



.

Вычислите выход по току для меди по формуле:



.

Лабораторная работа 3

рН – МЕТРИЯ
3.1 Основные понятия

Потенциалы некоторых электродов зависят от концентрации водородных ионов по уравнению: Е = Е0 – 0,059 рН (25 0С).

К таким электродам относятся водородный, хингидронный, стеклянный (сделанный из особого сорта стекла). Чаще всего в рН-метрии используются стеклянные электроды, потенциал которых измеряется относительно насыщенного хлорсеребряного электрода. Разность потенциалов между стеклянным и хлорсеребряным электродами можно пересчитать в единицы рН. Для этой цели сделаны электронные приборы, которые называются рН-метрами. Например, на приборе рН-340 измеряют рН с точностью до 0,05.

По измерению рН при кислотно-щелочном титровании можно определять точку эквивалентности без использования индикаторов. Это удобно при титровании мутных или сильно окрашенных растворов. Изменение рН при титровании 100 мл 0,1 н раствора HCl 0,1н раствором NaOH показано в таблице 3.1.


Таблица 3.1

V, мл, NaOH

pH=-lg[H+]

ΔpH/ΔV



0

1,00




1

1,01

0,01

50

1,48

0,01

60

1,60

0,01

90

2,28

0,02

99

3,30

0,11

99,9

4,30

1,11

100

7,00

27,00

100,1

9,70

27,00

101

10,70

1,11

110

11,68

0,11

150

12,30

0,02

Видно, что по мере прибавления раствора NaOH к раствору HCl рН возрастает. Точка эквивалентности наблюдается при рН = 7; вблизи неё величина имеет максимальные значения.

Таким образом, построив график зависимости от объема раствора NaOH, пошедшего на титрование, мы получим острый максимум, который укажет нам точку эквивалентности и позволит вычислить неизвестную концентрацию кислоты или щелочи.

3.2 Эксперимент. Установка для потенциометрического титрования

Химический стакан ставят на магнитную мешалку, наливают 25 мл испытуемого раствора кислоты и погружают в него пару электродов: стеклянный и хлорсеребряный, которые являются датчиками рН-метра.

Включают рН-метр, через 10 мин определяют величину рН. Магнитная мешалка должна постоянно выравнивать концентрацию раствора.

Из бюретки добавляйте 0,1 н раствор NaOH порциями по 1 мл, а вблизи точки эквивалентности (рН=7) по 0,1 мл. Повторите опыт еще 2 раза. Данные измерений запишите в таблицу, аналогичную таблице 3.1.

Постройте график зависимости от объема 0,1н раствора NaOH (V), пошедшего на титрование. Найдите точку эквивалентности, при которой значение максимально. Вычислите нормальную концентрацию исследуемого раствора по формуле:

(моль/л).

Лабораторная работа 4

ПОЛЯРОГРАФИЯ
4.1 Основные сведения

Полярография – это электролиз на ртутной капле (рис. 4.1). Вместо ртутного капающего электрода можно использовать твердые микроэлектроды: платиновый, серебряный, графитовый. Вспомогательным электродом служит ртуть, налитая на дно электролизера. На электроды налагается возрастающее напряжение. При этом получается вольтамперная кривая в виде ступени (рис. 4.2). Вначале ток очень мал (остаточный ток), но при достижении потенциала восстановления какого-либо катиона ток резко возрастает.

Ток растет до тех пор, пока приэлектродный слой не обеднеет данным катионом (предельный диффузный ток). По величине предельного диффузного тока находят концентрацию раствора, а по середине интервала потенциалов, в котором ток резко возрастает (потенциал полуволны), судят о природе восстанавливающегося вещества.


Рисунок 4.1 Схема полярографической установки



Рисунок 2 Полярограмма:

Id - предельный диффузионный ток,

Е1/2 - потенциал полуволны


Предельный диффузный ток можно рассчитать по уравнению Д. Ильковича:



,

где Id диффузный ток; nчисло электронов, принимаемых или отдаваемых одним ионом; С – концентрация определяемого вещества; m масса ртути, вытекающей из капилляра за 1 с; t время образования одной капли; Дкоэффициент диффузии.



Id прямо пропорционален концентрации раствора. Таким образом, полярография отвечает на вопросы качественного и количественного анализа.
4.2 Эксперимент. Определение концентрации свинца в растворе полярографическим методом

4.2.1 Подготовка полярографа к работе

Перед включением полярографа ППТ-1 надо установить следующее положение переключателей:



  1. Блок БП

Тумблер «Сеть» - «Откл.»

Тумблер «Мешалка» - «Откл.»




  1. Блок БПН. «Начальное».

Переключатель «V» - «0».

Лимб «mV» - «0».

«Развертка» - «0».

«Вкл. – Сброс – Авт.» - «Сброс».

«Переменное», «Амплитуда, mV » - «0».


  1. Блок БКУ.

«Род работы» - «Внутр. экв.»

«Компенсация емкости тока» - «Откл.»

«Ячейка» - «2-х электр.»


  1. Самописец КСП.

Тумблер «Прибор» - «Откл.»

Тумблер «Диаграмма» - «Откл.»


Включите стабилизатор напряжения и через 1 мин – тумблер «Сеть» на блоке БП и тумблер «Прибор» на самописце КСП. Дайте приборам прогреться в течение 30 минут.
4.2.2 Подготовка полярографического датчика

В ячейку для полярографирования налейте 0,001 М Pb(NO3)2 на фоне 0,1 н KNO3 + 0,1 н KCl. Погрузите в ячейку платиновый микроэлектрод. Ячейка готова к работе.


4.2.3 Снятие полярограммы

После прогрева полярографа установите переключатель «Род работы» на блоке БКУ в положение «Уст. 0 комп.» и потенциометром «Уст. 0 комп. точно» установите нуль по стрелочному прибору блока БКУ. Далее переведите переключатель «Род работы» в положение «Уст. 0 разв.» и потенциометром «Уст.0» на блоке БПН снова установите нуль на стрелочном приборе блока БКУ.

Установите на блоке БКУ переключатель «Диапазон тока» в положение «10т/25т», а тумблер «х1 – х100» в положение «х1». В этом случае диапазон тока составляет 10000 мкА. На блоке БС установите переключатель «Режим» в положение «Классич.», а тумблер регистрации – в положение «Непр.» Потенциометром «Смещ. записи, точно» установите указатель потенциометра КСП на отметку 20. Включите тумблер «Диаграмма» на самописце. На блоке БПН задайте начальное поляризующее напряжение +0,5 В, а переключатель знака развертки на «Минус». Установите скорость развертки 5 мВ/с.
4.2.4 Пуск

На блоке БКУ включите положение «Датчик вкл.», а переключатель «Развертка» на блоке БПН в положение «Вкл.» Следите за диаграммой на самописце, отмечайте в рабочей тетради, при каких потенциалах наблюдаются перегибы вольтамперной кривой. Одно деление стрелочного прибора блока соответствует 0,1 В. При поляризующем напряжении около 1,3 В снятие полярограммы прекращается.


4.2.5 Отключение развертки

1) Тумблер «диаграмма» на самописце переведите в положение «Откл.».

2) На блоке БКУ переключатель «Род работы» поставьте в положение «Внутр. экв.»

3) На блоке БПН поставьте развертку в положение «Сброс». «Начальное» напряжение переведите на нуль.


4.2.6 Продолжение работы

Снимите полярограммы в 0,01 М Pb(NO3)2 с фоном 0,1 н KNO3 + 0,1 н KCl, сливая растворы через кран на дне ячейки. Убедитесь, что величина «площадки» на полярограмме пропорциональна концентрации. Процессы на электродах:


Pt, - катод: Pb2+ + 2e Pb0,

Hg, + анод: 2Hg - 2e + 2Cl Hg2Cl2↓ (каломель).
Возьмите у преподавателя раствор соли свинца и определите его концентрацию полярографическим методом. Начертите графики всех вольтамперных кривых, откладывая по оси абцисс напряжение, а по оси ординат – ток; определите потенциал полуволны.

Концентрация испытуемого раствора вычисляется по формуле:



где С1 и Id1концентрация и предельный диффузионный ток эталонного раствора; Сx и Idxконцентрация и предельный диффузионный ток испытуемого раствора.



Лабораторная работа 5

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
5.1 Основные сведения

При титровании растворов в объемном анализе удельная электропроводность (χ) может резко изменяться в точке эквивалентности. Особенно это заметно при титровании сильной кислоты сильным основанием.

Обычно сильные кислоты и основания имеют более высокую электропроводность, чем соли, образующиеся при их взаимодействии. Поэтому кривая кондуктометрического титрования сильной кислоты сильным основанием имеет вид χ = f(Vщелочи), показанный на рисунке 5.1. При титровании смеси растворов слабой и сильной кислот (рисунок 5.2) в первую очередь в реакцию вступает сильная кислота, а затем слабая кислота. На титрование сильной кислоты идет (а) мл щелочи, а на титрование слабой кислоты – (в–а) мл щелочи известной концентрации (рисунок 5.2).






а – точка эквивалентности

а и в - точки эквивалентности


Рисунок 5.1 – Кривая кондуктометрического титрования сильной кислоты щелочью

Рисунок 5.2 - Кривая титрования смеси сильной и слабой кислот щелочью


5.2 Эксперимент. Определение концентрации в смеси серной и борной кислот

Сначала надо определить концентрацию щелочи по 0,1 н раствору соляной кислоты.

В стакан с магнитной мешалкой налейте 50 мл 0,1н раствора соляной кислоты и погрузите специальный электрод для измерения электропроводности. Включите мешалку. На приборе для измерения электропроводности нажмите кнопки «On», «χ», «Cal». Затем переключателем «S, см-1» выберите предел измерения и потенциометром «Cal (с, см-1)» поставьте стрелку прибора на 100. Отпустите кнопку «Cal». Прибор покажет электропроводность 0,1 н раствора соляной кислоты. Из бюретки добавляйте по 1 мл раствора щелочи. Электропроводность будет сначала падать, а затем возрастать после точки эквивалентности.

Проведите опыт еще раз, добавляя вблизи точки эквивалентности по 0,5 мл щелочи.

Рассчитайте концентрацию щелочи по формуле:

VK · NK = VЩ · NЩ ,

где VK = 50 мл; NK = 0,1 н; VЩ – количество а мл щелочи, прилитого до точки эквивалентности (рис. 5.1)

Освободите сосуд для титрования, промойте его дистиллированной водой и налейте в него 50 мл смеси серной и борной кислот. Погрузите специальный электрод для измерения электропроводности (датчик). Добавляйте к смеси кислот сначала по 1 мл, потом по 0,5 мл щелочи вблизи точек эквивалентности. Повторите опыт еще раз, добиваясь воспроизводимых результатов. Постройте график, аналогичный рис. 5.2. Вычислите нормальную концентрацию серной и борной кислот в смеси.



Лабораторная работа 6

ВИСКОЗИМЕТРИЯ
Для определения вязкости надо измерить время истечения растворителя (τ0) и раствора (τ) через капилляр вискозиметра при определенной температуре. Отношение называется относительной вязкостью. Сначала в вискозиметр надо втянуть при помощи резиновой груши около 20 мл воды выше отметки над шарообразным расширением вискозиметра, затем отсоединить резиновую грушу; уровень жидкости в вискозиметре начинает понижаться. Как только уровень жидкости опуститься до верхней отметки, включается секундомер и определяется время, в течение которого уровень опустится до нижней метки. Измерение повторите еще 3 раза и найдите среднее значение τ0.

После этого растворитель выливается, и опыты повторяются с 20 мл 2,0 %–ного раствора поливинилового спирта в воде. Потом к исследуемому раствору добавьте 5 мл дистиллированной воды, включите магнитную мешалку. Концентрация раствора станет равной: . Измерьте время истечения в вискозиметре для этого раствора. Затем добавьте еще 5 мл растворителя и перемешайте. Концентрация в этом случае составит: . Определите вязкость этого раствора и других, добавляя уже по 10 мл воды. Концентрации раствора будут при этом последовательно убывать: 1,0; 0,8; 0,66 %. Результаты измерений занесите в таблицу 6.1.

На основании полученных данных постройте график зависимости величины приведенной вязкости ηприв от С. Путем продолжения графика до С=0 измерьте отрезок на оси ординат, соответствующий характеристической вязкости .

Величина усредненной молекулярной массы вычисляется по формулам Марка – Куна – Хувинка:



; , .

Для поливинилового спирта в воде К = 1·10–3 ; α = 0,70.

Таблица 6.1 – Результаты эксперимента


Концентрация раствора С, %

0,00

2,00

1,60

1,34

1,00

0,80

0,66

Время

истечения τ, с
























Относительная вязкость






















Удельная вязкость
























Приведенная вязкость


























Лабораторная работа 7

КУЛОНОМЕТРИЯ
7.1 Основные сведения

Физико-химические методы анализа для определения количества электричества основаны на использовании закона М. Фарадея: при прохождении через раствор или расплав электролита 96500 кулонов электричества выделяется 1 эквивалент вещества.

Очень малые количества электричества удобно определять в йодных кулонометрах по количеству выделившегося йода, концентрация которого находится титрованием с тиосульфатом натрия. Например, при электролизе раствора йодида калия с инертными электродами пойдут реакции:

Pt - , катод: 2H2O + 2e H20 + 2OH,

Pt + , анод: 2I - 2e I20.

В щелочном растворе йод вступает в реакцию диспропорционирования:

3I2 + 6OH 5 I + IO3 + 3H2O.
Эта нежелательная реакция обратима; при нейтрализации раствора равновесие сдвигается влево.

Выделившийся йод можно титровать тиосульфатом натрия в присутствии крахмала:

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.

тиосульфат натрия тетратионат натрия


7.2 Эксперимент

Залейте в кулонометр с помощью пипетки 15 мл 5 % раствора иодида калия, погрузите туда электроды, пропустите ток 10 мА в течение 20 мин. Обратите внимание, что на аноде раствор приобретает коричневый оттенок, а на катоде светлеет вследствие выделения щелочи.

После электролиза слейте раствор в колбу для титрования, добавьте 2 капли фенолфталеина и нейтрализуйте раствор, добавляя по каплям при перемешивании 0,1 н раствор соляной кислоты до исчезновения малиновой окраски.

Титрование 0,01 н раствором тиосульфата ведите до осветления раствора йода, затем внесите 2 капли крахмала и продолжайте титрование по каплям, пока раствор не обесцветится. Для «холостого» опыта возьмите 15 мл исходного 5 % раствора иодида калия и титруйте, добавив 2 капли крахмала.

Количество электричества, прошедшее через кулонометр, определяется по формуле:

Q = I · τ,

где Q количество электричества, Кл ; Iток , А ; τ время , с.

Следовательно, Q = 10–2 · 1200 = 12 Кл.

Допустим, по результатам титрования известно, что на реакцию после проведения электролиза пошло 13,3 мл 0,01 н Na2S2O3, а на «холостой» опыт – 0,8 мл. Следовательно, на титрование выделившегося йода затрачено 13,3 – 0,8 = 12,5 мл раствора тиосульфата. Тогда



,

что соответствует

Q=.

Подсчитаем теперь отклонение результатов эксперимента от теоретического значения (ошибку):





Лабораторная работа 8

РЕФРАКТОМЕТРИЯ
На рефрактометре типа ИРФ-22 определите коэффициенты преломления водных растворов сахара: 0; 1; 5; 10; 20; 30; 40; 50 %.

2–3 капли раствора поместите между половинками призмы и плотно соедините эти половинки. Поворотом зеркала максимально осветите призму. Поворотом призмы подведите границу между светлым и темным полем к метке (перекрестию нитей). По шкале сделайте отсчет и запишите.

Постройте калибровочный график, откладывая по оси абсцисс величины концентрации, а по оси ординат показатели преломления. Подберите масштабы по осям координат таким образом, чтобы график вписывался в квадрат.

Измерьте показатель преломления раствора с неизвестной концентрацией и по графику определите его концентрацию. Покажите результаты преподавателю.

Осушите рабочие поверхности кюветы рефрактометра фильтровальной бумагой, затем протрите их без нажима влажным тампоном из ваты и снова просушите фильтровальной бумагой.

Лабораторная работа 9

КОБАЛЬТИРОВАНИЕ
Для электролитического получения кобальта приготовьте раствор, содержащий 500 г сульфата кобальта, 15 г хлорида натрия и 45 г борной кислоты на 1 л дистиллированной воды.

Соберите электрическую цепь, соединив последовательно реостат, миллиамперметр и электролизёр с раствором для кобальтирования. Образец стали Ст3 зачистите тонкой шлифовальной бумагой, протрите кусочком ваты, смоченной в этиловом спирте (для обезжиривания) и просушите фильтровальной бумагой. Графитовый анод подсоедините к плюсу источника постоянного напряжения 10-12 В, а стальной катод - к минусу. С помощью реостата установите ток 60 – 65 мА.

Через 20 мин выключите ток, катод промойте водой, просушите горячим воздухом. Отделите покрытие в виде чешуйки и взвесьте её на аналитических весах.

Напишите процессы, происходящие на катоде и аноде в образующемся гальваническом элементе, учитывая, что на нерастворимом графитовом аноде идет окисление воды:

Fe - , катод: Co2+ + 2e Co0,

C + , анод: 2H2O - 4e O2 + 4H+.

По закону М. Фарадея определите теоретическую массу кобальта (эквивалентная масса кобальта равна 58,69/2=29,35 г/моль).

Найдите выход по току, разделив массу кобальта, определенную на аналитических весах, на массу кобальта, вычисленную по закону М. Фарадея. Выразите это отношение в процентах.

Рассчитайте толщину покрытия  где S – площадь электрода, ρCo – плотность кобальта, 8,84 г/см3; переведите h в мкм.

Напишите процессы, про­исходящие при нарушении кобальтового покрытия на железе в морской воде, укажите знаки катода и анода в образовавшемся гальваническом элементе.



Лабораторная работа 10

ХРОМАТОГРАФИЯ
10.1 Основные сведения

Хроматографией называют физико-химический метод разделения компонентов подвижной фазы при контакте с неподвижной фазой, основанный на процессах адсорбции – десорбции, диффузии, хемосорбции.

По агрегатному состоянию различают газовую, жидкостную и газожидкостную хроматографию. По механизму процесса разделения хроматография может быть молекулярной (адсорбционной, распределительной, проникающей), ионообменной и хемосорбционной (осадочной, комплексообразовательной, окислительно-восстановительной, афинной). По лабораторному оформлению хроматографию подразделяют на колоночную, капиллярную, плоскостную: тонкослойную и бумажную.

В бумажной хроматографии разделение компонентов происходит вследствие распределения их между водной фазой, содержащейся в целлюлозе, и любой другой подвижной фазой. Для разделения неорганических веществ в качестве подвижной фазы применяют растворы минеральных кислот в полярных растворителях (спирты, ацетон, эфиры).

Бумагу для хроматографии можно располагать вертикально или горизонтально (радиальная диффузия). В последнем случае растворитель подводится к центру бумажного диска, куда нанесена капля анализируемого раствора.

Скорость продвижения вещества по бумаге характеризуют величиной R – отношением расстояний, пройденных катионом и растворителем от центра бумажного диска по радиусу. Очевидно, R всегда меньше 1, но чем больше величина R, тем быстрее перемещается катион вслед за растворителем.


10.2 Эксперимент

Из специальной хроматографической бумаги сделайте круг диаметром 10-12 см (на сантиметр больше диаметра используемой чашки Петри). Заготовку держите за края, чтобы избежать появления отпечатков пальцев на хроматограмме! От края круга до его центра нарежьте полоску шириной 4-5 мм, которая потом будет служить фитилем для подачи раствора в центр бумажного круга. В середину бумажного диска внесите каплю анализируемого раствора, содержащего смесь ионов Ni+2, Cd+2, Co+2, Cu+2, и подсушите над песчаной баней.

Радиальную хроматограмму получают в камере, состоящей из двух чашек Петри одинакового диаметра, между которыми помещают бумажный диск. На дно одной из чашек Петри налейте 5 мл смеси равных объемов 3 М HCl и бутанола, сверху положите хроматографическую бумагу, погрузив фитилёк в растворитель. Накройте чашку Петри с бумагой второй такой же чашкой, перевернув её вверх дном.

Через 2 часа подсушите бумажный диск над песчаной баней. Разделяемые ионы располагаются вокруг центра диска кольцами разного диаметра.

Для проявления хроматограммы надо набрать в капилляр реактив на данный катион и провести «дорожку» от центра диска к его краю: Ni+2 обнаружится диметилглиоксимом по розовому окрашиванию; Cd+2 даст с сероводородной водой желто-оранжевый осадок CdS; Co+2 образует с роданид-ионом синий комплекс [Co(SCN)4]2–; при обработке аммиачной водой Cu+2 откроется по интенсивному аммиакату меди [Cu(NH3)4]2+.

Измерьте линейкой расстояние от центра бумажного диска до места, куда «убежал» ион. Распределите катионы в ряд по скорости их диффузии.



ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Не стойте к включенному прибору спиной: на передней панели имеются выводы напряжений до 700 вольт.

2. Не оставляйте включенные приборы без присмотра.

3. В случае короткого замыкания или неполадок в приборе постарайтесь быстро отсоединить прибор от сети или выключите рубильник.

4. Избегайте попадания кислоты на глаза, кожу и одежду. Смывайте кислоту водой, нейтрализуйте раствором двууглекислой (питьевой) соды.

5. Категорически запрещается поджигать водород.

6. При размещении электродов в электролизере опасайтесь короткого замыкания.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Технический анализ: Учеб. пособие / под ред. К.Н. Годовской, Л.В. Рубиной, Е.Ю. Новик, М.М. Гернер. – М. : Высшая школа, 1967. – С. 6 – 12, 23 – 33.

2. Химический и спектральный анализ в металлургии. Практическое руководство. / под ред. А.И. Пономарева. – М.: Наука, 1965. – С. 21 – 22.

3. Физико-химические методы анализа. / под ред. В.В. Алесковского, К.Б. Яцимирского. – М.: Химия, 1971. – С. 97 – 98, 248 – 263.

4. Борисова, О. М. Химические, физико-химические и физические методы анализа / О. М. Борисова, В.Д. Сальников– М.: Металлургия, 1991. – С. 109 – 130, 140-145.

5. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. / А.П. Крешков. Т. 2. – М.: Химия, 1965. – С. 74 – 99, 206 – 216, 314 – 329.

6. Иванова, З. И. Технический анализ. / З. И. Иванова, А.П. Савостин – М.: Металлургия, 1981. – С. 75 – 80.

7. Бейтс, Р. Определение рН. Теория и практика. / Р. Бейтс. – Л.: Химия, 1968. – С. 235 – 258.

8. Гейровский, Я. Основы полярографии. / Я. Гейровский, Я. Кута – М.: Мир, 1965. – С. 5 – 27.

9. Методы полярографического и амперографического анализа / Под ред. Е.Н.Виноградова, З.А. Галлай, З.М. Финогенова. – М.: МГУ, 1963. – С. 11 – 22.

10. Ляликов, Ю.С. Физико-химические методы анализа. / Ю.С. Ляликов – М.: Химия, 1974. – С.96 – 114, 314 – 356, 501-527.

11. Шаталов, А.Я. Практикум по физической химии. / А.Я. Шаталов, И.К. Маршаков – М.: Высшая школа, 1975. – С. 21 – 26.

12. Зозуля, А.П. Кулонометрический анализ. / А.П. Зозуля– Л.: Химия, 1965.

13. Васильев, В.П. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач. / В.П. Васильев, Л.А. Кочергина, Т.Д. Орлова – М.: Дрофа, 2003.

14. Васильев, В.П. Аналитическая химия. Кн. 2. Физико-химические методы анализа. / В.П. Васильев – М.: Дрофа, 2002.



15. Основы аналитической химии. Кн. 1,2./ Под ред. Ю.А.Золотова.- М.: Высшая школа, 2000.

16. Бойчинова, Е.С. Хроматографические методы анализа / Е.С. Бойчинова, Е.Д. Брынзова, О.Ф. Шартуков. – Л.: Химия, 1990.
Каталог: media -> files -> page files -> education -> feht -> materials
materials -> Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Общая и неорганическая химия»
materials -> Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов направлений 15. 03. 02, 18. 03. 01, 240100. 62 всех форм обучения
materials -> Коррозия и защита конструкционных материалов
education -> Рабочая программа Дисциплины «Деловой иностранный язык»
page files -> Изменение №1 сто у. 008-2018
materials -> Методические указания к лабораторной работе по курсу «Общая химия» для студентов 1-го курса всех технических направлений, всех форм обучения


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2023
обратиться к администрации

    Главная страница