kvantitativna hemijska analiza...

Kvantitativna hemijska analizaVOLUMETRIJA

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

VOLUMETRIJSKE METODE

• KISELINSKO-BAZNE• KOMPLEKSOMETRIJSKE• TALOŽNE• REDOKS-----------------------------------------------------------

- titraciono sredstvo (standardizacija)- indikator- primena- izračunavanje

• Volumetrijske metode zasnovane na reakcijama oksidacija i redukcija nazivaju se redoks titracije.

• Naziv je nastao spajanjem i skraćivanjem izraza redukcija i oksidacija. Ova jezgrovitost u formi izražavanja označavaujedno i suštinu, jer ističe da se ove reakcije (oksidacija –otpuštanje elektrona i redukcija – primanje elektrona), povezane prelazom elektrona, odigravaju istovremeno u tokutitracije.

• Mehanizam redoks titracija razlikuje se od mehanizma drugih titracija razmatranih u okviru klasičnih volumetrijskih metoda (kiselinsko-baznih, taložnih i kompleksometrijskih) jer u toku redoks titracija dolazi do promene oksidacionog broja reaktanata.

Redoks metode

U redoks titracije spadaju: • permanganometrija, • jodimetrija, • bromatometrija i dr.

Redoks metode

Titrant

Permanganometrija

Permanganometrija

Prva kap viška rastvora KMnO4 označava kraj titracije, pojavom bledo-ružičaste boje. Pored KMnO4 koji predstavlja specifični indikator koriste se i redoks indikatori.

PRIMENA: ODREĐIVANJE SADRŽAJA GVOŽĐA U UZORCIMA RUDA

Permanganometrija

Cimerman-Rajnhartova (Zimmermann-Reinhardt) metoda U toku titracije permanganatom u kiseloj sredini Fe2+-joni oksidišu se u Fe3+-jone:

5Fe2+(aq) + MnO4

-(aq) + 8H+(aq) = 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) +4H2O

n(Fe): n(KMnO4)= 5: 1. Ako je gvožđe u trovalentnom obliku neophodno je pre titracije redukovati Fe3+-jone do Fe2+-jona, kako bi se oksidacija odigravala u toku titracije. Priprema uzorka vrši se rastvoromSnCl2:

2Fe3+(aq) + Sn2+(aq) = 2Fe2+(aq) + Sn4+(aq).

višak Višak Sn2+-jona se pre početka titracije mora prevestu u Sn4+-jone. To se vrši oksidacijompomoću HgCl2:

Sn2+(aq) + 2Hg2+(aq) + 2Cl-(aq) = Sn4+(aq) + Hg2Cl2(s).

Jedan deo Hg2+-jona može, pri tome, biti redukovan do elementarne žive:

Sn2+(aq) + Hg2+(aq) = Sn4+(aq) + Hg(s).


Permanganometrija

Cimerman-Rajnhartov rastvor:

mangan(II)-sulfat,

sumporna i

fosforna kiselina.

Mangan(II)-sulfat smanjuje oksidaciono dejstvo permanganata čime se izbegava moguća oksidacija hlorid-jona, dok se oksidacija Fe2+-jonanesmetano obavlja.

Sumporna kiselina služi i da se rastvor zakiseli.

Fosforna kiselina vezuje u bezbojan kompleks žuto obojene Fe3+-jonenastale oksidacijom u toku titracije, čime se omogućava dobrouočavanje završne tačke titracije.


Primeri karakterističnih izračunavanjaPermanganometrija

Podaci: M(Fe)=55,85 g/mol, M(H2C2O4⋅2H2O)=126,0 g/mol

Uzorak gvožđa mase 7,635 g rastvoren je u kiselini. Rastvor je razblažen destilovanomvodom i prenet u merni sud od 100,0 cm3. Alikvotni deo od 10,00 cm3 titrisan je rastvorom KMnO4, pri čemu je utrošeno 32,55 cm3. Standardizacija rastvora KMnO4izvršena je pomoću H2C2O4. Za 0,1654 g H2C2O4⋅2H2O utrošeno je 25,00 cm3 rastvora KMnO4. Izračunati maseni udeo gvožđa u uzorku.

PRIMENA: ODREĐIVANJE SADRŽAJA GVOŽĐA U UZORCIMA RUDARešenje:

Standardizacija: 2MnO4

-(aq) + 5C2O42-(aq) + 16H+(aq) = 2Mn2+(aq) + 10CO2(g) + 8H2O

n(KMnO4): n(H2C2O4) = 2: 5 1000

)KMnO()KMnO(5 44 cV =)OCH()OCH(2

422

422Mm

c(KMnO4)= )OCH()KMnO(

)OCH(100052

4224

422MV

m =0,12600,25

1654,0100052

⋅⋅ =0,0210 mol/dm3b

Titracija: 5Fe2+(aq) + MnO4

2-(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O

n(Fe): n(KMnO4) = 5: 1 )Fe()Fe(

Mm = qcV

1000)KMnO()KMnO(

15 44

w(Fe)=u

44 1001000

)Fe()KMnO()KMnO(15

mqMVc

w(Fe)=635,7

100101000

85,5555,320210,05 ⋅⋅⋅ =25,00 %b

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 cm3 rastvora Mn2+-jona, po Folhard-Volfu, utrošeno 18,50 cm3 KMnO4 koncentracije 0,0200 mol/dm3, 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(

Mm =

1000)KMnO()KMnO(

23 44 cV

w(Mn)=u

44 1001000

)Mn()KMnO()KMnO(23

mqMcV

w(Mn)=0983,610010

100094,540200,050,18

23 ⋅⋅ =5,00 %b

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 S2O3

2--joni oksiduju se do S2O42--jona:

I2(aq) + 2S2O3

2-(aq) 2I-(aq) + S4O62-(aq)

Jodimetrijske titracije

)aq(I2)aq(OS)aq(I)aq(OS2 2642

232

−−− +=+

Rastvor I2 ima odlike primarnog standarda, ako je sveže pripremljen, rastvor ne treba standardizovati! Rastvor Na2S2O3 nema odlike primarnog standarda i mora se standardizovati. Za standardizaciju rastvora Na2S2O3 mogu se upotrebiti različite oksidacione supstance: I2, KBrO3, K2Cr2O7, KMnO4 itd. KBrO3 reaguje sa KI u kiseloj sredini pri čemu se izdvaja I2 koji se zatim titriše rastvorom Na2S2O3:

BrO3

-(aq) + 6I-(aq) + 6H+(aq) = Br-(aq) + 3I2(aq) + 3H2O

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O6

2-(aq)

n(KBrO3): n(I2): n(Na2S2O3)= 1: 3: 6

STANDARDIZACIJA TITRANTA


INDIKATOR

Rastvora skroba. I2 gradi sa skrobom adsorpciono jedinjenje intenzivno plave boje. Pored skroba koji predstavlja specifični indikator koriste se i redoks indikatori.


PRIMENA

Indirektne jodimetrijske titracije primenjuju se za određivanje uzoraka koji sadrže: Cr2O7

2-, ClO3-, Sn2+, Cu2+-jona, ili rastvore Cl2, Br2, HClO,

MnO2, H2SO3, H2O2, itd.

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.


Pri ovoj oksido-redukciji joni dvovalentnog bakra redukuju se do jednovalentnih i pri tome sesav bakar taloži kao teško rastvorni bakar(I)-jodid žućkasto-bele boje, dok se ekvivalentnakoličina joda izdvaja u elementarnom stanju. Izdvojeni jod titriše se standardnim rastvoromnatrijum-tiosulfata. U reakciji sa bakrom jodid-jon deluje kao redukciono sredstvo za bakar(II) i kao taložnireagens za bakar(I), što utiče na znatno povećanje oksidacione sposobnosti Cu2+-jona. Iakovodonik-joni ne učestvuju u reakciji, njihova koncentracija ima veliki uticaj na brzinuodvijanja 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 leguramaUzorak 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 cm3 rastvora Na2S2O3. Izračunati maseni udeo CuO u uzorku.

Podatak: M(CuO)=79,54 g/mol

Jodimetrijske titracijePrimeri karakterističnih izračunavanja


Rešenje

Standardizacija: BrO3

-(aq) + 6I-(aq) + 6H+(aq) = Br-(aq) + 3I2(aq) + 3H2O n(KBrO3): n(I2) = 1: 3 I2(aq) + 2S2O3

2-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(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(16

322

33V

cV=

50,210150,000,256 ⋅⋅ =0,105 mol/dm3


0,1047 mol/dm3

Titracija 2Cu2+(aq) + 4I-(aq) = Cu2I2(s) + I2(aq) I2(aq) + 2S2O3

2-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)

n(Cu2+): n(Na2S2O3) = 1: 1

)Cu()Cu(

Mm =

1000)OSNa()OSNa( 322322 cV

w(CuO)=u

322322 1001000

)CuO()OSNa()OSNa(m

qMcV

w(CuO)=8998,110010

100054,79105,050,15 ⋅⋅ = 67,9 % b



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 sena redukciji šestovalentnog hroma kalijum-jodidom u trovalentni hrom, pri čemu se izdvajaekvivalentna 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 264

2322

−−− +=+

U završnoj tački titracije, kad iščezne plava boja kompleksa joda sa skrobom (kada je sav jodistitrisan), rastvor ne postaje bezbojan, već ostaje svetlo zelen od prisutnih Cr3+-jona.

Cr2O72-(aq) + 6I-(aq) + 14H+(aq) = 2Cr3+(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(

Mm =

1000)OSNa()OSNa(

31 322322 cV

w(Cr)= u

322322 1001000

)Cr()OSNa()OSNa(31

mMcV

w(Cr)= 0777,1100

100000,521092,080,25

31 ⋅⋅ = 4,530 % b


P R I M E N A: Određivanje sadržaja hroma u leguramaZa analizu je uzeto 1,0777 g legure hroma. Uzorak je rastvoren, a zatim je dodat višakKI. Jod oslobođen u ovoj reakciji titrisan je rastvorom Na2S2O3 koncentracije 0,1092 mol/dm3, pri čemu je utrošeno 25,80 cm3 titranta uz skrob kao indikator. Izračunati maseni udeo hroma u leguri.Podatak: M(Cr)=52,00 g/mol

kvantitativna hemijska analiza...

Documents