kvantitativna hemijska analiza volumetrijaanaliticka.tmf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2020/12/... ·...

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


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


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 %



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 %


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.


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.


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.


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


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


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 %



Rešenje

P R I M E N A: Određivanje sadržaja hroma u legurama


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 %


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

kvantitativna hemijska analiza volumetrijaanaliticka.tmf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2020/12/... ·...

Documents