Определение произведения растворимости фторида кальция (120

кювета, мерный цилиндр или пипетка Мора объемом 100 мл, шприц

объемом 5 мл.

Реактивы. Раствор NaF 0,02 М, раствор CaCl2 1 М. Подготовка к работе. Собирают установку (см. рисунок).

Установка для потенциометрического титрования с контролем оптической плотности:

1 — датчик объема жидкого реагента; 2 — шприц; 3, 5 — измерительные электроды; 4 — электрод сравнения; 6 — штатив; 7 — датчик оптической плотности; 8 — кювета; 9 — магнитная мешалка

К разъему «ИЭ1» приставки-переходника подключают кальцийселективный электрод, к разъему «ИЭ2» — фторселективный электрод. К разъему «ЭСр» подключают электрод сравнения. К первому разъему измерительного блока подсоединяют приставку-пере- ходник. Ко второму разъему измерительного блока подсоединяют разветвитель. К синему разъему разветвителя подключают датчик оптической плотности, к желтому — датчик объема жидкого реагента. Запускают сценарий «РМС Ионометрия: Определение произведения растворимости CaF2: Автоматическое определение объема титранта». Сценарий работает в режиме записи отдельных точек.

Далее выходят в окно запуска эксперимента. При необходимости градуируют ионоселективные электроды. Настраивают датчик объема жидкого реагента. Заполняют шприц раствором CaCl2 и снаряжают им датчик объема жидкого реагента.

11

Ход работы. Наливают 100 мл раствора NaF в кювету мерной пипеткой или цилиндром. Ставят кювету на магнитную мешалку, погружают в нее электроды, надевают на кювету датчик оптической плотности таким образом, чтобы торец кюветы уперся в его заднюю стенку. Запускают сценарий, нажимают в нем кнопку «Настройка оборудования». Программа предлагает измерить уровень фоновой засветки приемника излучения.

С этой целью перекрывают источник света введением через щель в задней стенке листа матовой черной бумаги. Через 2–3 с нажимают экранную кнопку «Далее». В окне появляется значение напряжения на приемнике. Оно не должно превышать −8 В, после этого требуется снова нажать кнопку «Далее». Если напряжение превышает −8 В, необходимо проверить, нет ли посторонней засветки чувствительного элемента.

Далее в программе предлагается ввести значение напряжения на чувствительном элементе при полном пропускании света. Удалив черную бумагу из щели, через 2–3 с нажимают кнопку «Далее». Появляется значение напряжения на приемнике при полном пропускании. Если оно лежит в диапазоне 3... 7 В, нажать кнопку «Далее», после чего градуировка закончена, можно переходить к измерениям. После градуировки пересчет напряжения на чувствительном элементе в оптическую плотность программа проводит автоматически.

Нажатием экранной кнопки «Пуск» запускают процесс измерений. Нажатием экранной кнопки «Выбор» вводят в компьютер значения показателей активности ионов и оптической плотности до добавления хлорида кальция. Вращением рукоятки датчика объема жидкого реагента добавляют в кювету CaCl2 порциями приблизительно по 0,1 мл, каждый раз вводя в компьютер значение измеряемого параметра (нажатие кнопки «Выбор»).

В начале выпадения осадка (которое заметно по повышению оптической плотности) в течение некоторого времени после добавления реагента ожидают, пока оптическая плотность не перестанет изменяться. Затем нажимают экранную кнопку «Выбор». После добавления следующих порций кнопку «Выбор» также нажимают по прошествии некоторого времени. Таким образом продолжают измерения, пока не будет израсходовано 3 мл раствора

12

CaCl2. Останавливают проведение измерений нажатием экранной кнопки «Стоп» и сохраняют результаты нажатием экранной кнопки

«Архив».

Обработка результатов. Открывают полученный файл, содержащий четыре столбца (первый — объем раствора CaCl2, второй — pa(Ca2+), третий — pa(F−), четвертый — оптическая плотность). Для точек, в которых оптическая плотность заметно отличается от нуля, т. е. где выпадал осадок, рассчитывают ПР(CaF2) по формуле (13)

и усредняют полученные значения.

Требования к отчету. В отчете приводят график зависимости pa(Ca2+) и pa(F−) от объема добавленного раствора CaCl2 (или от мольного соотношения n(Ca2+) : n(F−)). На отдельном графике строят зависимость оптической плотности D = lg(I0/I) от того же параметра. Приводят зависимость величины pПР, рассчитанной в каждой точке, от объема раствора CaCl2 или соотношения n(Ca2+) : n(F−). В выводе приводят значение pПР с доверительным интервалом.

Задачи для самостоятельного решения

1. По термодинамическим данным определите произведения растворимости следующих соединений: сульфата бария, хромата бария, карбоната кальция, фторида кальция, сульфидов цинка, кадмия и ртути.

2. Оцените ПР сульфидов MeS, которые будут осаждаться из 0,1 М раствора соли металла 0,1 М растворами: а) сероводорода; б) сульфида калия; в) сульфида аммония. Ступенчатые константы диссоциации водного раствора сероводорода Ka1 = 10−7; Ka2 = = 10−13, константа диссоциации водного раствора аммиака Kb =

=1,8 · 10−5.

3.Оцените ПР сульфидов MeS, которые будут растворяться

в1 М водном растворе муравьиной кислоты, считая, что растворение начинается при достижении концентрации катиона металла

врастворе 10−3 моль/л. Константа диссоциации муравьиной кис-

лоты Ka = 1,8 · 10−4, ступенчатые константы диссоциации сероводорода в водном растворе составляют Ka1 = 10−7, Ka2 = 10−13.

13

4.Выпадет ли осадок сульфата бария, если смешать 200 мл

0,1 н. раствора хлорида бария с 400 мл 0,5 н. раствора сульфата натрия? ПР(BaSO4) = 1,1 · 10−10. Считайте объем раствора после смешения равным сумме объемов двух смешиваемых растворов.

5.При какой концентрации сульфид-ионов начнется выпадение осадка сульфида кадмия из 0,2 М раствора тетрацианокадма-

та калия, содержащего 0,05 моль цианида калия в 1 л раствора?

Константа нестойкости комплекса Kн [Cd(CN)4]2− = 7,8 · 10−18; ПР(CdS) = 7,9 · 10−27.

6.Произойдет ли осаждение сульфида ртути при добавлении

к1 л 0,02 М раствора тетрайодомеркурата калия, содержащего 0,1 моль йодида калия, такого количества вещества сульфид-ионов,

которое содержится в 1 л насыщенного раствора сульфида кадмия? Kн([HgI4]2−) = 1,5 · 10−31; ПР(CdS) = 7,9 · 10−27; ПР(HgS) = = 1,6 · 10−52.

Литература

Жилин Д. М. Общая химия. Практикум L-микро. М.: Изд-во МГИУ, 2006.

Химия / А. А. Гуров, Ф. З. Бадаев, Л. П. Овчаренко, В. Н. Шапо-

вал. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007.

Цитович И. К. Курс аналитической химии. М.: Высш. шк., 1994. Ярославцев А. Б. Основы физической химии. М.: Научный мир,

2000.

14