Йодометрия. Определение содержания меди (II)

Метод йодометрии основан на применении в качестве рабочих растворов раствора йода в йодистом калии и раствора тиосульфата натрия (см. раздел 3.2.5.2.). Йод является слабым окислителем:

I₂ + 2 ē «2 I^-, E⁰ = 0, 54 В.

Так как йод малорастворим в воде, его растворяют в йодиде калия, так как с йодид- ионами йод образует комплексные ионы: I₂ + I^- «I₃^-.

Стандартный потенциал системы I₃^–/I^– отличается от потенциала системы I₂/I^- всего на 0, 005 В, поэтому для практических расчетов их можно считать примерно равными.

Приготовить стандартный раствор йода достаточно сложно, так как он неустойчив, легко разлагается на свету, поэтому в методе йодометрии используется вспомогательный рабочий раствор – тиосульфат натрия. Окисление тиосульфат-иона до тетратионат-иона идет по уравнению: 2 S₂O₃^2- - 2ē «S₄O₆^2-. E ⁰= 0, 17 В.

Реакция взаимодействия йода с тиосульфатом натрия I₂ + 2 S₂O₃^2- «2 I^- + S₄O₆^2- протекает в слабокислой, нейтральной и слабощелочной средах. В растворах, имеющих рН > 9, идёт побочная реакция I₂ + 2 OH^- «IO^- + I^- + H₂O.

В сильнокислой среде возможна реакция разложения тиосульфата по уравнению:

S₂O₃^2- «SO₃^2- + S.

Поэтому, несмотря на то, что ионы водорода не принимают непосредственного участия в реакции взаимодействия тиосульфат-ионов с йодом, при проведении йодометрических определений следует придерживаться определенных условий в отношении кислотности среды.

В качестве индикатора в йодометрии используют водный раствор крахмала. При взаимодействии с йодом крахмал образует окрашенное в интенсивно синий цвет адсорбционное соединение. Чувствительность данной реакции составляет 10^-5 моль-экв/л. При титровании йода раствором тиосульфата натрия крахмал добавляют в раствор только перед концом титрования, так как при высокой концентрации йода образуется трудно обесцвечивающееся адсорбционное соединение йода с зернами крахмала.

Благодаря сравнительно низкому потенциалу пары I₂/I^- методом йодометрии можно определять как восстановители, так и окислители.

Цель работы: 1. Установить концентрацию рабочего раствора тиосульфата натрия

Na₂S₂O₃.

2. Определить содержание Cu²⁺ в контрольном растворе и оценить

случайную погрешность результатов определения.

Выполнение работы

Реактивы. Контрольный раствор соли Cu²⁺.

Рабочий раствор Na₂S₂O₃, с (Na₂S₂O₃) = 0, 025 М.

Раствор крахмала.

Раствор KI 10% - ный.

Раствор H₂SO₄, 2 М.

Стандартный раствор K₂Cr₂O₇, с (1/6 K₂Cr₂O₇) = 0, 025 М.

1. Установление концентрации тиосульфата натрия

Приготовленный раствор тиосульфата натрия предварительно выстаивают в течение 10 дней, после чего проводят определение его концентрации.

Наиболее простым и достаточно точным методом установки титра тиосульфата является метод, в котором используется реакция дихромата с йодидом калия в кислой среде, сопровождающаяся выделением эквивалентного количества йода (дихромат калия является первичным стандартом и может быть приготовлен по точной навеске):

Cr₂O₇^2- + 6 I^- + 14 H⁺ «2 Cr³⁺ + 3 I₂ + 7 H₂O.

Выделившийся йод оттитровывают приготовленным раствором тиосульфата.

По количеству тиосульфата, израсходованного на титрование выделившегося йода, вычисляют титр и молярную концентрацию эквивалента (моль/л) приготовленного стандартного раствора Na₂S₂O₃.

Установку концентрации раствора тиосульфата натрия проводят методом пипетирования. Для этого в большую коническую колбу отмеривают мерным цилиндром 5 мл 10 % - ного раствора KI и 7-10 мл 2 М H₂SO₄. К полученной смеси прибавляют пипеткой аликвотную часть (10 мл) стандартного раствора K₂Cr₂O₇ и, накрыв колбу часовым стеклом для предупреждения потери от улетучивания йода, дают смеси для завершения реакции постоять 5 минут в тёмном месте. Затем снимают часовое стекло и ополаскивают его над колбой дистиллированной водой. Прибавляют в колбу ещё около 100 мл воды и приступают к титрованию раствором тиосульфата. Когда окраска раствора примет соломенно-жёлтый цвет, добавляют 2 мл раствора крахмала и титруют далее до обесцвечивания синего раствора. Затем рассчитывают концентрацию Na₂S₂O₃ из закона эквивалентов:

с (f _экв K₂Cr₂O₇) · v (K₂Cr₂O₇) = c (f _экв Na₂S₂O₃) · v (Na₂S₂O₃).

2. Определение содержания Cu²⁺

Определение меди (II) основано на реакции окисления йодида калия ионами Cu²⁺ и последующим титровании выделившегося йода раствором тиосульфата натрия. Этот метод определения относится к группе методов титриметрического анализа, называемых методами титрования заместителя. В данном случае медь замещается йодом. В системе протекает реакция:

4 I^- + 2 Cu²⁺ «Cu₂I₂↓ +I₂.

Образование малорастворимого соединения Cu₂I₂ повышает окислительно-восстановительный потенциал меди до 0, 82 В (для сравнения Е °_Cu2+/Cu+ = 0, 15 В), и он становится больше стандартного окислительно-восстановительного потенциала системы йода (Е °_I2/2I^- = 0, 54 В). Равновесие реакции сдвигается вправо и она протекает количественно.

Для подавления гидролиза солей меди (II) в раствор вводят уксусную или серную кислоту.

В колбу для титрования наливают 10-15 мл 10 % - ного раствора KI и аликвотную часть (10 мл) предварительно подкисленного раствора меди (II). Накрывают колбу часовым стеклом и ставят в темное место на 5 минут для завершения реакции. После этого полученную смесь титруют раствором тиосульфата натрия, добавляя крахмал в конце титрования, когда раствор примет светло-жёлтую окраску. Титрование ведут до исчезновения синей окраски, устойчивой в течение 1 мин (взмученный в жидкости осадок Cu₂I₂ имеет цвет слоновой кости).

4.2.3. Метод комплексонометрического титрования. Определение общей жёсткости воды

Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами), из которых наиболее часто используют этилендиаминтетрауксусную кислоту (Н₄Y) (см. раздел 3.3.1).

Вследствие низкой растворимости в воде сама кислота не подходит для приготовления раствора титранта. Для этого обычно используют дигидрат её динатриевой соли Nа₂Н₂Y·2Н₂0 (комплексон ІІІ, ЭДТА). В большинстве случаев для приготовления раствора ЭДТА используют коммерческий реагент, а затем раствор стандартизируют. Можно также использовать стьандарт-титр комплексона ІІІ.

Конечную точку титрования определяют с помощью металлоиндикаторов - хромофорных органических веществ, образу­ющих с ионами металлов интенсивно окрашенные комплексы. Для титрования солей Ca²⁺ и Mg²⁺ комплексоном ІІІ обычно используют в качестве индикатора эриохромовый чёрный Т.

При титровании комплексоном ІІІ солей Ca²⁺ и Mg²⁺ образующийся комплекс с индикатором (MeInd^-) разрушается, так как ионы металла связываются комплексоном ІІІ в более прочный комплекс, а анионы индикатора (HInd^2-) в щелочной среде (рН 8− 10) накапливаются в растворе, сообщая ему синюю окраску:

Са²⁺ + HInd^2- = CaInd^- + H⁺; CaInd^- +HY^3- = CaY^2- + HInd^2-

синий винно- винно- синий

красный красный

Аналогичная реакция протекает и c ионом Mg²⁺. Смена окраски наиболее четко наблюдается при рН 8− 10. Поэтому титрование проводят в присутствии буферной смеси (NH₄OH + NH₄C1), которая нейтрализует кислотность от выделяющихся ионов водорода.

Цель работы: 1. Установить концентрацию рабочего раствора комплексона ІІІ по

стандартному раствору сульфата магния.

2. Определить общую жёсткость природной воды и оценить

погрешность определения с учётом критерия Стъюдента.