2.2.10. Определение концентрации анилина методом потенциометри-ческого титрования (работа № 15)

Цель работы: исследование метода окисления-восстановления в потенциометрическом титровании; определение количества анилина в задаче.

Сущность метода. Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по зависимости потенциала индикаторного электрода или производной от него функции от объема прибавленного титранта.

Анилин можно титровать стандартным раствором бромата калия в присутствии бромида калия и соляной кислоты. Определение основано на реакции бромирования анилина. При этом сначала происходит образова-ние молекулярного брома:

KBrO₃ + 5 KBr + 6 HCl = 3 Br₂ + 6 KCl + 3 H₂O

Затем выделившийся бром реагирует с анилином:

C₆H₅NH₂ + 3 Br₂ = C₆H₂Br₃NH₂ + 3 HBr

Точку эквивалентности удобно находить по изменению потен­циала платинового электрода, погруженного в испытуемый раствор. В растворе возникает окислительно-восстановительная пара Br₂/2Br^–. До точки экви-валентности раствор практически не содержит молекул брома, так как Br₂ расходуется на реакцию с анилином. В результате потенциал электрода остается постоянным. После точки эквивалентности в растворе появляется заметное количество свободного брома (раствор желтеет) и потенциал электрода возрастает. Скачок потенциала приблизительно равен 0,3 В.

Оборудование: 1) рН-метр или иономер; 2) электроды: платиновый (индикаторный) и хлоридсеребряный (сравнения); 3) магнитная мешалка со штативом; 4) 2 бюретки на 50 см³ для растворов бромата калия и ани-лина (с воронками); 5) два стакана на 100 см³ (ячейки); 6) стакан для слива; 7) кристаллизатор для промывания электродов; 8) пять бюксов и стеклян-ная ложечка для взвешивания сухого бромида калия; 9) фильтровальная бумага; 10) мерные цилиндры на 100 см³ (для Н₂О) и на 10 см³ (для раство-ра НСl); 11) промывалка.

Реактивы: 1) 0,2 н. раствор КВrO₃ (33,4000 г/дм³); 2) раствор анили-на (10,0 мг/см³ или 9,8 см³/дм³); 3) бромид калия (тв.); 4) концентрирован-ная хлороводородная кислота (в вытяжном шкафу).

Ход работы. За 20 мин до начала измерений включить рН-метр (или иономер) в сеть. По точной навеске приготовить 0,2 н. раствор КВrO₃.

Определение концентрации исследуемого раствора анилина. Отмеряют пипеткой 10,00 см³ исследуемого раствора анилина, переносят в ячейку (стакан емкостью 100 см³), прибавляют 2 г бромида калия, 3 см³ концентрированной хлороводородной кислоты, доливают водой, чтобы общий объем системы составил 60 см³. Погружают в ячейку платиновый и хлоридсеребряный электроды. Включают магнитную мешалку.

Титруют раствор анилина стандартным раствором бромата калия. Поскольку реакция протекает медленно, то ЭДС электродной системы измеряют через 4 мин после внесения каждой порции раствора КВrO₃. В начальный период и после точки эквивалентности титруют порциями бромата калия по 1,00 см³, вблизи точки эквивалентности – по 0,5 см³ титранта. Определение повторяют 3 раза. Результаты заносят в табл. 2.4. По данным табл. 2.4 построить график зависимости Е – V(KBrO₃) (рис. 2.8).

Таблица 2.4

Зависимость потенциала электродной системы от прилитого объема стандартного раствора бромата калия (V(C₆H₅NH₂) = 10,00 см³; С_н(KBrO₃) = 0,2000 моль/дм³)

Рис. 2.8. Кривая потенциометрического титрования

анилина раствором бромата калия

Графическим методом (приложение 3) определить точку эквивалент-ности и эквивалентный объем титранта V_экв(KBrO₃). Титрование повто-ряют для получения трех близких результатов. Для каждого титрования строят свой график. Из трех определений находят средний объем и рассчитывают концентрацию анилина С_н(C₆H₅NH₂) с точ-ностью до трех значащих цифр:

Контрольная задача. Пробу количественно переносят в ячейку. Добавляют бромид калия, соляную кислоту, воду и титруют раствором бромата калия. Результаты обрабатывают так же, как в учебной задаче, но рассчитывают не концентрацию, а объем раствора анилина по его извест-ной концентрации. Находят массу анилина в пробе:

,

где m(C₆H₅NH₂) – масса анилина, г; С_н(С₆H₅NH₂) – молярная концентра-ция эквивалента анилина, моль/дм³; V(С₆H₅NH₂) – объем пробы анилина, см³; M_экв(C₆H₅NH₂) – молярная масса эквивалента анилина, равная 15,5 г/моль (фактор эквивалентности 1/6).

После работы выньте из стакана магнитный элемент мешалки, вымойте ячейку и электроды, оттитрованный раствор слейте в специаль-ную емкость, налейте в ячейку дистиллированную воду и опустите в нее электроды.

Задание

1. Построить кривые титрования, найти точки эквивалентности, опре-делить для каждого титрования эквивалентные объемы (см. приложение 3).

2. Рассчитать концентрацию раствора анилина.

3. Рассчитать массу анилина в контрольной задаче.

4. Рассчитать объем стандартного раствора анилина в контрольной задаче.

5. При наличии измерений в серии параллельных опытов проводят статистическую обработку результатов анализа: рассчитывают среднее арифметическое значение, среднеквадратичную ошибку, доверительный интервал, относительную ошибку определения (см. приложение 2).

Контрольные вопросы

1. Объясните сущность метода потенциометрического титрования.

2. Какие реакции лежат в основе данного метода?

3. Как готовят стандартный раствор?

4. Как рассчитать эквивалентную массу бромата калия в данном ме-тоде? Чему равен эквивалент анилина в данной реакции?

5. Как теоретически построить кривую титрования?

6. Какие условия предусмотрены для ускорения первой реакции и для смещения равновесия вправо? Зачем нужен четырехминутный интер-вал между добавлением порций раствора бромата калия?

7. Почему КВr берется в избытке? Зачем добавляют НСl?

8. Какие электроды применяют в потенциометрии в качестве индика-торных и электродов сравнения?

9. Какое вещество играет роль заместителя в данном методе титрова-ния?

10. Обсудите достоинства и недостатки метода.

Литература

Камман, К. Работа с ионоселективными электродами / К. Камман. М.: Мир, 1980. 284 с.