Nr sprawozdania 4 |
Data wykonania ćwiczenia | Termin oddania sprawozdania | Data oddania sprawozdania |
---|---|---|---|
Temat ćwiczenia Redoksometria. Sporządzenie i mianowanie 0,1M roztworu Na2S2O3 |
Imię i nazwisko studenta | ||
Uwagi: | Poprawa | Oceniający sprawozdanie | |
Ocena |
Wstęp teoretyczny:
Redoksometria jest działem analizy miareczkowej opartym na reakcjach utleniania
i redukcji. Metody oksydymetryczne to takie, w których titrantem jest odczynnik
o właściwościach utleniających (np.: manganometria, bromianometria, chromianometria)Metody reduktometryczne służą do oznaczania substancji o właściwościach utleniających, miareczkowania prowadzi się odczynnikiem redukującym. Do tej grupy metod zalicza się m.in. jodometrię.
Metody jodometryczne należą do najważniejszych metod analizy miareczkowej ze względu na szerokie zastosowania praktyczne oraz możliwość dokładnego ustalenia PK.
Oznaczenia jodometryczne można przeprowadzać za pomocą miareczkowania bezpośredniego i pośredniego. W miareczkowaniu bezpośrednim titrantem jest mianowany roztwór jodu, w miareczkowaniu pośrednim – mianowany roztwór tiosiarczanu sodu. Jodometrycznie można oznaczać zarówno substancje utleniające, jak
i redukujące, gdyż kierunek reakcji: I2 + 2 e- → 2 I− (E0 = 0,535 V)zależy od wartości potencjału utleniającego drugiego układu obecnego w roztworze oraz często od stężenia jonów wodorowych. Substancje o potencjale utleniającym niższym od potencjału układu I2/I− miareczkuje się bezpośrednio mianowanym roztworem jodu.
W ten sposób można oznaczać wiele reduktorów, np. siarczki, siarczany(IV), tiosiarczany, As(III), Sn(II). Substancje o potencjale utleniającym wyższym od potencjału układu I2/I− utleniają jony I− do wolnego jodu, I2, który odmiareczkowuje się mianowanym roztworem Na2S2O3:I2 +2 S2O32−→ 2 I− + S4O62−
Tą metodą oznacza się wiele utleniaczy, np. bromiany(V), jodany(V), dichromiany(VI), manganiany(VII), chlor, nadtlenek (di)wodoru, Fe(III), Ce(IV).
Wskaźnikiem stosowanym w jodometrii jest skrobia (w postaci kleiku skrobiowego), która tworząc z jodem związek addycyjny, barwi się na kolor granatowo fioletowy. Duża lotność jodu może być przyczyną dużych błędów. Z tego powodu miareczkowania jodometryczne przeprowadza się w obecności dużego nadmiaru jodku potasu, gdyż nadmiar jonów jodkowych przesuwa równowagę reakcji w kierunku tworzenia się nielotnego jonu trójjodkowego:
I2 + I− → I3−.
Tiosiarczanu sodu (Na2S2O3·5H2O) nie można traktować jako substancji wzorcowej, gdyż hydrat ten nie zachowuje stałej odpowiadającej wzorowi ilości wody krystalizacyjnej. Ponadto, po sporządzeniu roztworu jego stężenie zmienia się przez kilkanaście dni, wskutek reakcji tiosiarczanu z kwasem węglowym, zawartym w wodzie destylowanej:
S2O32− + H+ → HSO3− + S(↓)
oraz na skutek działania bakterii zawartych w roztworze. Wobec powyższego, aby sporządzić mianowany roztwór tiosiarczanu sodu, należy przygotować jego roztwór
o przybliżonym stężeniu, odczekać minimum dwa tygodnie, a następnie przeprowadzić jego mianowanie. Przed mianowaniem należy sprawdzić czy w roztworze nie wytrącił się osad. Jeżeli w roztworze pojawi się osad przed mianowaniem należy roztwór przesączyć. Stężenie roztworu Na2S2O3 określa się dokładnie na podstawie reakcji z takimi substancjami wzorcowymi jak jod, jodan(V) potasu, KIO3, bromian(V) potasu, KBrO3, dichromian(VI) potasu, K2Cr2O7, heksacyjanożelazian(III) potasu, K3[Fe(CN)6], manganian(VII) potasu, KMnO4.
Cel ćwiczenia
Sporządzenie roztworu Na2S2O3 o stężeniu ok. 0,1 mol/L i zmianowanie go na roztwór wzorcowy KBrO3 o stężeniu 0,01666 mol/L.
Część doświadczalna
Wykaz sprzętu
- kolba miarowa o poj. 0,5 L,
- biureta (50 mL),
- duże naczynko wagowe lub zlewka o poj. ok. 100 mL,
- butelka o poj. 0,5 lub 1 L, z ciemnego szkła,
- pipeta o wyznaczonej pojemności na 25 mL,
- kolba stożkowa ze szlifem o pojemności ok.200-250 mL(3 szt),
- zlewka o pojemności 50 mL,
- naczynka wagowe,
- cylinder miarowy,
- lejek,
- tryskawka,
- wkraplacze
wykaz odczynników chemicznych
- roztwór tiosiarczanu sodowego
- mianowany roztwór KBrO3 o stężeniu 0,01666 mol/L,
- stały KBr,
- stały KI,
- roztwór HCl o stężeniu 2 mol/L,
- kleik skrobiowy,
- woda destylowana
Opis wykonania ćwiczenia
Sposób przygotowania roztworu Na2S2O3 o stężeniu ok. 0,1 mol/L:
Na wadze technicznej odważono ok kolo 12,5 g pięciowodnego tiosiarczanu sodu. Odważkę przeniesiono do kolby na 0,5 L i rozpuszczono w niewielkiej ilości wody destylowanej i dopełniono kolbę do kreski. Przygotowany roztwór przelano do butelki
z ciemnego szkła i pozostawiono na dwa tygodnie.Sposób mianowania roztworu Na2S2O3 :
Pipetą miarową pobrano 25ml mianowanego roztworu KBrO3, przeniesiono do kolby stożkowej, zamykanej doszlifowanym korkiem, o pojemności 250 mL, rozcieńczono wodą destylowaną do ok. 50 ml. Następnie przez lejek z szeroką nóżką dodano kolejno, odważone na wadze technicznej, odczynniki: 0,5 g bromku potasu, 2 g jodku potasu oraz odmierzonego cylindrem 15 ml roztworu HCl o stężeniu 2 mol/L i na koniec popłukano starannie lejek. Kolbę zamknięto korkiem, zawartość wymieszano ruchem poziomym
i odczekano 5 min. Po tym czasie zmiareczkowano wydzielony jod roztworem tiosiarczanu sodu w obecności kleiku skrobiowego jako wskaźnika.
Zestawienie wyników
Nr próbki | Objętość Na2S2O3 zużyta do miareczkowania próbki [ml] |
---|---|
1 | 25,1 |
2 | 25,0 |
3 | 25,0 |
|
Wzory i obliczenia
W trakcie miareczkowania zachodzi reakcja jonów bromianowych z jonami jodkowymi
w środowisku silnie kwaśnym z wydzieleniem jodu I2:BrO3− + 6I− + 6H+ → 3I2 + Br− +3H2O
Wydzielony jod odmiareczkowuje się roztworem Na2S2O3.
I2 +2 S2O32−→ 2 I− + S4O62−
Stężenie roztworu Na2S2O3 obliczono ze wzoru:
gdzie:
cNa2S2O3 - stężenie roztworu tiosiarczanu sodu [mol/L],
cKBrO3 - stężenie roztworu bromianu [mol/L],
vNa2S2O3 - objętość roztworu tiosiarczanu sodu [ml],
vKBrO3 - objętość roztworu bromianu [ml]
Dla próbki nr 1: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{1}}\mathrm{= \ }\frac{\mathrm{24,99 \bullet \ 6\ \bullet \ 0,01666\ }}{25,1}\mathrm{= 0,0995\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\mathrm{\ }$
Dla próbki nr 2: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{= \ }\frac{\mathrm{24,99 \bullet \ 6\ \bullet \ 0,01666\ }}{25,0}\mathrm{= 0,0999\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\mathrm{\ }$
Dla próbki nr 3: $\mathrm{\text{\ C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{= \ }\frac{\mathrm{24,99 \bullet \ 6\ \bullet \ 0,01666\ }}{25,0}\mathrm{= 0,0999\ }\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\mathrm{\ }$
Średnie stężenie tiosiarczanu wynosi:
$$C_{Na_{2}S_{2}O_{3}} = \frac{24,99 \bullet 6\ \bullet 0,01666}{25,03} = 0,0998\ \frac{\text{mol}}{l}$$
W celu obliczenia złożonej niepewności standardowej uc(CNa2S2O3) obliczono oddzielnie niepewność systematyczną, u(ci)syst oraz niepewność przypadkową, u(cśr)przyp
$$u_{c}\left( C_{Na_{2}S_{2}O_{3}} \right) = \sqrt{u^{2}(C_{i})_{\text{syst}} + u^{2}(C_{i})_{\text{przyp}}}$$
Na standardową niepewność systematyczną składają się niepewności:
- usyst(vNa2S2O3) średniej objętości titranta,
- u(Vp) pojemności pipety 25ml
-u(CKBrO3) stężenia mianowanego roztworu KBrO3
Na podstawie prawa przenoszenia niepewności :
$$u\left( C_{i} \right)_{\text{syst}} = C_{Na_{2}S_{2}O_{3}} \bullet \sqrt{\left( \frac{u\left( V_{p} \right)}{V_{p}} \right)^{2} + \left( \frac{u\left( V_{Na_{2}S_{2}O_{3}} \right)}{V_{Na_{2}S_{2}O_{3}}} \right)^{2} + \left( \frac{u\left( C_{KBrO3} \right)}{C_{KBrO3}} \right)^{2}\ }$$
Na pomiar objętości titranta mają wpływ:
- niepewność kalibracji biurety (dla biurety o poj. 50 mL: 0,1 mL)
- niepewność kropli (wyznaczona objętość kropli, średnio 0,05 mL)
- niepewność odczytu (0,05 mL)
- poprawka temperaturowa objętości szkła (do 0,0025 mL dla ± 2°C)
Po przeliczeniu na niepewności standardowe:
u1(V) = 0,1 ml /$\sqrt{3}$ = 0,058 mL (rozkład prostokątny)
u2(V) = 0,05 ml /$\sqrt{3}$ = 0,035 mL(rozkład prostokątny)
u3(V) = 0,05 ml /$\sqrt{3}$= 0,029 mL(rozkład prostokątny)
u4(V) = 0,0025 ml /$\sqrt{3}$= 0,001 mL (rozkład prostokątny)
$\sqrt{{0,058}^{2} + {0,029}^{2} + {0,029}^{2}\ } = 0,071\ \text{ml}$
Obliczenia wykonano dla
VNa2S2O3= 25,03 ml,
Vp=24,99ml
u(Vp) = 0, 020ml
CKBrO3= 0,01666 mol/dm3
u(CKBrO3) = 0,0000126
$u\left( C_{i} \right)_{\text{syst}} = 0,0998 \bullet \sqrt{\left( \frac{0,02}{24,99} \right)^{2} + \left( \frac{0,071}{25,03} \right)^{2} + \left( \frac{0,000126}{0,01666} \right)^{2}\ } = 0,0008\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}\ $
Standardową niepewność przypadkową dla CNa2S2O3 obliczono jako odchylenie standardowe średniej z serii wyników: u(CNa2S2O3)przyp= s(CNa2S2O3)
$$s\left( C_{Na_{2}S_{2}O_{3}} \right) = \sqrt{\begin{matrix}
\frac{1}{3 - 1} \bullet \lbrack(0,0995 - 0,0998)^{2} + (0,0999 - 0,0998)^{2} + (0,0999 - 0,0998)^{2}\rbrack \\
\\
\end{matrix}} = 0,00023$$
$s\left( C_{Na_{2}S_{2}O_{3}},sr \right) = \frac{0,00023}{\sqrt{3}} = 0,00013$
Ostatecznie:
$u_{c}\left( C_{Na_{2}S_{2}O_{3}} \right) = \sqrt{{0,0008}^{2} + {0,00013}^{2}} = 0,0008\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$
Niepewność rozszerzona dla CNa2S2O3: U(CNa2S2O3) = k · uc(CNa2S2O3) dla P = 95% k = 2
U(CNa2S2O3) = 2 · 0, 0008= 0,0016$\frac{\mathrm{\text{mol}}}{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}$
Miano tiosiarczanu sodu wynosi:
$$\mathbf{C}_{\mathbf{N}\mathbf{a}_{\mathbf{2}}\mathbf{S}_{\mathbf{2}}\mathbf{O}_{\mathbf{3}}}\mathbf{= (}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{0998}\mathbf{\pm}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{0016}\mathbf{)}\frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{l}}$$
Podsumowanie
Celem ćwiczenia było sporządzenie i zmianowanie roztworu tiosiarczanu sodu o przybliżonym stężeniu ok. 0,1 mol/L.
Ćwiczenie to wymagało sporządzenia roztworu tiosiarczanu sodu o przybliżonym stężeniu około dwóch tygodni przed zmianowaniem.
Mianowanie wykonano na porcje roztworu wzorcowego KBrO3 o stężeniu 0,01666 mol/L wobec skrobi jako wskaźnika.
Obliczone, na podstawie wyników miareczkowania, miano tiosiarczanu sodu wynosi
$$\mathbf{C}_{\mathbf{N}\mathbf{a}_{\mathbf{2}}\mathbf{S}_{\mathbf{2}}\mathbf{O}_{\mathbf{3}}}\mathbf{= (}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{0998}\mathbf{\pm}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{0016}\mathbf{)}\frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{l}}$$