Анализ неизвестного вещества. Расчет кривой титрования (1093992), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Практическое применение

Высокая устойчивость координационных соединений металлов с Y^4- открывает принципиальную возможность титриметрического определения большой группы катионов. Различные способы комплесонометрического титрования могут быть следующим: прямое, обратное, по методу вытеснения и д.р.

При прямом титровании к раствору исследуемого иона небольшими порциями добавляют стандартный раствор комплексона. Значение рН при титровании должно быть больше 7. Но это может вызвать выпадение гидроокисей металлов. Для предупреждения применяют аммиачный буфер (для никеля, меди, цинка и кадмия) и еще добавляют тартраты или цитраты (для марганца и свинца). Так как в точке эквивалентности концентрация определяемого иона резко уменьшается, то эту точку нужно фиксировать по изменению окраски индикатора, образующего внутрикомплексное соединение с катионом металла. Индикатор реагирует на изменение показателя концентрации катиона металла рМе аналогично тому, как рН индикатор реагирует на изменение рН. Таким образом, определяют ионы Са, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn и др. До комплексонометрического метода не существовало достаточно надежных методов анализа соединений содержащих эти металлы.

Обратное титрование применяют тогда, когда рН, необходимое для образования комплекса, вызывает осаждение определяемого металла, а также при отсутствии надежного индикатора на ион металла. Титрованный раствор ЭДТА добавляют в небольшом избытке к раствору анализируемой соли. Устанавливают, вводя буферный раствор, нужный рН. Избыток ЭДТА оттитровывают раствором хлорида магния или хлорида цинка. Точка эквивалентности фиксируется по изменению окраски индикатора. Обратное титрование применяют также. Когда ион металла взаимодействует с ЭДТА или метало индикатором замедленно, например в случае иона никеля. Этот метод применяют в случае, когда прямое титрование невозможно вследствие образования малорастворимых осадков катионов металлов с присутствующими в растворе анионами, например PbSO₄,CaC₂O₄·2H₂O. Осадки в процессе титрования должны раствориться.

Титрование путем вытеснения одного катиона другим применяют в том случае, когда не удается подобрать соответствующего индикатора для определяемого иона или же когда катион металла при заданном рН не может быть переведен из осадка в раствор. В этом случае можно соединение с комплексоном получить обменной реакцией при титровании соли определяемого металла раствором соединения какого-либо другого металла с ЭДТА. Например, титруют раствором комплексоната магния или цинка. Для применения этого метода необходимо, чтобы образующееся соединение определяемого металла с комплексоном было прочнее, чем комплексонат магния или цинка[10]. В настоящее время комплексонометрические методики разработаны для анализа очень многих объектов.

Определение жесткости воды было первым практически важным применением ЭДТА в аналитической химии. Жесткость воды характеризуют молярной концентрацией эквивалентов кальция и магния. Содержание этих элементов определяют прямым титрованием пробы воды в аммонийном буфере 0,01М раствором ЭДТА в присутствии эриохром черного Т. тяжелые металлы предварительно осаждают в виде сульфидов и маскируют цианидом. Жесткость воды обусловленную содержанием солей кальция, можно определить титрованием пробы с мурексидом в щелочной среде.

Комплексонометрическое титрование используют также для анализа различных сплавов, определения сульфатов, фосфатов и других анионов, для анализа органических соединений.

Физико-химические методы установления точки эквивалентности в комплексонометрии[3]

Различные физико-химические методы обычно используют для установления оптимальных условий титрования. Кроме того, с помощью физико-химических методов можно проводить определения элементов, для которых еще не найдены цветные индикаторы. Потенциометрическое титрование комплексоном выполняют с помощью ионоселективных электродов или используют инертные электроды из благородных металлов, реагирующие на изменения окислительно-восстановительного потенциала системы. С помощью биметаллической пары электродов платина-вольфрам можно титриметрически определить свинец, медь, цинк, никель, кадмий и другие элементы. Широко применяют амперометрическое титрование ЭДТА для определения никеля, цинка, кадмия, свинца. Используют кондуктометрическое, фотометрическое, термометрическое и другие виды титрования комплексоном с физико-химической индикацией точки эквивалентности.

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⁺+ H₂Y^2-→ZnY^2-+2H⁺

Расчет кривой титрования сводится к расчету показательной концентрации Zn²⁺ в зависимости от объема титранта. Устойчивость ZnY^2- 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:

Y^4-+H⁺  HY^3-, = K₄;

HY^3-+H⁺  H₂Y^2-, = K₃;

H₂Y^2-+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:

Zn²⁺+NH₃ Zn(NH₃)²⁺,

Zn²⁺+2NH₃ Zn(NH₃)₂²⁺,

Zn²⁺+3NH₃ Zn(NH₃)₃²⁺,

Zn²⁺+4NH₃ Zn(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⁺+H₂Y^2-→ ZnY^2-+2H⁺

б)ZnY^2- ↔Zn²⁺+Y^4-.

_дис.

(6)

Проведем расчет для точек

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

ZnY^2-↔Zn²⁺+Y^4-

Данное равновесие количественно описывается константой:

(7)

[Zn²⁺] = [Y^4-] = x,

[ZnY^2-] = [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 [Y^4-] вычисляются значения pZn²⁺ и pY^4- и строится кривая титрования в координатах pZn²⁺- V_{титранта}. 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.

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.

Характеристики

Список файлов курсовой работы