Определение сульфатов в растворе

Цель работы – определить массу в выданной для анализа пробе, используя следующие методы анализа и приемы нахождения неизвестной концентрации:

§ Вариант 1 – метод градуировочного графика (турбидиметрия);

§ Вариант 2 – метод нефелометрического титрования;

§ Вариант 3 – метод турбидиметрического титрования.

Сущность работы. Определение основано на реакции осаждения сульфат-ионов в виде малорастворимого соединения BaSO₄:

+Ba²⁺ = BaSO₄↓.

Для обеспечения избирательности определения сульфатов в присутствии карбонатов, фосфатов, хроматов реакцию проводят в кислой среде. С целью стабилизации суспензии при использовании прямого метода нахождения неизвестной концентрации (градуировочного графика) в раствор вводят агар.

В разбавленных растворах сульфатов выпадение осадка происходит медленно и образуется достаточно устойчивая во времени суспензия. Для измерения мутности можно пользоваться как методом нефелометрии, так и методом турбидиметрии.

Интенсивность рассеянного света зависит от размеров частиц, поэтому при проведении анализа методами нефелометрии и турбидиметрии необходимо соблюдать следующие условия:

§ определенный порядок приготовления суспензий;

§ одинаковая скорость смешения реагентов;

§ одинаковые концентрации исходных растворов;

§ постоянная температура;

§ добавление стабилизатора (агар);

§ одинаковое время выдержки приготовленных суспензий.

Нефелометрический метод анализа обладает высокой чувствительностью, однако применяется в аналитической химии и техническом анализе довольно редко из-за трудности получения стабильных взвесей с постоянным размером частиц. Ошибка при проведении прямых нефелометрических измерений достигает 10–15%.

Метод нефелометрического титрования получил более широкое применение, поскольку в этом случае нефелометр используется в качестве индикаторного прибора, с помощью которого устанавливают к. т. т. Метод применяется, если титруемое вещество образует малорастворимое соединение с титрантом. Прибавление каждой порции титранта вызывает появление осадка, вследствие чего мутность раствора увеличивается и в точке эквивалентности (т. э.) достигает максимума. Дальнейшее прибавление титранта не изменяет степени мутности, а иногда даже приводит к ее уменьшению вследствие разбавления и слипания мелких частиц.

При этом могут быть использованы только такие реакции, которые протекают быстро, например, реакции образования AgCl или
BaSO₄, и не могут применяться реакции, проведение которых требует сложных операций.

Реакции осаждения мало используются в титриметрическом анализе. Главная причина, ограничивающая их применение, заключается в недостатке индикаторов, подходящих для многих реакций осаждения. Однако используя метод нефелометрического титрования, можно легко зафиксировать к. т. т. по изменению степени помутнения в процессе титрования.

Метод применяется для различных определений, основанных на реакциях осаждения. Основные причины ошибок – образование пересыщенных растворов, а также влияние электролитов на величину частиц осадка. Вследствие образования пересыщенных растворов при добавлении титранта осадок образуется не сразу, поэтому изменение интенсивности помутнения отстает от изменения концентраций, что затрудняет применение метода в случае образования кристаллических осадков, для которых характерно образование пересыщенных растворов.

Оборудование, посуда, реактивы

Вариант 1: фотоэлектроколориметр; 2 кюветы (l = 5 см); мерная колба (200, 0 или 250, 0 мл); мерные колбы (100, 0 мл); пипетки Мора вместимостью 5, 00, 10, 00 и 20, 00 мл; мерные цилиндры (5 мл); 0, 05 н. стандартный раствор H₂SO₄; насыщенный раствор BaCl₂; 0, 5 %-ный раствор агара.

Вариант 2: абсорбциометр-нефелометр ЛМФ-69; стержень магнитной мешалки; стакан для титрования (50 мл); мерная колба вместимостью 100, 0 мл; пипетка Мора вместимостью 20, 0 мл; бюретка; воронка; стандартный 0, 02 н. раствор BaCl₂.

Вариант 3: фотоэлектроколориметр ФЭК-56 М с титровальным приспособлением ТПР; кювета для титрования; мерная колба вместимостью 100, 0 мл; пипетка Мора вместимостью 20, 0 мл; бюретка; воронка; стандартный 0, 02 н. раствор BaCl₂.

Выполнение работы

Получают анализируемый раствор H₂SO₄ в колбу вместимостью 100, 0 мл, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Далее проводят анализ в соответствии с одним из предложенных вариантов.

Вариант 1. Турбидиметрическое определение методом
градуировочного графика

Готовят разбавленный стандартный раствор H₂SO₄. Для этого 5, 00 мл 0, 05 н. раствора H₂SO₄ помещают в мерную колбу вместимостью 200, 0 или 250, 0 мл, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. По закону эквивалентов рассчитывают его концентрацию и используют в качестве исходного для приготовления серии градуировочных растворов.

Затем последовательно готовят стандартные растворы (суспензии) с разной концентрацией сульфатов и измеряют их оптическую плотность с помощью фотоколориметра через 3–5 мин после приготовления в кювете с толщиной слоя 5 см при зеленом светофильтре относительно раствора сравнения.

Для приготовления каждой суспензии в мерную колбу вместимостью 100, 0 мл помещают 2 мл насыщенного раствора BaCl₂, разбавляют немного водой и прибавляют 3 мл раствора агара. Затем при перемешивании вводят в мерную колбу пипеткой определенный объем исходного раствора H₂SO₄ (5, 00, 10, 00, 15, 00, 20, 00 или 25, 00 мл). Добавляя дистиллированную воду, доводят объем до метки, содержимое колбы тщательно перемешивают.

Для приготовления раствора сравнения в такую же мерную колбу помещают 2 мл насыщенного раствора BaCl₂, разбавляют немного водой и прибавляют 3 мл раствора агара. Доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Проводят обработку результатов измерений методом наименьших квадратов, желательно с использованием ПК. По полученным данным строят градуировочный график в координатах А – C (½ H₂SO₄), моль/л.

Самостоятельно подбирают аликвоту анализируемого раствора так, чтобы результат измерения кажущегося светопоглощения (А_х) находился примерно в середине градуировочного графика. Готовят суспензию и проводят измерение оптической плотности как описано выше. По полученным данным рассчитывают массу H₂SO₄ в пробе (г).

Вариант 2. Метод нефелометрического титрования

Отбирают аликвоту анализируемого раствора (20, 00 мл) в стаканчик для титрования, разбавляют дистиллированной водой до ~ 40 мл. Устанавливают на абсорбциометре-нефелометре светофильтр № 3 (желто-зеленый), род работы – «нефелометр». Вставляют стаканчик в кюветный блок прибора, опускают в него стержень магнитной мешалки и закрывают блок крышкой. Включают мешалку и титруют анализируемый раствор 0, 02 н. раствором BaCl₂, добавляя титрант порциями по 0, 20–0, 50 мл и записывая показания прибора (i, мкА) после добавления каждой порции титранта.

По результатам титрования строят кривую i = f (V), по ней определяют объем титранта в к. т. т. Затем рассчитывают массу H₂SO₄ в пробе (г).

Вариант 3. Метод турбидиметрического титрования

Отбирают аликвоту анализируемого раствора (20, 00 мл) в кювету для титрования, разбавляют дистиллированной водой до метки на кювете. Устанавливают на фотоэлектроколориметре с титровальным приспособлением желто-зеленый светофильтр. При постоянном перемешивании титруют анализируемый раствор 0, 02 н. стандартным раствором BaCl₂, приливая его порциями по 0, 2–0, 5 мл из бюретки и измеряя значение А после добавления каждой порции титранта. Показания снимают с красной шкалы левого барабана, при этом значение А на правом барабане должно быть равно нулю.

В начале титрования оптическая плотность увеличивается, затем остается почти постоянной или незначительно понижается.

По результатам титрования строят кривую А = f (V), по ней определяют объем титранта в к. т. т. Затем рассчитывают массу H₂SO₄ в пробе (г).