Анализ неизвестного вещества

 В пробирку прибавляем  несколько капель воды и 2М  раствора СН₃СООН, нагреваем, при этом осадок растворяется. Погружаем пробирку в холодную воду. Выпадают блестящие золотистые кристаллы в соответствии с уравнением (20).

PbI₂ ↓ + CH₃COOH→ [PbCH₃COO]I+HI.                                                          (20)

Таким образом доказали наличие в анализируемом веществе катиона свинца, что согласуется с предварительными испытаниями (проба на окрашивание пламени).

  Поскольку катион свинца мешает открытию катионов третьей и первой аналитических групп,  необходимо его отделить. Для этого к раствору анализируемого вещества добавим несколько капель 10н HCl, перемешиваем стеклянной палочкой и фильтруем. Промоем осадок водой  подкисленной 2н. раствором соляной кислоты (для понижения растворимости хлорида свинца). Фильтрат №1 возможно содержит следующие катионы Ca²⁺,Ba²⁺,K⁺,Na⁺ ,а также небольшое количество уже открытого катиона  Pb²⁺.Затем к фильтрату добавляем несколько капель раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO_{4 ,} нагреваем на кипящей водяной бане несколько минут, даем, немного постоять, и снова фильтруем. Фильтрат№2 возможно содержит  катионы К⁺, Na⁺ , Ca ²⁺ .Осадок, содержащий Pb²⁺ и возможно содержащий  катионы Ba²⁺ , Ca²⁺обрабатываем, горячим 30% раствором CH₃COONH₄ до полного удаления PbSO₄, фильтруем, осадок промываем дистиллированной водой и переносим в фарфоровую чашку, добавляем несколько миллилитров раствора карбоната калия K₂CO₃ кипятим несколько минут, нагревая на асбестовой сетке в пламени газовой горелки. После охлаждения в фарфоровую чашку  добавляем несколько миллилитров воды, перемешиваем, даем отстояться и прозрачный слой жидкости сливаем. Затем снова добавим карбонат калия K₂CO₃, опять нагреваем несколько минут, и фильтруем. Осадок промываем теплой водой до полного удаления анионов SO₄^2- . Осадок растворяем в пробирке в небольшой порции уксусной кислоты и промываем небольшим количеством дистиллированной воды. Далее проведем анализ на присутствие катиона Ва²⁺, для этого к полученному раствору  прибавим несколько капель раствора хромата калия K₂CrO₄  осадка не образуется следовательно катион Ва²⁺ отсутствует.  Проверим полученный раствор на наличие катиона Ca²⁺ , добавим карбонат натрия, перемешаем стеклянной палочкой, образования осадка не наблюдаем, следовательно, катион Ca²⁺ отсутствует. Проверим фильтрат№2 на наличие катиона К⁺ для этого к фильтрату добавим раствор Na₃[Co(No₂ )₆ ]  и немного уксусной кислоты, желтого осадка комплексной соли кобальта не образуется следовательно катион К⁺ отсутствует. Проверим   фильтрат № 2 на  присутствие катиона Na⁺, добавим несколько капель раствора KH₂SbO₄ ,белого кристаллического осадка не образуется, следовательно катион Na⁺ отсутствует[3]. Для открытия катионов четвертой, пятой и шестой аналитических групп, к фильтрату, оставленному после отделения свинца добавим гидроокись натрия  образования осадка не наблюдаем следовательно в анализируемой смеси отсутствуют катионы : Cu²⁺,Zn²⁺ ,Al³⁺,

Mg²⁺,Cr³⁺,Ni²⁺,Co²⁺

Проба на анионы

Присутствие катиона Pb²⁺ исключает наличие в анализируемом веществе анионов первой и  второй аналитических групп, в противном случае при растворении в воде наблюдалось бы выпадение осадка. 

Несмотря на то, что  в предварительных испытаниях мы не делали предположение о присутствии  аниона NO₂^- , проверим анализируемую смесь на присутствие данного аниона. Добавим к раствору анализируемой смеси несколько капель раствора Грисса-Илосвая, красного окрашивания раствора не наблюдаем, следовательно анион NO₂^- действительно в данной смеси отсутствует.

Качественные реакции  на анионы третьей аналитической группы

Подтвердим присутствие  в анализируемом веществе аниона NO^3-. Проведем следующую реакцию: к нескольким каплям раствора неизвестного вещества прибавим 2-3 капли дефениламина и 5 капель концентрированной серной кислоты. Наблюдается темно-синяя окраска образующегося дифенилбензидина (уравнение (21)):

2(C₆H₅)₂NH C₆H₅-N –C₆H₄-C₆H₄-NH-C₆H₅ C₆H₅-N= C₆H₄= C₆H₄=N- C₆H₅                                        (21)

По условию задачи в выданной смеси могут присутствовать два аниона.  По результатам предварительных испытаний присутствие анионов NO₂ ^–, SO₄^2-, CO₃^2-, SO₃^2-, PO₄^3-,Cl^-, I^- - исключили, следовательно, в анализируемой смеси присутствует анион CH₃COO^-, наличие которого подтверждает выделение паров уксуса при действии разбавленной серной кислоты (предварительные испытания уравнение (3)).

На основе вышеперечисленных опытов можно сделать вывод о присутствии в анализируемой смеси катиона Pb²⁺ и анионов CH₃COO^-,NO₃^- .

Проанализировав, экспериментальные данные и предварительные наблюдения, приходим к выводу, что данная смесь состоит из двух солей Pb(NO₃)₂  и (CH₃COO)₂Pb.

Проанализируем физические свойства этих соединений .

Ацетат свинца(II) Рb(ОСОСН₃)₂- бесцветные кристаллы; т. пл. 280 °С; — 960,90 кДж/моль; при плавлении частично испаряется, при более высоких температурах разлагается до Рb, СО₂, Н ₂О и ацетона. Растворимость в воде (г в 100 г): 29,3 (10 °С), 55,2 (25 °С) и 221,0 (50 °С);

 Нитрат свинца Pb(NO₃)₂, бесцветные кристаллы. При нагревании выше 200°С начинает разлагаться без плавления с выделением NО₂ и О₂ и последовательным образованием оксонитратов Pb(NO₃)₂ · 2РbО,          Pb(NO₃)₂, 5РbО и оксида РbО при 500-550 °С. Растворимость в воде (г в 100 г):45,5 (10°С), 58,5 (25°С), 91,6 (60°С) и 116,4 (80°С)[8].

Действительно, выданное вещество, предположительно состоящее из солей Pb(NO₃)₂ и (CH₃COO)₂Pb представляет собой смесь бесцветных кристаллов, что согласуется с вышеприведенными справочными данными. Пламя горелки (при проведении пробы на окрашивание племени) окрашивается в бледно-голубой цвет, что свидетельствует о наличии в выданном образце свинца. При прокаливании анализируемое вещество разлагается с выделением желтых паров, соответствующих уравнению(22), это подтверждает  наличие в данной смеси нитрата свинца.

Pb(NO₃)₂ → 2PbO + 2NO₂ + O₂                                                            (22)

 При действии разбавленной  серной кислоты на сухой образец  наблюдали выделение паров с  характерным запахом уксуса, следовательно, в данной смеси присутствует ацетат свинца. Таким образом, сопоставив справочные данные [8], результаты предварительных наблюдений и экспериментальные данные приходим к выводу, что сделанное ранее предположение о составе смеси подтверждается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет теоретической кривой титрования

2.1 Теоретические основы титриметрического анализа

Титриметрический анализ основан на измерении количества (объема или массы) раствора титранта (реактива точно известной концентрации), затраченного на реакцию с определяемым компонентом. Раствор реактива вносят до тех пор, пока его количество не будет эквивалентным количеству определяемого вещества.  Применяемый в титриметрическом анализе раствор реактива называют титрованным или стандартным . концентрацию растворов в  титриметрическом анализе выражают числом грамм-эквивалентов в литре раствора.

Титриметрические методы подразделяются  на две большие группы. В первую группу входят методы, основанные на ионных реакциях: нейтрализация, осаждение и комплексообразование. Во вторую группу входят окислительно-восстановительные методы, основанные на реакциях окисления-восстановления, которые связаны с переходом электронов от одной частицы к другой. Применяемые реакции должны удовлетворять ряду требований. Реакция должна проходить количественно по определенному уравнению без побочных реакций. Реакция должна протекать с достаточной скоростью, поэтому необходимо создать оптимальные условия, обеспечивающие быстрое течение реакции. Установление точки эквивалентности должно производиться  достаточно надежно.

Методы нейтрализации. К ним относятся определения, основанные на взаимодействии кислот и щелочей. Методы нейтрализации  обычно подразделяют на ацидиметрию (определение оснований), алкалиметрию (определение кислот) и галометрию (определение солей).

Методы осаждения подразделяют на аргентометрию, позволяющую определять путем титрования раствором нитрата серебра, хлориды, иодиды, цианиды, роданиды; на меркурометрию, основанную на титровании раствором нитрата закисной ртути.

Методы комплексообразования основаны на применении реакций, при которых образуются комплексные соединения. Они подразделяются на меркуриметрию, основанную на титровании раствором нитрата ртути(II)    при этом образуется малодиссоциированный хлорид ртути (II), комплексонометрию, основанную на применении органических реактивов-комплесонов; фторометрию, основанную на применении NaF.

Методы окисления-восстановления основаны на применении различных окислителей  и восстановителей для титрования.

Перманганатометрия. Метод предложен в 1846г. Ф.Маргериттом для титрования растворов солей железа (II).

Броматометрия- метод основанный на окислении раствором KBrO₃ в кислой среде.

Цериметрия.1861г. Л.Ланге предложил в качестве окислителя раствор Ce(SO₄)_2. сульфат церия применяется для титрования многих восстановителей в сильнокислых растворах  солей железа(II), мышьяковистой, щавелевой кислот и д.р.

Титанометрия. Соли титана(III) применяются как энергичные восстановители при определении главным образом органических веществ.

Нитритометрия  основана на титровании стандартным раствором  нитрита натрия. Наиболее часто нитритометрию  применяют для определения органических веществ по реакции диазотирования или нитрозирования.

Аскорбинометрия  основана на использовании аскорбиновой кислоты как восстановителя. Ее применяют для прямого титрования различных окислителей[6].

 

 

 

 

 

 

2.2 Комплексонометрическое  титрование

Комплексонометрия (хелатометрия), титриметрический метод анализа, основанный на образовании прочных внутрикомплексных соединений (хелатов) между катионами металлов и комплексонами. наиболее часто применяют иминодиуксусную, нитрилотриуксусную (комплексон I) и этилендиаминтетрауксусную (комплексон II) кислоты, динатриевую соль последней (комплексон III, ЭДТА), а также 1,2-диаминоциклогексантетрауксусную кислоту (комплексон IV). Широкое использование комплексонов II и III обусловлено тем, что их реакции с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, их растворы устойчивы при хранении; эти реагенты доступны и можно получить их препараты высокой чистоты. Конечную точку титрования устанавливают визуально по изменению окраски комплексонометрических индикаторов (металлоиндикаторов), а также потенциометрически, фотометрически, амперометрически или др. методами.

Комплексоны - неизбирательные реагенты. Селективность комплексонов повышают различными приемами: уменьшением рН среды, выделением (осаждением, экстракцией) определяемого иона, маскированием, изменением степени окисления катиона и т.д. [11].

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.