kvantitativna hemijska analiza volumetrijaanaliticka.tmf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2020/12/... ·...
TRANSCRIPT
-
Kvantitativna hemijska analiza
VOLUMETRIJA
Principi, tehnika i osnovne operacije u volumetriji. Titracija.
Proračuni u volumetriji. Titar.
Primeri konkretnih volumetrijskih određivanja.
Hemijska ravnoteže u homogenim sistemima.
• Ravnoteže u rastvorima kiselina i baza (izračunavanje pH vrednosti rastvora)
• Ravnoteže u rastvorima kompleksnih jedinjenja
• Ravnoteže u teško rastvornih soli
• Ravnoteže u redoks sistemima
-
Izračunavanja u volumetrijskoj analizi su jednostavna, jer polaze od osnovne
činjenice da postoji ekvivalentna tačka u kojoj reaguju ekvivalentne količine
ispitivane supstance, titranda i standardnog rastvora, titranta. Ekvivalentna tačka
se određuje na osnovu završne tačke titracije. Na osnovu jednačine reakcije koja
se odigrava u toku titracije:
mogu da se definišu količine reaktanata, n, koncentracija ispitivane supstance, c,
masa ispitivane supstance, m, ili maseni udeo ispitivane supstance, w.
baba BABA
Na osnovu definicije za molarnu koncentraciju rastvora, za svaki rastvor može
da se izračuna količina supstance, n, koja učestvuje u reakciji:
n=V c,
)cm
dm(
1000
1)
dm
mol()cm(
3
3
3
3 cVn ,
)mol(1000
Vcn .
Izračunavanja u volumetriji
-
Izračunavanja u volumetriji
nA : nB = a : b,
1000:
1000
BBAA cVcV = a : b,
BBAA cV
b
acV
)dmmol( 3
A
BBA
V
cV
b
ac
-
nA : nB = a : b,
,1000
: BB
A
A b:acV
M
m
1000b
a ABBA
McVm ,
wA (%) = 1000
ABB McV
b
a
u
100
m
Izračunavanja u volumetriji
-
VOLUMETRIJSKE METODE
• KISELINSKO-BAZNE
• KOMPLEKSOMETRIJSKE
• TALOŽNE
• REDOKS
-
Karakteristična izračunavanja
Pri titraciji HCl rastvorom NaOH: HCl + NaOH = NaCl + H2O
n(HCl): n(NaOH) = 1: 1
a = b = 1
m(HCl) =1000
)HCl()NaOH()NaOH( McV
Pri titraciji Na2CO3 rastvorom HCl: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2CO3
n(Na2CO3): n(HCl) = 1: 2
a = 1, b = 2
m(Na2CO3) =2
1
1000
)CONa()NaOH()NaOH( 32McV
Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije
1000b
a 3232
CONaHClHCl
CONa
McVm
-
1. Uzorak mase 0,1800 g rastvoren je i titrisan rastvorom HCl
koncentracije 0,100 mol/dm3. Za titraciju, uz indikator metiloranž,
utrošeno je 1,80 cm3 rastvora HCl. Izračunati maseni udeo NaHCO3 u
smeši (vodeći računa o broju značajnih cifara i zaokruživanju).
Podatak: M(NaHCO3) = 84,00 g/mol
Rešenje:
NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl
n(NaHCO3): n(HCl) = 1: 1
m(NaHCO3)=1000
)NaHCO()HCl()HCl( 3McV=
1000
00,84100,080,1 = 0,0151 g
w(NaHCO3)=m(NaHCO3)u
100
m= 0,0151
1800,0
100=8,40 %
Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije
-
Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije
Primeri izračunavanja
• U cilju određivanja čistoće natrijum-hidroksida,
odmereno je 4,9176 g granula NaOH, rastvoreno i
preneto u merni sud od 250,0 cm3. Pipetom je
odmereno 25,00 cm3 rastvora koji je titrisan rastvorom
H2SO4, pri čemu je utrošeno 34,15 cm3.
• Za standardizaciju rastvora H2SO4 korišćen je natrijum-
karbonat: za 0,2008 g Na2CO3 utrošeno je 42,05 cm3
rastvora H2SO4.
• Izračunati maseni procenat NaOH u ispitivanom uzorku.
• (M NaOH = 40,00 g/mol, = 106,00 g/mol)
-
STANDARDIZACIJA
Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CO3(aq); a = 1, b = 1
3
CONa4SOH
CONa
SOH dm/mol04500,000,10605,42
10002008,01000
a
b
322
32
42
MV
mc
c42SOH
= 0,04500 mol/dm3
TITRACIJA
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O(l); a = 2, b = 1
uzorka
NaOHSOH4SOH
NaOH
10010
1000b
a 422
m
McVw
%00,259176,4
00,4004500,015,342NaOH
w
wNaOH = 25,00 %
Kiselinsko-bazne ili neutralizacione titracije
Primeri izračunavanja
-
Indikatori
Metal-indikatori, najpoznatiji su eriohromcrno T i mureksid.
Karakteristična reakcija u toku titracije:
Mn+
(aq) + H2Y2-
(aq) = MY(n - 4)+-
(aq) + 2H+(aq)
Odnos molova u toku titracije: n(Mn+
): n(H2Y2-
) = 1: 1
Osetljivost, Granica određivanja
Najmanja koncentracija koja može da se odredi kompleksometrijskom titracijom
je oko 1 mg/dm3.
Karakteristična izračunavanja
Karakteristični izrazi za izračunavanje mase i masenog udela nekog metala, na
primer bakra, određivanog kompleksometrijski u rastvorenom uzorku su:
m(Cu) = qMcV
1000
)Cu()K()K( IIIIII ;
w(Cu) = qMcV
1000
)Cu()K()K( IIIIII
u
100
m.
Kompleksometrijske titracije
-
Uzorak nikla mase 0,4500 g rastvoren je i titrisan rastvorom
kompleksona, KIII koncentracije 0,0100 mol/dm3. Za
titraciju, uz mureksid kao indikator, utrošeno je 34,50 cm3
rastvora kompleksona. Izračunati maseni udeo nikla u
uzorku. Podatak: M(Ni)=58,70 g/mol
Rešenje:
Ni2+
(aq) + H2Y2-
(aq) = NiY2-
(aq) + 2H+(aq)
n(Ni): n(KIII) = 1: 1
)Ni(
)Ni(
M
m=
1000
)Ni()K()K( IIIIIl McV
w(Ni)= 100)Ni(
um
m=
u
IIIIIl 100
1000
)Ni()K()K(
mq
McV
w(Ni) =500,4
10010
1000
70,5850,340100,0 = 4,50 %
Kompleksometrijske titracije
-
Indikatori
Jedinjenja koja sa viškom titracionog sredstva grade ili obojene taloge ili obojene
rastvore: K2CrO4,, FeNH4(SO4)2
Osetljivost, Granica određivanja
Najmanja koncentracija koja može da se odredi titracijom je oko 5 mg/dm3.
Karakteristična izračunavanja
Karakteristični izrazi za izračunavanje mase i masenog udela nekog anjona, na
primer Cl--jona, određivanog taložnom titracijom u rastvorenom uzorku su:
Cl-(aq) + Ag
+(aq) = AgCl(s)
n(Cl-) : n(AgNO3) = 1: 1
m(NaCl)1000
)NaCl()AgNO()AgNO( 33 McV q
w(NaCl)=u
)NaCl(
m
m100.
Taložne titracije
-
Taložne titracije
mu
-
Taložne titracije
Uzorak srebra mase 1,5208 g rastvoren je u HNO3. Rastvor
je neutralisan i razbažen na 250,0 cm3. Alikvotni deo od
25,00 cm3 titrisan je rastvorom NaCl koncentracije
9,9110-2 mol/dm3, pri čemu je utrošeno 11,35 cm3
rastvora. Izračunati maseni udeo srebra u uzorku i titar,
T(NaCl), za određivanje srebra. Podatak: M(Ag)= 107,9 g/mol
Rešenje:
Ag+(aq) + Cl
-(aq) = AgCl(s)
n(Ag): n(NaCl) = 1: 1
)Ag(
)Ag(
M
m= q
McV
1000
)Ag()NaCl()NaCl(
w(Ag) =u
100
1000
)Ag()NaCl()NaCl(
mq
McV=
5208,1
10010
1000
90,1071091,935,11 2 = 79,80 %
T(NaCl/Ag) =)NaCl(
)Ag(
V
m=
)NaCl(
)Ag()Ag(
V
Mn=
)NaCl(
)Ag()NaCl(
V
Mn= c(NaCl) M(Ag)
T(NaCl/Ag) = 9,9110-2107,9 = 1,0710
-2 g/cm
3
-
PRIMENA: ODREĐIVANJE SADRŽAJA GVOŽĐA U UZORCIMA RUDA
Primeri karakterističnih izračunavanja
Permanganometrija
Podaci: M(Fe)=55,85 g/mol, M(H2C2O42H2O)=126,0 g/mol
Uzorak gvožđa mase 7,635 g rastvoren je u kiselini. Rastvor je razblažen destilovanom
vodom i prenet u merni sud od 100,0 cm3. Alikvotni deo od 10,00 cm
3 titrisan je
rastvorom KMnO4, pri čemu je utrošeno 32,55 cm3. Standardizacija rastvora KMnO4
izvršena je pomoću H2C2O4. Za 0,1654 g H2C2O42H2O utrošeno je 25,00 cm3 rastvora
KMnO4. Izračunati maseni udeo gvožđa u uzorku.
-
PRIMENA: ODREĐIVANJE SADRŽAJA GVOŽĐA U UZORCIMA RUDA
Rešenje:
Standardizacija:
2MnO4-(aq) + 5C2O4
2-(aq) + 16H
+(aq) = 2Mn
2+(aq) + 10CO2(g) + 8H2O
n(KMnO4): n(H2C2O4) = 2: 5 1000
)KMnO()KMnO(5 44 cV =)OCH(
)OCH(2
422
422
M
m
c(KMnO4)= )OCH()KMnO(
)OCH(1000
5
2
4224
422
MV
m=
0,12600,25
1654,01000
5
2
=0,0210 mol/dm
3
Titracija:
5Fe2+
(aq) + MnO42-
(aq) + 8H+(aq) 5Fe
3+(aq) + Mn
2+(aq) + 4H2O
n(Fe): n(KMnO4) = 5: 1 )Fe(
)Fe(
M
m= q
cV
1000
)KMnO()KMnO(
1
5 44
w(Fe)=u
44 100
1000
)Fe()KMnO()KMnO(
1
5
mq
MVc
w(Fe)=635,7
10010
1000
85,5555,320210,05 =25,00 %
Permanganometrija
-
PRIMENA: ODREĐIVANJE SADRŽAJA MANGANA U UZORCIMA RUDA
Permanganometrija
Uzorak rude mangana mase 6,0983 g rastvoren je u kiselini. Rastvor je neutralisan i
prenet u merni sud od 250,0 cm3. Ako je za titraciju 25,00 cm
3 rastvora Mn
2+-jona, po
Folhard-Volfu, utrošeno 18,50 cm3 KMnO4 koncentracije 0,0200 mol/dm
3, izračunati
maseni udeo mangana u rudi i titar rastvora u mernom sudu.
Podatak: M(Mn)=54,94 g/mol
Rešenje:
3Mn2+
(aq) + 2MnO4-(aq) + 2H2O = 5MnO2(s) + 4H
+(aq)
n(Mn): n(KMnO4) = 3: 2
)Mn(
)Mn(
M
m=
1000
)KMnO()KMnO(
2
3 44 cV
w(Mn)=u
44 100
1000
)Mn()KMnO()KMnO(
2
3
mq
McV
w(Mn)=0983,6
10010
1000
94,540200,050,18
2
3 =5,00 %
-
U direktnim jodimetrijskim titracijama: rastvor I2.
U indirektnim jodimetrijskim titracijama: rastvor Na2S2O3.
U slučaju indirektne jodimetrije neutralnom ili slabo kiselom rastvoru
titranda dodaje se KI u višku, pri čemu se izdvaja I2 koji se zatim titriše
rastvorom Na2S2O3. U toku titracije S2O32-
-joni oksiduju se do S2O42-
-jona:
I2(aq) + 2S2O32-
(aq) 2I-(aq) + S4O6
2-(aq)
Jodimetrijske titracije
)aq(I2)aq(OS)aq(I)aq(OS2 2642232
-
P R I M E N A: Određivanje sadržaja bakra u legurama
Određivanje bakra indirektnom jodimetrijom zasniva se na reakciji bakar(II)-jona sa
jodid-jonom koji je dodat u višku:
2Cu2+
(aq) + 4I-(aq) = Cu2I2(s) + I2(aq)
I2(aq) + 2S2O32-
(aq) = 2I-(aq) + S4O6
2-(aq)
n(Cu2+
): n(Na2S2O3)= 1: 1.
Jodimetrijske titracije
Pri ovoj oksido-redukciji joni dvovalentnog bakra redukuju se do jednovalentnih i pri tome se
sav bakar taloži kao teško rastvorni bakar(I)-jodid žućkasto-bele boje, dok se ekvivalentna
količina joda izdvaja u elementarnom stanju. Izdvojeni jod titriše se standardnim rastvorom
natrijum-tiosulfata.
U reakciji sa bakrom jodid-jon deluje kao redukciono sredstvo za bakar(II) i kao taložni
reagens za bakar(I), što utiče na znatno povećanje oksidacione sposobnosti Cu2+-jona. Iako
vodonik-joni ne učestvuju u reakciji, njihova koncentracija ima veliki uticaj na brzinu
odvijanja reakcije i tačnost određivanja, pa mora biti u strogo kontrolisanim granicama.
Optimalno pH za ovu reakciju je 4,0.
-
P R I M E N A: Određivanje sadržaja bakra u legurama
Uzorak CuO, mase 1,8998 g rastvoren je i prenet u merni sud od 250,0 cm3. Sadržaj
Cu2+
-jona određivan je indirektnom jodimetrijom u alikvotnom delu od 25,00 cm3
rastvora. Dodat je višak KI. Za titraciju izdvojenog I2, uz skrob kao indikator, utrošeno
je 15,50 cm3 rastvora Na2S2O3. Rastvor Na2S2O3 standardizovan je rastvorom KBrO3.
Posle reakcije KBrO3 sa KI, za titraciju 25,00 cm3 rastvora KBrO3 koncentracije 0,0150
mol/dm3 utrošeno je 21,50 cm
3 rastvora Na2S2O3. Izračunati maseni udeo CuO u uzorku.
Podatak: M(CuO)=79,54 g/mol
Jodimetrijske titracije Primeri karakterističnih izračunavanja
-
P R I M E N A: Određivanje sadržaja bakra u legurama
Rešenje
Standardizacija:
BrO3-(aq) + 6I
-(aq) + 6H
+(aq) = Br
-(aq) + 3I2(aq) + 3H2O
n(KBrO3): n(I2) = 1: 3
I2(aq) + 2S2O32-
(aq) = 2I-(aq) + S4O6
2-(aq)
n(I2): n(Na2S2O3) = 1: 2
n(Na2S2O3): n(KBrO3) = 6: 1
)OSNa()OSNa( 322322 cV = )KBrO()KBrO(6 33 cV
c(Na2S2O3)=)OSNa(
)KBrO()KBrO(
1
6
322
33
V
cV=
50,21
0150,000,256 =0,105 mol/dm
3
Jodimetrijske titracije Primeri karakterističnih izračunavanja
0,1047 mol/dm3
-
Titracija
2Cu2+
(aq) + 4I-(aq) = Cu2I2(s) + I2(aq)
I2(aq) + 2S2O32-
(aq) = 2I-(aq) + S4O6
2-(aq)
n(Cu2+
): n(Na2S2O3) = 1: 1
)Cu(
)Cu(
M
m=
1000
)OSNa()OSNa( 322322 cV
w(CuO)=u
322322 100
1000
)CuO()OSNa()OSNa(
mq
McV
w(CuO)=8998,1
10010
1000
54,79105,050,15 = 67,9 %
Jodimetrijske titracije Primeri karakterističnih izračunavanja
P R I M E N A: Određivanje sadržaja bakra u legurama
Rešenje
-
P R I M E N A: Određivanje sadržaja hroma u legurama
Jodimetrijske titracije Primeri karakterističnih izračunavanja
Jodometrijsko određivanje hroma koji se u kiseloj sredini nalazi u obliku dihromata zasniva se
na redukciji šestovalentnog hroma kalijum-jodidom u trovalentni hrom, pri čemu se izdvaja
ekvivalentna količina joda koji se titriše standardnim rastvorom natrijum-tiosulfata.
Reakcija oksido-redukcije teče na sledeći način:
)l(OH7)aq(I3)aq(Cr2)aq(H14)aq(I6)aq(OCr 2232
72
)aq(OS)aq(I2)aq(OS2)aq(I 2642322
U završnoj tački titracije, kad iščezne plava boja kompleksa joda sa skrobom (kada je sav jod
istitrisan), rastvor ne postaje bezbojan, već ostaje svetlo zelen od prisutnih Cr3+-jona.
-
Cr2O72-
(aq) + 6I-(aq) + 14H
+(aq) = 2Cr
3+(aq) + 3I2(aq) + 7H2O
n(Cr2O72-
): n(I2) = 1: 3
n(Cr2O72-
) = 2n(Cr)
I2(aq) + 2S2O32-
(aq) = 2I-(aq) + S4O6
2-(aq)
n(I2): n(Na2S2O3) = 1: 2
n(Cr3+
): n(Na2S2O3) = 1: 3
)Cr(
)Cr(
M
m=
1000
)OSNa()OSNa(
3
1 322322 cV
w(Cr)= u
322322 100
1000
)Cr()OSNa()OSNa(
3
1
m
McV
w(Cr)= 0777,1
100
1000
00,521092,080,25
3
1 = 4,530 %
Jodimetrijske titracije Primeri karakterističnih izračunavanja
P R I M E N A: Određivanje sadržaja hroma u legurama
Za analizu je uzeto 1,0777 g legure hroma. Uzorak je rastvoren, a zatim je dodat višak
KI. Jod oslobođen u ovoj reakciji titrisan je rastvorom Na2S2O3 koncentracije 0,1092
mol/dm3, pri čemu je utrošeno 25,80 cm
3 titranta uz skrob kao indikator. Izračunati
maseni udeo hroma u leguri.
Podatak: M(Cr)=52,00 g/mol