1
Numer
ćwiczenia:
7
Dział analizy i temat ćwiczenia:
Analiza miareczkowa – jodometria.
Oznaczanie tlenu w wodzie metodą Winklera.
Data wykonania
ćwiczenia:
29.04.13 r.
Data oddania
sprawozdania:
06.05.13 r.
Grupa:
A3
Imię i nazwisko:
Przemysław Kołoczek
Nazwisko
sprawdzającego:
Uwagi:
Ocena:
2
1. Wstęp.
Tlen rozpuszczony w wodzie pochodzi głównie z powietrza oraz fotosyntezy roślin
wodnych. Jego zawartość wpływa na właściwości korozyjne wody. Zawartość tlenu w
wodzie oznacza się metodą Winklera. Próbkę pobiera się do skalibrowanej kolby
stożkowej z doszlifowanym korkiem. Próbka ta nie może mieć kontaktu z powietrzem i
powinna być zanalizowana w jak najkrótszym czasie. Do próbki dodaje się roztworu Mn
2+
oraz KI środowisku zasadowym. Powstały wodorotlenek manganu utleniany jest przez
tlen zawarty w wodzie do związków Mn(IV), które roztwarza się w stężonym kwasie
siarkowym(VI). Powstałe jony Mn
4+
utleniają aniony jodkowe do jodu, który następnie
odmiareczkowuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu(VI) sodu.
Reakcje zachodzące podczas oznaczenia:
Mn
2+
+ 2 OH
-
→ Mn(OH)
2
↓
2 Mn(OH)
2
+ O
2
→ 2 MnO(OH)
2
↓
MnO(OH)
2
+ 4 H
3
O
+
→ Mn
4+
+ 7 H
2
O
Mn
4+
+ 2 I
-
→ Mn
2+
+ I
2
I
2
+ S
2
O
3
2-
→ 2 I
-
+ S
4
O
6
2-
.
2. Część doświadczalna.
a) Sprzęt i odczynniki.
– Kolba miarowa 100 cm
3
,
– mianowany roztwór Na
2
S
2
O
3
– pipeta jednomiarowa 20 cm
3
,
(0,1011 ± 0,0007) mol/dm
3
,
– pipety wielomiarowe 2 cm
3
,
– 40% roztwór MnSO
4
,
– biureta 50 cm
3
,
– zasadowy roztwór KI,
– zlewka 50 cm
3
,
– stężony roztwór H
2
SO
4
,
– cylinder miarowy 25 cm
3
,
– skrobia,
– skalibrowane kolby stożkowe
– woda destylowana.
z doszlifowanym korkiem,
– krystalizator,
– lejek,
– gruszka,
– tryskawka,
– łapa metalowa,
– statyw,
– dygestorium,
b) Wykonanie.
Podłączono wąż do kranu, wprowadzono jego wylot do dna skalibrowanej kolby i
przepuszczono strumień wody równy kilku objętościom kolby, aż do usunięcia
wszystkich pęcherzyków powietrza. Zamknięto kolbę doszlifowanym korkiem,
sprawdzono, czy nie ma w niej pęcherzyków powietrza, nie zamknięto kranu i pobrano
kolejne próbki analogicznie jak poprzednio. Do pobranych próbek wody dodano
kolejno 2 cm
3
roztworu MnSO
4
oraz 2 cm
3
zasadowego roztworu KI za pomocą pipet
włożonych do dna kolby. Ponownie zamknięto kolby tak, aby nie było w nich
pęcherzyków powietrza, całość kilkakrotnie wymieszano i odstawiono na 30 minut.
Rozcieńczono przygotowany wcześniej roztwór Na
2
S
2
O
3
o stężeniu 0,1 mol/dm
3
za
pomocą skalibrowanej kolby i pipety. Zamontowaną na statywie, za pomocą łapy i
łącznika, biuretę przemyto i uzupełniono przygotowanym, rozcieńczonym roztworem
3
Na
2
S
2
O
3
. Po opadnięciu osadu, ostrożnie zdekantowano klarowny roztwór znad osadu,
przepłukano korek i szyjkę kolby wodą destylowaną. Do otrzymanego osadu dodano 2
cm
3
stężonego H
2
SO
4
, pod dygestorium, natychmiast zamknięto kolbę korkiem i
mieszano, aż do całkowitego roztworzenia osadu i równomiernego rozprowadzenia
jodu. Otrzymany roztwór miareczkowano mianowanym roztworem Na
2
S
2
O
3
do
jasnożółtej barwy, dodano wskaźnika skrobiowego i kontynuowano miareczkowanie do
zaniku granatowego zabarwienia roztworu. Powtórzono kilkakrotnie czynności
prowadzące do zmiareczkowania kolejnych próbek wody.
3. Wyniki.
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
1
= 19,0 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
= 21,8 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
3
= 17,6 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
1
= 283,38 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
2
= 309,89 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
3
= 254,95 𝑐𝑚
3
4. Opracowanie wyników.
a) Obliczenia.
Obliczono zawartości tlenu w wodzie w poszczególnych próbkach wody według wzoru:
𝐶
𝑂
2
=
𝑀
𝑂
2
∙ 𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
∙
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
𝑊
∙ 1000
4 ∙ (𝑉
𝑃
− 4)
gdzie:
𝑀
𝑂
2
– masa molowa tlenu [g/mol],
𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
– zużyta objętość mianowanego roztworu Na
2
S
2
O
3
[cm
3
],
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
– stężenie mianowanego roztworu Na
2
S
2
O
3
[mol/dm
3
],
𝑊 – współczynnik współmierności skalibrowanej kolby i pipety,
(𝑉
𝑃
− 4) – objętość badanej próbki, pomniejszona o sumę objętości dodanego
roztworu MnSO
4
i zasadowego roztworu KI [cm
3
].
𝑀
𝑂
2
= 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
= 0,1011 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚
3
𝑊 = 4,976
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
1
= 19,0 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
= 21,8 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
3
= 17,6 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
1
= 283,38 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
2
= 309,89 𝑐𝑚
3
(𝑉
𝑃
)
3
= 254,95 𝑐𝑚
3
4
(𝐶
𝑂
2
)
1
= 11,06 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
(𝐶
𝑂
2
)
2
= 11,59 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
(𝐶
𝑂
2
)
3
= 11,40 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
Obliczono średnią objętość zużytego titranta, średnią pojemność użytych kolb
stożkowych oraz średnią zawartość tlenu w wodzie na podstawie wzoru:
𝑥 =
1
𝑛
∑ 𝑥
𝑖
𝑛
𝑖=1
gdzie:
𝑛 – liczba wyników,
𝑥
𝑛
– n-ty wynik.
𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
= 19,5 𝑐𝑚
3
𝑉
𝑃
= 282,74 𝑐𝑚
3
𝐶
𝑂
2
= 11,35 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
b) Niepewności pomiarowe.
Niepewność rozszerzoną średniej zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie obliczono
według wzoru:
𝑈 (𝐶
𝑂
2
) = 𝑘 ∙ 𝑢
𝑐
(𝐶
𝑂
2
)
gdzie:
𝑘 – współczynnik rozszerzenia,
𝑢
𝑐
(𝐶
𝑂
2
) – złożona niepewność standardowa średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
].
Ponadto, do powyższego wzoru wstawiono następujące zależności:
1) 𝑢
𝑐
(𝐶
𝑂
2
) = √𝑢
2
(𝐶
𝑂
2
)
𝑠𝑦𝑠
+ 𝑢
2
(𝐶
𝑂
2
)
𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝
gdzie:
𝑢
𝑐
(𝐶
𝑂
2
) – złożona niepewność standardowa średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
],
𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑠𝑦𝑠
– niepewność systematyczna średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
],
𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝
– niepewność przypadkowa średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
],
2) 𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑠𝑦𝑠
= 𝐶
𝑂
2
∙ √(
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
+ (
𝑢
𝑐
(𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
+ (
𝑢
𝑐
(𝑊)
𝑊
)
2
+ (
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑃
′
)
𝑉
𝑃
′
)
2
5
gdzie:
𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑠𝑦𝑠
– niepewność systematyczna średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
],
𝐶
𝑂
2
– średnia zawartość tlenu [mg/dm
3
],
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) – złożona niepewność standardowa objętości zużytego titranta [cm
3
],
𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
– średnia objętość zużytego roztworu titranta [cm
3
],
𝑢
𝑐
(𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) – złożona niepewność standardowa stężenia Na
2
S
2
O
3
[mol/dm
3
],
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
– stężenie roztworu Na
2
S
2
O
3
[mol/dm
3
],
𝑢
𝑐
(𝑊) – złożona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i
pipety,
𝑊 – współczynnik współmierności kolby i pipety,
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑃
′
) – złożona niepewność standardowa objętości analizowanej próbki,
pomniejszonej o objętość dodanego roztworu MnSO
4
i zasadowego roztworu KI [cm
3
],
𝑉
𝑃
′
– objętość analizowanej próbki, pomniejszona o objętość dodanego roztworu
MnSO
4
i zasadowego roztworu KI [cm
3
].
3) 𝑢
𝑐
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) = √𝑢
1
2
(𝑉) + 𝑢
2
2
(𝑉) + 𝑢
3
2
(𝑉) + 𝑢
4
2
(𝑉)
gdzie:
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) – złożona niepewność standardowa objętości zużytego titranta [cm
3
],
𝑢
1
(𝑉) – standardowa niepewność kalibracji biurety [cm
3
],
𝑢
2
(𝑉) – standardowa niepewność objętości kropli [cm
3
],
𝑢
3
(𝑉) – standardowa niepewność odczytu na skali biurety [cm
3
],
𝑢
4
(𝑉) – standardowa niepewność poprawki temperaturowej szkła [cm
3
].
4) 𝑢
1
(𝑉) =
𝑢
𝑘𝑏
√3
gdzie:
𝑢
1
(𝑉) – standardowa niepewność kalibracji biurety [cm
3
],
𝑢
𝑘𝑏
– niepewność kalibracji biurety [cm
3
].
5) 𝑢
2
(𝑉) =
𝑉
𝑘𝑟
√3
gdzie:
𝑢
2
(𝑉) – standardowa niepewność objętości kropli [cm
3
],
𝑉
𝑘𝑟
– objętość kropli [cm
3
].
6) 𝑢
3
(𝑉) =
𝑢
𝑜𝑡
√3
gdzie:
𝑢
3
(𝑉) – standardowa niepewność odczytu na skali biurety [cm
3
],
𝑢
𝑜𝑡
– niepewność odczytu na skali biurety [cm
3
].
6
7) 𝑢
4
(𝑉) =
𝑝
𝑡𝑜𝑠
√3
gdzie:
𝑢
4
(𝑉) – standardowa niepewność poprawki temperaturowej szkła [cm
3
],
𝑝
𝑡𝑜𝑠
– poprawka temperaturowa objętości szkła [cm
3
].
8) 𝑢
𝑐
(𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) =
𝑈 (𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
𝑘
gdzie:
𝑢
𝑐
(𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) – złożona niepewność standardowa stężenia Na
2
S
2
O
3
[mol/dm
3
],
𝑈 (𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) – rozszerzona niepewność standardowa stężenia Na
2
S
2
O
3
[mol/dm
3
],
𝑘 – współczynnik rozszerzenia.
9) 𝑢
𝑐
(𝑊) =
𝑈(𝑊)
𝑘
gdzie:
𝑢
𝑐
(𝑊) – złożona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i
pipety,
𝑈(𝑊) – rozszerzona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i
pipety,
𝑘 – współczynnik rozszerzenia.
10) 𝑢
𝑐
(𝑉
𝑃
′
) = √𝑢
5
2
(𝑉) + 𝑢
6
2
(𝑉) + 𝑢
7
2
(𝑉)
gdzie:
𝑢
𝑐
(𝑉
𝑃
′
) – złożona niepewność standardowa objętości analizowanej próbki,
pomniejszonej o objętość dodanego roztworu MnSO
4
i zasadowego roztworu KI [cm
3
],
𝑢
5
(𝑉) – standardowa niepewność pojemności skalibrowanej kolby stożkowej [cm
3
],
𝑢
6
(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu MnSO
4
[cm
3
],
𝑢
7
(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu KI [cm
3
].
11) 𝑢
6
(𝑉) = 𝑢
7
(𝑉) =
𝑢
𝑘𝑝
√3
gdzie:
𝑢
6
(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu MnSO
4
[cm
3
],
𝑢
7
(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu KI [cm
3
],
𝑢
𝑘𝑝
– niepewność kalibracji pipety 2 cm
3
[cm
3
].
7
12) 𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝
= 𝑠 (𝐶
𝑂
2
) = √
1
𝑛(𝑛 − 1)
∑ ((𝐶
𝑂
2
)
𝑖
− 𝐶
𝑂
2
)
2
𝑛
𝑖=1
gdzie:
𝑢 (𝐶
𝑂
2
)
𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝
– niepewność przypadkowa średniej zawartości tlenu [mg/dm
3
],
𝑠 (𝐶
𝑂
2
) – odchylenie standardowe średniego stężenia tlenu [mol/dm
3
].
𝐶
𝑂
2
– średnia zawartość tlenu [mg/dm
3
].
Po przekształceniach otrzymano wzór:
𝑈 (𝐶
𝑂
2
) = 𝐶
𝑂
2
∙ √
𝑘
2
∙ (𝑢
𝑘𝑏
2
+ 𝑉
𝑘𝑟
2
+ 𝑢
𝑜𝑡
2
+ 𝑝
𝑡𝑜𝑠
2
)
3(𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
+ (
𝑈 (𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
)
2
+ (
𝑈(𝑊)
𝑊
)
2
+
𝑘
2
∙ (3𝑢
5
2
(𝑉) + 2𝑢
𝑘𝑝
2
)
3(𝑉
𝑃
′
)
2
+ (
𝑘 ∙ 𝑠 (𝐶
𝑂
2
)
𝐶
𝑂
2
)
2
𝑘 = 2
𝐶
𝑂
2
= 11,35 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
𝑉
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
= 19,5 𝑐𝑚
3
𝑈 (𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
) = 0,0007 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚
3
𝐶
𝑁𝑎
2
𝑆
2
𝑂
3
= 0,1011 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚
3
𝑈(𝑊) = 0,0098
𝑊 = 4,9759
𝑉
𝑃
′
= 278,74 𝑐𝑚
3
𝑠 (𝐶
𝑂
2
) = 0,16 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
𝑢
𝑘𝑏
= 0,1 𝑐𝑚
3
𝑉
𝑘𝑟
= 0,044 𝑐𝑚
3
𝑢
𝑜𝑡
= 0,05 𝑐𝑚
3
𝑝
𝑡𝑜𝑠
= 0,0025 𝑐𝑚
3
𝑢
5
(𝑉) = 0,2 𝑐𝑚
3
𝑢
𝑘𝑝
= 0,02 𝑐𝑚
3
𝑈 (𝐶
𝑂
2
) = 0,33 𝑚𝑔/𝑑𝑚
3
⇒ 2,93%
c) Wynik końcowy.
Średnia zawartość tlenu w wodzie: (11,35 ± 0,33) mg/dm
3
.
5. Podsumowanie.
Zawartości tlenu w próbkach mieszczą się w niepewności oznaczanej wartości. Względne
odchylenie standardowe otrzymanych wyników to 2,37%. Różnice między wynikami mogą
być spowodowane pobraniem ich w nieregularnych odstępach czasu, a także częściowym
uwolnieniem jodu z roztworu, po dodaniu do niego stężonego H
2
SO
4
. Największy wkład
do niepewności wyniku końcowego wnosi odchylenie standardowe średniego stężenia
tlenu w wodzie oraz niepewności związane z odczytem objętości zużytego titranta.