Кондуктометрическое титрование.

Определение катионов кальция и никеля

Цель работы: освоение техники анализа методом кондуктометрического титрования, методики комплексонометрического титрования смеси ионов никеля и кальция.

Введение

Анализ смеси ионов Ni²⁺ и Са²⁺ в лабораторной работе проводится методом кондуктометрического титрования раствором ЭДТА. В процессе титрования катионов металла раствором ЭДТА в отсутствие буферного раствора при рН» 5 идет реакция:

Мⁿ⁺ + H₂Y^2– [MY]^(4–n)- + 2H⁺

При этом возрастает концентрация наиболее подвижных ионов Н⁺ и электропроводность раствора, достигая максимума в точке эквивалентности. Добавление избытка титранта приводит к связыванию ионов Н⁺ в малодиссоциированную кислоту и снижению электропроводности раствора:

H⁺ + H₂Y^2– H₃Y^– H⁺ + H₃Y^2– H₄Y

Титрование раствором ЭДТА без добавления буферного раствора возможно только в случае образования достаточно устойчивых комплексонатов.

При титровании с использованием буферных растворов оптимальное значение рН определяется прочностью образующегося комплекса металла с ЭДТА; как правило, чем устойчивее комплексонат, тем ниже может быть рН раствора. До точки эквивалентности при комплексонометрическом титровании в буферном растворе электропроводность меняется незначительно, а после точки эквивалентности возрастает вследствие накопления в растворе ионов Na⁺ из состава титранта Na₂H₂Y. Излом кривой титрования в точке эквивалентности в случае титрования в буферном растворе менее четкий.

При титровании двухкомпонентных смесей катионов металлов компонент, образующий более прочный комплекс с ЭДТА (в данном случае – Ni²⁺), титруют без добавления буферного раствора. После первой точки эквивалентности вводят буферный раствор, поддерживающий рН для титрования второго компонента, и продолжают титрование (в нашем случае Са²⁺ титруют в среде аммиачного или боратного буферного раствора при рН»9). При выборе состава буферного раствора учитывают, что не должно происходить разрушение комплекса первого металла с ЭДТА. Кривая титрования смеси катионов Ni²⁺ и Са²⁺ имеет вид, показанный на рисунке 17.

 

Рис. 17. Вид кривой титрования смеси катионов Ni²⁺ и Са²⁺ раствором ЭДТА.

Экспериментальная часть

Оборудование и посуда: кондуктометр «АНИОН-4100»; кондуктометрическая ячейка с платиновыми электродами; магнитная мешалка; бюретка на 25 мл.

Реактивы: раствор CaCl₂ 0,05 М; раствор NiCl₂ 0,05 М; стандартный раствор ЭДТА 0,05 М (по фиксаналу); раствор Na₂B₄O₇ 0,1 М (рН» 9).

Подготовка оборудования к работе и техника проведения измерений: Включите блок питания в сеть. Включите «АНИОН-4100» клавишей ВКЛ/ВЫКЛ и прогрейте его 2 – 3 минуты. Если после включения прибора на индикаторе высвечиваются случайные символы и знаки, то выключите и через 1 – 2 минуты вновь включите кондуктометр.

Ополосните кондуктометрический датчик дистиллированной водой и осушите его фильтровальной бумагой. Для обеспечения достоверности и точности измерений обязательно ополаскивайте датчик дистиллированной водой как перед измерениями, так и при переносе из одного раствора в другой. Датчик погружается в раствор так, чтобы раствор полностью закрывал кондуктометрическую ячейку, а расстояние между корпусом датчика и стенками сосуда было не менее 1 см.

В основу измерения удельной электрической проводимости раствора положен принцип измерения проводимости раствора в ячейке Кольрауша и автоматическое умножение результатов измерений на постоянную ячейки:

χ = К∙G,

где χ – удельная электрическая проводимость, К – постоянная ячейки, G – проводимость раствора.

Используемый в работе кондуктометр многодиапазонный с автоматическим выбором диапазонов измерения. В разных диапазонах значения К несколько отличаются друг от друга и находятся в памяти прибора.

После включения прибора и демонстрации заставки нажмите клавишу РЕЖИМ, клавишами «⇧» «⇩» выберите функцию кондуктометр, нажмите клавишу ВВОД и прибор перейдет в Экран измерений.

При записи показаний прибора обратите внимание на размерность электропроводности (мСм/см или мкСм/см).

Опыт 1. Титрование учебной задачи

При выполнении учебной задачи студенты осваивают методику анализа и проверяют правильность своей работы.

1. Самостоятельно приготовьте анализируемый раствор – смесь растворов хлоридов кальция и никеля, для чего мерной пипеткой отберите в мерную колбу (на 100,0 мл) 0,05 М растворы этих солей (например, по 20 или 25 мл каждого раствора) и доведите растворы до метки дистиллированной водой.

2. На титрование возьмите аликвоту 20,0 мл приготовленного раствора и поместите в кондуктометрическую ячейку. Добавьте в ячейку дистиллированной воды, чтобы электроды были полностью погружены.

3. Проведите титрование раствором ЭДТА при перемешивании, записывая показания прибора после добавления каждых 0,5 мл титранта. После прохождения максимума электропроводности χ (1-я точка эквивалентности) продолжайте добавление титранта, чтобы получить еще 2-3 точки на кривой титрования. Затем введите в ячейку мерной пипеткой 20 мл раствора тетрабората натрия и продолжайте титрование. Добавьте после достижения излома на кривой титрования (2-я точка эквивалентности) такой избыток титранта, чтобы на соответствующем участке кривой титрования было не менее 5 точек.

4. Повторите титрование еще 2 раза.

Обработка результатов

1. Полученные значения удельной электропроводности χ необходимо пересчитать с учетом разбавления раствора и построить кривую титрования в координатах χ – V _{титранта}.

2. По кривой титрования найдите объемы титранта, соответствующие точкам излома (точкам эквивалентности).

3. Рассчитайте по результатам титрования массы каждой из солей в анализируемом растворе и сопоставьте с известными вам массами солей, взятыми для анализа.

Опыт 2. Титрование контрольной задачи

Получите у лаборанта раствор, содержащий катионы никеля и кальция, в мерной колбе, доведите раствор до метки. Отберите аликвоту 20,0 мл и проведите титрование, как при выполнении учебной задачи. Повторите титрование еще 2 – 3 раза.

Обработка результатов

Построение кривых титрования и расчеты провести аналогично обработке данных учебной задачи. Найденную массу катионов никеля и кальция в контрольном растворе представить в виде доверительного интервала, рассчитанного по результатам параллельных определений.