Quantitative Anorganische Analyse
Werbung
Quantitative Anorganische Analyse 2. Fachsemester Internes Praktikumsskript SS 2015 Version 5_10 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeiner Teil ..............................................................................................................3 2 Spezieller Teil..................................................................................................................6 3 Beschreibung der Versuche ..........................................................................................10 3.1 Klassische Analysen ..............................................................................................11 3.1.1 Titrimetrische Bestimmung von HCl unter Verwendung eines Indikator ...........11 3.1.2 Komplexometrische Rücktitration von Aluminium ............................................13 3.1.3 Komplexometrische Simultanbetsimmung von Calcium und Magnesium ........15 3.1.4 Acidimetrische Bestimmung von Carbonat ......................................................17 3.1.5 Oxidimetrische Bestimmung von Eisen nach Reinhardt/Zimmermann .............18 3.1.6 Fällungstitration von Chlorid nach Mohr ..........................................................20 3.1.7 Gravimetrische Bestimmung von Nickel als Bis-(dimethylglyoximato)-nickel ...22 3.2 Instrumentelle Analysen .........................................................................................24 3.2.1 Elektrogravimetrische und komplexometrische Bestimmung von Kupfer .........24 3.2.2 Potentiometrische Titration von Schwefelsäure ...............................................29 3.2.3 Photometrische Bestimmung von Kupfer.........................................................31 3.2.4 Konduktometrische Simultanbestimmung von Salzsäure und Essigsäure .......34 4 Literaturhinweise ...........................................................................................................36 5 Musterprotokoll ..............................................................................................................37 2 1 Allgemeiner Teil Sicheres Arbeiten in chemischen Laboren Vor Praktikumsbeginn erhalten Sie eine Belehrung, dort werden Sie mit der Labor - und Praktikumsordnung vertraut gemacht. Beide Dokumente finden Sie auch auf der Homepage des Fachgebietes Chemie unter: http://www.tu-ilmenau.de/chemie/lehre/chemisches-praktikum/ Praktikumsplätze und Grundausstattung Die Arbeitsplätze mit Arbeitsmitteln werden den Praktikanten am ersten Tag des Praktikums von den Assistenten übergeben. Überprüfen Sie Ihre Grundausstattung auf Vollständigkeit und evtl. Beschädigungen und machen Sie sich mit Namen, Verwendungsbereich und Handhabung der Geräte vertraut. Zur Grundausstattung gehören folgende Geräte: Bezeichnung Erlenmeyerkolben Bechergläser 250 ml Bechergläser 100 ml Bechergläser 50 ml Messzylinder 25 ml Messzylinder 10 ml Pipetten 5 ml Pipetten 10 ml Pipetten 20 ml Pipetten 25 ml Pipetten 50 ml Pipettenständer Pipettierhilfe Bürette 25 ml Bürettenhalter Stativ Thermometer Siedeperlen Glasstäbe Löffel Spatel Maßkolben mit Stopfen 50 ml Spritzflasche Uhrgläser Dreifuß Drahtnetz Brenner Beschwerungsring Anzahl 3 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 20 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 3 Während des Praktikums erhalten Sie u.a. weitere Geräte, die Sie für die Durchführung spezieller Versuche benötigen. Diese sind in der Beschreibung zu den einzelnen Versuchen unter dem Punkt „Materialien“ aufgeführt. Überzeugen Sie sich von der Funktionsfähigkeit und Sauberkeit der Geräte. Sie bestätigen dies durch Ihre Unterschrift. Geben Sie die Geräte nach Gebrauch vollständig, sauber und intakt zurück. Für Schäden am Mobiliar und den Geräten haftet der Praktikant. Am Ende des Praktikums muss der Praktikumsplatz, sowie alle entliehenen Geräte vollständig abgeben werden. Der Platz und das Inventar müssen in sauberem und einwandfreiem Zustand vollständig übergeben werden. Arbeitszeiten im Praktikum In den Praktikumsräumen darf nur während der Praktikumszeiten gearbeitet werden. Die Zeit soll effektiv genutzt werden. Das Betreten der Praktikumsräume außerhalb der Praktikumszeiten ist den Studierenden nicht gestattet. Bei Arbeitsschluss hat jeder gewissenhaft zu prüfen, dass in seinem Arbeitsbereich alle Gas- und Wasserhähne geschlossen sind. Der Praktikumsplatz und die geschlossenen Abzüge sind in sauberem und aufgeräumtem Zustand zu hinterlassen. Chemikalien Vor der Verwendung der Chemikalien ist es unumgängliche sich über Umgang, Gefahren und Entsorgung der Substanzen anhand der im Praktikum ausliegenden Sicherheitsdatenblätter zu informieren. Alle Chemikalien sind am Arbeitsplatz aufzubewahren, sie dürfen nicht aus dem Praktikumslabor gebracht werden. Chemikalien dürfen nicht in Praktikumsplätze eingeschlossen werden. Nicht wieder verwendbare Chemikalienreste sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Entsorgung Glasbruch wird in den dafür gekennzeichneten Abfallbehältern im Praktikumslabor gesammelt, der Glasabfall muss frei von Chemikalienresten sein, da er dem Hausmüll zugeordnet wird. Falls nötig ist er abzuspülen. Organische Lösemittel werden in den entsprechend beschrifteten Kanistern gesammelt („Lösemittelgemische, organisch“). 4 Schwermetallhaltige Lösungen werden ebenfalls in den entsprechend beschrifteten Kanistern gesammelt (Schwermetallabfälle“). Kontaminierte Betriebsmittel, Filter- und Aufsaugmassen werden in dem Abfallbehälter (Filterabfälle) gesammelt. Hausmüll wird in den dafür bereitstehenden Abfallbehältern im Praktikumslabor gesammelt. In die Hausmülltonnen dürfen keine Chemikalien, kein Glasbruch, keine Spritzen und keine spitzen Gegenstände gegeben werden. Sämtliche Entsorgungsbehälter dürfen maximal zu 2/3 befüllt werden. Verstöße Kommt es durch Verstöße gegen die Praktikumsordnung, zu einer Beeinträchtigung des Praktikumsbetriebs oder einer ernsthaften Gefährdung, kann die Praktikumsleitung den vorübergehenden Entzug des Praktikumsplatzes anordnen. Betrugsversuche wie z.B. das Vorhandensein eines fremden Protokolls am Arbeitsplatz, das Verändern der Messwerte oder ähnliches führen zur Bewertung mit der Note „5“ und Nichtanerkennung der Versuchsdurchführung sowie zum Ausschluss vom Praktikum. 5 2 Spezieller Teil Das Anorganisch-chemische Praktikum AC2 soll in Theorie und Praxis, anhand der Grundlagen der quantitativen Analyse, weitere Grundkenntnisse der anorganischen Chemie vermitteln. Eingangsvoraussetzungen bestandenes Modul „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung und Laboreinweisung Inhalt des Praktikums Theoretischer Teil Im Laufe des Semesters sind zwei Kolloquien zu absolvieren, die beide bestanden werden müssen. Themenschwerpunkte: o Chemisches Gleichgewicht o Komplexbildung Praktischer Teil Im Rahmen des Praktikums sind 11 analytisch-chemische Aufgaben durchzuführen: Klassische Analysen Salzsäure unter Verwendung eines Indikators Aluminium, komplexometrisch, Rücktitration mit Zink Calcium und Magnesium, komplexometrisch Carbonat, acidimetrisch Eisen, nach Reinhardt-Zimmermann Silber, Fällungstitration nach Mohr Nickel als Bis-(dimethylglyoximato)-nickel durch gravimetrische Bestimmung Instrumentelle Analysen: Elektrogravimetrie und komplexometrische Titration Potentiometrische Titration von Schwefelsäure Photometrische Bestimmung von Kupfer Salzsäure und Essigsäure, acidimetrische und konduktometrische Endpunktserkennung 6 Es wird dringend angeraten, dass Sie sich vor Beginn des Praktikums anhand des Praktikumsskripts und einschlägiger Lehrbücher mit Praxis und Theorie der durchzuführenden Aufgaben vertraut machen. Sollte sich herausstellen, dass der Versuch ungenügend vorbereitet wurde, können die Assistenten eine Unterbrechung oder Wiederholung des Versuches anordnen. Die daraus resultierende zeitliche Verzögerung kann das erfolgreiche Absolvieren aller praktischen Aufgaben gefährden. Zuerst erfolgt die Abarbeitung der ersten klassischen Analyse (Titrimetrische Bestimmung von HCl unter Verwendung eines Indikators), diese wird am Platz durchgeführt. Die instrumentellen Analysen werden an festen Terminen durchgeführt. Die Terminlisten stehen auf unserer Homepage und hängen im Praktikumslabor aus. Sind Sie mit der instrumentellen Analyse für die entsprechende Woche fertig, müssen die verbleibenden klassischen Analysen bearbeitet werden. Die Bearbeitung der instrumentellen Analysen kann erst nach der Einweisung durch den Assistenten erfolgen. Die Einweisung erfolgt vor Versuchsbeginn. Bei ungenügender Vorkenntnis darf der entsprechende Versuch nicht durchgeführt werden. Alle Analysen sind grundsätzlich mit der jeweils angegebenen Methode durchzuführen. Bei eigenmächtiger Wahl anderer Verfahren wird die Analyse als „falsch“ gewertet. Für die Einstellung der Maßlösungen sind die Praktikanten selbst zuständig. Protokoll Zu jedem Versuch muss ein Protokoll im Format DIN A4 angefertigt werden, dieses wird zusammengeheftet und nicht als lose Blattsammlung abgegeben. Das Protokoll muss einen theoretischen Teil enthalten, in dem das Prinzip der Bestimmungsmethode kurz erläutert wird. Der Aufbau eines Protokolls ist dem Musterprotokoll (siehe Abschnitt 5) zu entnehmen. Die Protokolle werden von den Assistenten gelesen und bewertet. Größere Beanstandungen müssen korrigiert werden. Die Abgabe der Protokolle erfolgt mit der Ansage des Analysenergebnisses. Abschluss des Praktikums Die Endnote ermittelt sich aus dem Ergebnis der Analysen einschl. der Protokolle und der Kolloquiumsnoten. Eine Abmeldung vom Praktikum ist wegen des besonderen Charakters der im Praktikum erbrachten Leistungen nicht möglich. Für diese Veranstaltungsform ist auch keine Wiederholung der Leistung in dem jeweiligen Semester möglich. Ein nicht erfolgreich abgeschlossenes Modul dieser Modulform kann nur durch erneute Teilnahme am Modul wiederholt werden. Es erfolgt eine Anrechnung einzelner erfolgreich abgeschlossener Versuche. 7 Benotung des Praktikums Die Note des praktischen Teils wird aus den Leistungen im Praktikum mittels eines Punktesystems ermittelt. Die Ergebnisse der Analysen sind von den Studenten auf zwei Nachkommastellen anzugeben. Die Ergebnisse werden folgendermaßen bewertet: Abweichung Bewertung 1,00 % 1,00 % und 2,00 % 2,00 % richtig erledigt falsch Ergebnisse, die bewertet wurden, können nicht mehr verändert werden. Bei einem falschen Ergebnis (1. Ansage) wird die gleiche Analyse mit einem anderen Gehalt erneut ausgegeben (2. Ansage). Für jede Analyse stehen somit zwei Versuche zur Verfügung. Ist eine Analyse nach der 2. Ansage falsch, so wird diese als „nicht erbracht“ gewertet. Ergebnisse, die erst nach Berichtigung eines vom Assistenten gefundenen Rechenfehlers richtig oder erledigt sind, müssen korrigiert werden und werden mit bis zu zwei Punkten Abzug bewertet. Die Abgabe des Protokolls für den jeweiligen Versuch ist die Voraussetzung dafür, dass die Punkte für die erzielten Analysenergebnisse gutgeschrieben werden. Die Protokolle müssen ordentlich und fehlerfrei sein. Bei liederlichen oder mangelhaften Protokollen werden für den entsprechenden Versuch keine Punkte erteilt. Das Protokoll kann mit max. 2 Punkten bewertet werden. 1. Ansage 2. Ansage richtig erledigt falsch richtig falsch erledigt nicht erbracht Punkte 6 5 4 3 0 Insgesamt können maximal 88 Punkte im praktischen Teil erreicht werden. Zum Bestehen des praktischen Teils müssen mindestens 53 Punkte erreicht und mindestens 8 Analysen erbracht werden. Die Umrechnung der Punkte in Noten ist der nachstehenden Tabelle zu entnehmen. 8 Punkte Note <53 n.b. 53 4,0 57 3,7 60 3,3 64 3,0 68 2,7 71 2,3 73 2,0 77 1,7 81 1,3 85 1,0 Zum Bestehen des Praktikums müssen beide Kolloquien bestanden sein. Für den Fall, dass ein Kolloquium zweimal nicht bestanden wurde, wird das dritte Kolloquium vom Praktikumsverantwortlichen durchgeführt. Bei Nichtbestehen muss das Praktikum wiederholt werden. Die beiden Kolloquiumsnoten werden zur Ermittlung der Praktikumsnote mit einer Gewichtung von 20 % berücksichtigt. Ein bestandenes Praktikum ist Voraussetzung für die Modulprüfung AC2. 9 3 Beschreibung der Versuche Im Anorganisch-chemischen Praktikum AC2 lernen Sie, mit modernen und aufwendigen Messgeräten umzugehen. Die Gewähr, dass die Versuche auf Anhieb gelingen und befriedigende Analysenergebnisse liefern, ist jedoch nur gegeben, wenn Sie folgende Punkte gewissenhaft beachten: Die Messapparatur muss vollständig und funktionsfähig sein. Gehen Sie vor Beginn jeder Bestimmung die Geräteliste durch und reklamieren Sie fehlende oder defekte Teile sofort. Sie sind für die übernommenen Geräte verantwortlich. Lesen und durchdenken Sie die Vorschrift nochmals vor Beginn des Versuches. Wenden Sie sich bei Unklarheiten an den Assistenten. Beachten Sie die Vorschrift genau, insbesondere was Mengenangaben und Ablesegenauigkeiten betrifft. Reinigen Sie nach Beendigung des Versuches sorgfältig der verwendeten Geräte. Besonders die elektronischen Geräte und Magnetrührer werden erfahrungsgemäß sehr schnell unansehnlich und müssen gewissenhaft von Spritzern und sonstigen Verunreinigungen befreit werden. Auch die Reinigung des Labortisches ist unumgänglich. Zu den instrumentellen Analysen und der Benutzung der Waagen werden Geräteeinweisungen durchgeführt. Bei ungenügender Vorbereitung oder Abwesenheit während der Einweisungstermine kann der Versuch nicht durchgeführt werden. Die Messkolben für die Analysensubstanz müssen rechtzeitig zur Ausgabe der Analysen abgegeben werden, die Ausgabe erfolgt erst nach erfolgreicher Geräteinweisung. Im Folgenden werden die Versuche im Einzelnen beschrieben. 10 3.1 Klassische Analysen 3.1.1 Titrimetrische Bestimmung von HCl unter Verwendung eines Indikator Notwendiges Vorwissen: Säure-Base-Gleichgewichte, Indikatoren für die Acidimetrie, maßanalytischer Faktor Chemikalien: HCl (Analysenlösung) Bromthymolblaulösung Natronlauge 0,1 M HCl (0,1 M Maßlösung) Durchführung: Der Gehalt der im Messkolben erhaltenen salzsauren Analysenlösung soll unter Verwendung der bereitgestellten 0,1 M NaOH bestimmt werden. Um die NaOH für die Titration verwenden zu können ist es erforderlich von dieser Lösung den maßanalytischen Faktor zu bestimmen. Dazu verwenden Sie die bereitgestellte genaue 0,1 M HCl. Die 0,1 M NaOH wird in die Bürette eingefüllt. Nachdem Sie die 10 ml Vollpipette mit der 0,1 M HCl gespült haben, werden 10 ml der 0,1 M HCl in einen Erlenmeyerkolben abpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ca. 100 ml verdünnt. Nach der Zugabe von ca. 4 Tropfen Bromthymolblaulösung wird mit 0,1 M Natronlauge bis zum Farbumschlag von gelb nach blau titriert. Die zu bestimmende Analysenlösung, nach Bestimmung des maßanalytischen Faktors, wird mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Die 10 ml Vollpipette wird mit der Analysenlösung gespült. Danach werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben abpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ca. 100 ml verdünnt. Nach der Zugabe von ca. 4 Tropfen Bromthymolblaulösung wird mit 0,1 M Natronlauge bis zum Farbumschlag von gelb nach blau titriert. Es wird jeweils eine Dreifachbestimmung durchgeführt! 11 Angabe: Berechnen Sie aus dem verbrauchten Volumen die Menge an HCl in mg/l! Entsorgung: Spülbecken 12 3.1.2 Komplexometrische Rücktitration von Aluminium Notwendiges Vorwissen: Chelateffekt, Rücktitration, EDTA als Komplexligand, Komplex-Indikatoren Chemikalien: Aluminiumsalz-Lösung (Analysenlösung) EDTA (0,1 M Maßlösung) Hexamethylentetramin Xylenolorange (Verreibung 1:100 mit KNO3) Zinksulfat (0,1 M Maßlösung) Allgemein: Aluminium wird durch Rücktitration komplexometrisch bestimmt. Dabei wird EDTA im bekannten Überschuss zugegeben und mit Zinksulfat-Maßlösung zurücktitriert. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit destilliertem. Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Unter Verwendung einer 20 ml Vollpipette werden genau 20 ml 0,1 M EDTA-Lösung zur abpipettierten Lösung in den Erlenmeyerkolben gegeben und zum Sieden gebracht (1 Minute). Vergessen Sie die Siedesteine nicht! Nach dem Abkühlen werden die inzwischen abgewogenen 4 g Hexamethylentetramin und eine Spatelspitze Xylenolorange zugefügt. Der Überschuss an EDTA wird mit 0,1 M Zinksulfat bis zum Umschlag nach Rot titriert. Es wird eine Dreifachbestimmung durchgeführt! Berechnung: Der Verbrauch an EDTA-Lösung ist die Differenz zwischen dem zugesetzten Volumen und dem Verbrauch an Zinksulfat-Lösung. 1 ml EDTA-Lösung, c = 0,1 mol/l, entspricht 2,6982 mg Aluminium. 13 Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Aluminium in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Behälter für Schwermetallabfälle (Komplexe) 14 3.1.3 Komplexometrische Simultanbestimmung von Calcium und Magnesium Notwendiges Vorwissen: HSAB-Prinzip, Löslichkeitsprodukt, Chelateffekt, Komplex-Indikatoren, Puffer Materialien: 50 ml Maßkolben Chemikalien: Calciumsalz-Lösung (Analysenlösung) Magnesiumsalz-Lösung (Analysenlösung) Kaliumhydroxid (25 %ige Lösung) EDTA (0,1 M Maßlösung) NH4Cl Ammoniak-Lösung (konz.) Calconcarbonsäure-Verreibung (1:100 NaCl) Erio T Allgemein: Die Bestimmung von Calcium und Magnesium erfolgt durch komplexometrische Titration. Bei dieser Simultanbestimmung wird zunächst der Gesamtgehalt von Calcium und Magnesium bestimmt, anschließend der Calciumgehalt. Der Magnesiumgehalt ergibt sich aus der Differenz von Gesamtgehalt und Calciumgehalt. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit dest. Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Bestimmung der Summe von Calcium und Magnesium: Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Dann wird mit destilliertem Wasser auf etwa 100 ml aufgefüllt. Die Proben werden mit 10 ml der bereits hergestellten Pufferlösung (pH 10) versetzt. Nach der Zugabe einer Spatelspitze des Indikators Eriochromschwarz T muss die Probe sofort mit 0,1 m EDTA-Lösung titriert werden. Der farbliche Umschlag des Indikators verläuft von rot-violett nach rein blau. 15 Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Calciumbestimmung: Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Dann wird mit destilliertem Wasser auf etwa 100 ml aufgefüllt und mit 10 ml 25 %iger Kaliumhydroxid-Lösung versetzt. Als Indikator gibt man eine Spatelspitze Calconcarbonsäure-Verreibung zu. Man titriert mit 0,1 M EDTAMaßlösung von violettrosa nach reinblau. Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Calcium und Magnesium in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Behälter für Schwermetallabfälle (Komplexe) Hinweis: Puffer pH 10 Stellen Sie den Puffer pH 10 unter Verwendung von 54 g/l NH4Cl her. Berechnen Sie mit Hilfe der Henderson-Hasselbalch-Gleichung die Menge an NH3. NH3 pH pka lg NH 4 pka 9, 26 Wieviel der Pufferlösung pH 10 benötigen Sie für die Analysen. Beachten Sie, dass die NH3-Lösung lediglich 25 Ma% NH3 enthält. Die Dichte der 25 Ma% NH3-Lösung beträgt 910 kg/m3. 16 3.1.4 Acidimetrische Bestimmung von Carbonat Notwendiges Vorwissen: Acidimetrie, pH-Berechnung, Säure-Base-Indikatoren Chemikalien: Carbonat in wässriger Lösung (Analysenlösung) Mischindikator Salzsäure (0,1 M Maßlösung) Allgemein: Der Carbonatgehalt einer Lösung wird durch eine Säure-Base-Titration mit Salzsäure bestimmt. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Dann wird mit dest. Wasser auf etwa 100 ml aufgefüllt. Nach der Zugabe von 5 Tropfen Mischindikator wird mit Salzsäure unter ständigem Schwenken bis zum Farbumschlag von blaugrün nach lachsfarben titriert. Der Verbrauch von 0,1 m HCl wird notiert. Die Lösung im Erlenmeyerkolben wird anschließend zur Entfernung des frei gewordenen CO2 bis zum Sieden erwärmt (Siedesteine nicht vergessen) Nach dem Abkühlen der Probe wird nachtitriert, der gesamte HCl-Verbrauch muss notiert werden, er dient zur Berechnung der Carbonathärte. Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Carbonat in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Spülbecken 17 3.1.5 Oxidimetrische Bestimmung von Eisen nach Reinhardt/Zimmermann Notwendiges Vorwissen: Manganometrie, Redox-Gleichungen, Nernst-Gleichung, Chemie des Eisens, Titer Chemikalien: Eisensalz-Lösung (Analysenlösung) Kaliumpermanganat (0,02 M Maßlösung) Salzsäure (konz.) Schwefelsäure (konz.) Phosphorsäure (konz.) Mangan(II)-sulfat ∙ 4 H2O Zinkpulver Oxalsäure (0,05 M Maßlösung) Allgemein: Eisen wird zunächst vollständig zu Fe(II) reduziert und anschließend mit KMnO4-Lösung titriert. Zur Vermeidung von Nebenreaktionen bei der Titration wir das Verfahren nach Reinhardt/Zimmermann angewendet. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Geben Sie nun 5 ml einer selbst hergestellten 1:1 verdünnten Salzsäure sowie eine Spatelspitze Zinkpulver dazu (arbeiten Sie im Abzug). Nachdem alles Zink abreagiert hat, werden 10 ml Reinhardt/Zimmermann-Lösung hinzu gegeben und die Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser auf etwa 100 ml aufgefüllt. Danach wird umgehend mit der KMnO4Maßlösung bis zur ersten beständigen Rosafärbung der Lösung titriert. Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. 18 Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Eisen in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Behälter für Schwermetallabfälle Hinweise: Herstellung der Reinhart/Zimmermann-Lösung: 14 g MnSO4∙4H2O werden in 60 ml destilliertem Wasser gelöst. Zu 65 ml Phosphorsäure gibt man 25 ml Schwefelsäure und gießt die Säuremischung vorsichtig zur Mangan(II)-sulfatLösung. Nachdem die Lösung abgekühlt ist verdünnt man die Lösung mit destilliertem Wasser auf 200 ml Endvolumen. Herstellung der KMnO4-Lösung: Eine frisch hergestellte Kaliumpermanganat-Lösung (0,02 M) hat die Eigenschaft, ihren Gehalt zu verändern. Daher sollte die Maßlösung zu Beginn des Praktikums hergestellt werden. Die Lösung muss erst einige Tage im Dunkeln stehen und erst dann kann der Gehalt bestimmt werden. Der Gehalt dieser Lösung ist immer vor deren Gebrauch wie folgt zu ermitteln. Bestimmung des Titers der 0,02 M KMnO4-Lösung: Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der 0,05 M Oxalsäure-Lösung werden 10 ml der 0,05 M Oxalsäure-Lösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Dann wird die abpipettierte Lösung mit destilliertem Wasser auf etwa 100 ml aufgefüllt und mit 10 ml verdünnter Schwefelsäure (1 Teil H2SO4 und 3 Teile H2O) angesäuert. Nach dem Erwärmen der Lösung auf 60 - 80 °C wird die Lösung warm mit der 0,02 M KMnO4-Lösung titriert. Die Titration erfolgt unter ständigem Schwenken. Nach jedem Tropfen KMnO4 muss die Entfärbung der Lösung abgewartet werden bevor der nächste Tropfen zugegeben wird. Die Titration ist beendet, sobald ein Tropfen eine beständige Rosafärbung verursacht. Diese Titration muss mindestens dreimal durchgeführt werden, um statistische Fehler heraus zu mitteln und den Gehalt der 0,02 M KMnO4-Lösung exakt bestimmen zu können. 19 3.1.6 Fällungstitration von Chlorid nach Mohr Notwendiges Vorwissen: Löslichkeitsprodukt, Fällungstitration, Chemie des Silbers, weitere Bestimmungsmethoden für Halogenide Chemikalien: Chlorid-Lösung (Analysenlösung) Kaliumchromat (5 %ige Lösung) Silbernitrat (0,02 M Maßlösung) Allgemein: Bei der argentometrischen Bestimmung von Chlorid nach Mohr werden die Chlorid-Ionen direkt mit einer Silbernitratlösung titriert. Es bildet sich schwerlösliches Silberchlorid. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Nach dem Konditionieren der 10 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 10 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben überführt. Anschließend werden 2 ml einer 5 %igen Kaliumchromat-Lösung (Indikator) zugesetzt. Die gelb gefärbte Lösung wird mit einer 0,02 M Silbernitratlösung unter ständigem Schütteln titriert, bis die nach jedem neuen Maßlösungszusatz entstehende schwache Braunfärbung nicht mehr verschwindet, sondern noch einige Minuten bestehen bleibt. Die Analysenlösung muss neutral sein, da im sauren Milieu durch eine Dichromatbildung der Indikator versagt und im alkalischen Silberoxid ausfällt. Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Berechnung: 1 ml verbrauchte 0,02 M AgNO3-Maßlösung entspricht 0,708 mg Chlorid 20 Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Chlorid in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Silberabfälle Hinweis: Als Indikator für die Erkennung des Endpunktes dieser Fällungstitration dient gelbes Kaliumchromat. Der Endpunkt der Titration wird dadurch erkannt, dass ein geringer Überschuss an Silber-Ionen (zu bestimmende Cl--Ionen sind verbraucht und als AgCl ausgefällt) mit den in der Lösung vorhandenen Chromat-Ionen zur Ausfällung von rotbraunem Silberchromat führt (Löslichkeit von Ag2CrO4 ist größer als die von AgCl. 21 3.1.7 Gravimetrische Bestimmung von Nickel als Bis-(dimethylglyoximato)-nickel Notwendiges Vorwissen: Gravimetrie, Wägefehler, Komplexchemie, Chelateffekt, Chemie des Nickels Materialien: Bezeichnung Bechergläser 600 oder 800 ml große Uhrgläser große Glasstäbe Glasstäbe mit Gummiwischer Tropfer mit Gummihütchen pH-Papier Exsikkator Wasserbad (Abzug) Glasfiltertiegel G3 (Ausleihe) Wasserstrahlpumpe Saugflasche Gummiring Tiegelzange Anzahl 3 3 3 3 1 1 1 3 1 1 1 1 Chemikalien: Nickelsalz-Lösung (Analysenlösung) Alkoholische Dimethylglyoxim-Lösung (1 %ig) Ammoniak-Lösung (3,5 %ig) Ethanol Allgemein: Die Analysenlösung wird mit Dimethylglyoxim-Lösung versetzt, Nickel wird quantitativ als Chelatkomplex ausgefällt. Die Bestimmung erfolgt gravimetrisch über eine Differenzwägung. Durchführung: Die im Messkolben erhaltene Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Nach dem Konditionieren der 20 ml oder 25 ml Vollpipette mit der Analysenlösung werden 20 ml oder 25 ml der Analysenlösung in ein 600 oder 800 ml Becherglas abpipettiert. Der Inhalt wird mit destilliertem Wasser auf ca. 200 ml verdünnt. Die Lösung wird auf 80 °C (Brenner) erwärmt und mit 40 ml 1 %iger alkoholischer 22 Dimethylglyoxim-Lösung versetzt. Anschließend wird tropfenweise verdünnte Ammoniaklösung hinzugefügt, bis mit Hilfe von pH-Papier eine gerade alkalische Reaktion erkennbar ist. Mit einem Uhrglas bedeckt, hält man das Becherglas noch etwa eine Stunde im Wasserbad warm, bis sich der gebildete rote Niederschlag zusammengeballt hat. Nach Abkühlen der Lösung und Absitzen des Niederschlags ist die überstehende Lösung durch einen zuvor gereinigten, getrockneten und gewogenen Glasfiltertiegel (Größe 3 oder 4) abzusaugen. Der Niederschlag wird anschließend 4 bis 6 Mal mit kleinen Anteilen von heißem destilliertem Wasser, zuletzt mit wenig Ethanol gewaschen. Der gewaschene Niederschlag wird etwa 1 Stunde im Trockenschrank bei 110 °C getrocknet und nach Abkühlen auf Zimmertemperatur (im Exsikkator) ausgewogen. Die Glasfilterrtiegel sind immer bis zur Massekonstanz zu wiegen. Die Analyse muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Berechnung: Wägeform: Ni(C4H7O2N2)2 Gesuchte Form: Ni Faktor: Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Nickel in mg in 100 ml Analysenlösung. Entsorgung: Schwermetallabfälle Hinweis: Glasfiltertiegel müssen beim Assistenten ausgeliehen werden. Die Glasfiltertiegel müssen vor der Rückgabe mit 1:1 verdünnter HCl im Abzug ausgekocht und mit destilliertem Wasser durchgesaugt werden. 23 3.2 Instrumentelle Analysen 3.2.1 Elektrogravimetrische und komplexometrische Bestimmung von Kupfer Vorwissen: Gravimetrie, Elektrogravimetrie, Nernstsche Gleichung, Elektrolyse Material: Bezeichnung Bechergläser 150 ml Bechergläser 100 ml Bechergläser 100 ml (Abzug) Becherglas 50 ml Becherglas 50 ml (Abzug) Tropfer mit Gummihütchen Tüpfelplatte Magnetrührer Magnetrührentferner Rührgerät mit Stativstab Spannungsmessgerät Kabel Halterung für Elektroden Exsikkator Tiegelzange Platinnetzelektrode (Ausleihe) Platinspiralelektrode (Ausleihe) Anzahl 3 2 3 1 1 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 Chemikalien: Kupfersalz-Lösung (Analysenlösung) Salzsäure (2 M) Schwefelsäure (konz.) Salpetersäure (1:1 verdünnt) Ammoniak-Lösung (2 M) Ethanol Murexid EDTA (0,1 M Maßlösung) 24 Allgemein: Die Elektrogravimetrie dient vor allem zur Bestimmung von Kationen, die durch den elektrischen Strom entweder kathodisch zum Metall (z. B. Cu, Ag, Au, Ni, Co, Zn, Cd) reduziert oder anodisch zu einem schwerlöslichen Oxid (z.B. Pb, Mn) oxidiert werden. Die elektrolytische Abscheidung erfolgt mit polarisierbaren Platinelektroden. Tauchen solche Elektroden in eine Metallionenlösung, z. B. Cu2+ , so fließt bei angelegter äußerer Gleichspannung U erst oberhalb eines bestimmten Wertes von U – der Zersetzungsspannung Uz - ein Strom durch die elektrolytische Zelle. Gleichzeitig können kathodische Kupferablagerung und anodische Gasentwicklung beobachtet werden. Dadurch wird die Kathode zu einer Kupfer- und die Anode zu einer Sauerstoffelektrode. Für ihre Kombination - nun als galvanische Zelle - ergibt sich aus der Differenz der Elektrodenpotentiale EO–ECu die reversible Zellspannung E gemäß der Zellreaktion Cu + ½O2 + H2O Cu2+ + 2OH-. Eine Elektrolyse der Cu-Lösung in Umkehrung dieser Reaktion findet somit erst dann statt, wenn die an die Zelle angelegte äußere Spannung mindestens gleich der reversiblen Zellspannung (Uz = -E) ist. Tatsächlich beobachtet man jedoch im Experiment eine effektive Zersetzungsspannung Uz,eff., die vom theoretischen Wert abweicht und durch Überspannungen an den Elektroden und dem ohmschen Widerstand des Elektrolyten verursacht wird. Reaktionen unter Komplexbildung haben in der chemischen Analytik u.a. für Fällungsreaktionen, photometrische Verfahren und komplexometrische Titration vielfältige Anwendung gefunden. Komplexe werden durch Reaktion eines Zentralteilchens (Atom, Ion, ...) mit einem oder mehreren Liganden gebildet. Bei den analytisch interessanten Komplexen lassen sich solche mit einzähnigen und mehrzähnigen Ligenden unterscheiden. Die Zähnigkeit charakterisiert die Anzahl von Koordinationsstellen eines Liganden. Einzähnige Liganden sind u.a. die Neutraliganden H2O, NH3 und organische Moleküle (Amine, Anilin, Diphenylamin, Pyridin, ...). Besonders stabile Komplexe ergeben sich mit zahlreichen organischen Liganden mit mehreren Koordinationsstellen für die Komplexbildung. Das krebsscherenartige Angreifen dieser mehrzähnigen Ligenden am Zentralteilchen hat zur Bezeichnung Chelatbildner geführt. Die Chelate können als neutrale, anionische oder kationische Chelate vorliegen. Eine besonders stabile Ring-struktur ergibt sich bei Komplexen mit -Aminopolycarbonsäuren, deren wichtigster Vertreter die Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist. Die thermodynamische Stabilität eines Komplexes wird durch die mit dem MWG formulierbare Gleichgewichtskonstante für die Bildungsreaktion des Komplexes charakterisiert. Die unterschiedliche Komplexstabilität des zu bestimmenden Metallions mit EDTA bzw. bestimmten organischen Molekülen (als Farbindikator zur Endpunktbestimmung) ermöglicht die komplexometrische Titration. 25 Durchführung: Herstellen der Probelösung Das Kölbchen mit der zu analysierenden Kupferlösung wird bis zur Eichmarke mit destilliertem Wasser (20 °C) aufgefüllt und zum Konzentrationsausgleich umgeschwenkt. Die elektrogravimetrische Kupferbestimmung Die Versuchsanordnung besteht aus: Elektrolysiergefäß, zwei Elektroden, Rührer, regelbarer Gleichstromquelle. Als Elektrodenmaterial dient Platin, die Kathode als zylinderförmig gebogenes Drahtnetz und die Anode in Form einer Spirale. Die für den Versuch benötigten Elektroden erhalten die Praktikumsteilnehmer vom Betreuer. Sie werden unter Aufsicht des Betreuers ausgewogen und das ermittelte Gewicht wird notiert. Die Studenten bestätigen den Erhalt und das ermittelte Gewicht der Elektroden mit Unterschrift. Die Größe des Elektrolysiergefäßes, ein 150 ml Becherglas, ist so zu wählen, dass die Netzkathode einen möglichst geringen Abstand zur Wand besitzt. Für die elektrogravimetrische Analyse werden 10 ml der Probelösung in das Elektrolysiergefäß abpipettiert und auf 100 ml mit destilliertem Wasser aufgefüllt (Becherglasmarkierung). Zu dieser Lösung werden mit Hilfe einer Kolbenpipette 1,5 ml konzentrierte Schwefelsäure gegeben. Das Elektrolysiergefäß wird auf das Magnetrührwerk gestellt und der Magnetrührer eingesetzt. Die vorbereitete Lösung wird durch langsames Steigern der Rührerdrehzahl (max. 400 min-1) vermischt und danach ausgeschaltet. Beim Einsetzen der Elektroden ist die Anordnung so zu wählen, dass sich die Platinspirale im Zentrum der Netzelektrode befindet. Die Elektroden werden mit zwei elektrisch isolierten Klammern an einem Elektrodenhalter befestigt und mit der Spannungsquelle verbunden. Während der Elektrolyse dürfen die Platinelektroden nicht vollständig in die Analysenlösung eintauchen. Um Verluste durch Spritzer infolge Gasentwicklung an der Anode zu vermeiden, ist die Rührerdrehzahl von 400 min-1 einzustellen. Es ist darauf zu achten, dass der eingesetzte Magnetrührer nicht mit den Elektroden in Berührung kommt. Zur Durchführung der Elektrolyse wird die notwendige Spannung (2,5 V) eingestellt. Jedoch muss bei der Wahl der Versuchsbedingungen stets sehr sorgfältig darauf geachtet werden, dass das elektrolytisch auf der Platinelektrode abgeschiedene Metall einen dichten, festhaftenden und metallisch glänzenden Film ohne Fremdeinschlüsse bildet, so dass eine genaue Wägung möglich ist. Gegen Ende der Elektrolyse (nach ca. 15 Minuten), das sich durch Absinken des Stromes bemerkbar macht, kann die Spannung für einige Minuten um 0,5 V erhöht werden, wenn nicht die Gefahr (warum?) besteht, dass sich ein anderes anwesendes Metall abscheidet. Das Ende der Elektrolyse kann durch Tüpfelanalyse (Nachweis von Cu2+ siehe AC1-Praktikum) festgestellt werden. Dazu entnimmt man mit einem Tropfer ca. 3 Tropfen 26 Elektrolyt aus der noch unter Spannung stehenden Zelle. Ist der Kupfernachweis positiv, scheidet man noch einige Minuten weiter ab. Nach beendeter Elektrolyse werden die Elektroden unter Spannung aus der Lösung entfernt. Die Netzelektrode wird mit Wasser abgespült, mit Alkohol gewaschen und im Umlufttrockenschrank bei 110 °C 10 min getrocknet. Der Alkohol kann mehrfach benutzt werden. Er wird immer in die für den Versuch entsprechende Flasche zurückgegossen. Nachdem die Elektrode im Exsikkator auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird sie auf der Analysenwaage gewogen und mit ihrem Gewicht vor der Elektrolyse verglichen. Die Reinigung der Netzelektrode erfolgt im Abzug. Dazu taucht man sie kurze Zeit in ein kleines Becherglas mit 1:1 verdünnter Salpetersäure. Die Säure kann mehrfach benutzt werden (bitte nicht entsorgen). Nach dem Ablösen des Kupfers wird die Elektrode zweimal mit destilliertem Wasser und einmal mit Ethanol (Ethanol kann mehrfach benutzt werden und wird nach dem Versuch entsprechende Flasche zurückgegossen) gespült, dann im Umlufttrockenschrank getrocknet, im Exsikkator abgekühlt und ausgewogen. Die Analyse kann nun wiederholt werden. Am Ende der elektrogravimetrischen Analyse werden die Elektroden vom Praktikumsteilnehmer, in Gegenwart des Betreuers, gewogen. Der Betreuer notiert das Gewicht der Elektroden und bestätigt den Erhalt mit seiner Unterschrift. Die komplexometrische Kupferbestimmung Für die komplexometrische Titration werden, nach dem Konditionieren der 5 ml Vollpipette mit der Analysenlösung, 5 ml der Analysenlösung in einen Erlenmeyerkolben abpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ca. 100 ml aufgefüllt. Zu dieser Lösung werden 1 ml 2 M HCl und eine Spatelspitze Murexid gegeben. In die orange Lösung wird langsam 2 M Ammoniak eingetropft, bis eine klare Gelbfärbung auftritt. Der pH-Wert sollte dann ca. 6 betragen. Nachdem der Magnetrührer in den Erlenmeyerkolben gegeben wurde, wird das Magnetrührwerk eingeschaltet (Rührerdrehzahl von 400 min-1). Die Probe wird durch tropfenweise Zugabe von 0,1 M EDTA nach blauviolett titriert. Führen Sie für jede Methode eine Dreifachbestimmung durch! 27 Berechnung: Elektrogravimetrie Gewicht Pt-Netz nach der Elektrolyse - Gewicht Pt-Netz vor der Abscheidung = abgeschiedene Kupfermenge Komplexometrie 1 ml 0,1 M EDTA entsprechen 6,3546 mg Kupfer Angabe: Berechnen Sie den Gehalt an Kupfer in mg in 100 ml Analysenlösung. Geben Sie anhand der Fehlerbetrachtung eine Wertung über die Genauigkeit der beiden Analysenmethoden ab! Entsorgung: Schwermetallabfälle Hinweis: Die Platinelektroden müssen beim Assistenten gegen Unterschrift ausgeliehen werden! Vermeiden Sie die Berührung der Platinelektroden mit der Hand! Fragen: Bei der Elektrolyse beobachten Sie eine Gasentwicklung; um welches Gas handelt es sich dabei? Beschreiben Sie die Reaktion an den Elektroden. Warum erhöht sich die Abscheidungsspannung gegen Ende der Elektrolyse? Was geschieht, wenn Sie als Anode nicht Platin sondern Kupfer als Metall einsetzen? Informieren Sie sich über die technische Anwendung dieses Prozesses! Informieren Sie sich wie man Kupfer und Nickel nebeneinander bestimmen kann. Beziehen Sie auch komplexometrische Methoden in Ihre Überlegungen mit ein. Wie kann man Nickel indirekt komplexometrisch bestimmen? 28 3.2.2 Potentiometrische Titration von Schwefelsäure Vorwissen: Potentialbildung, Nernstsches Gesetz, Potentiometrie Material: Bezeichnung Bechergläser 400 ml Magnetrührer Magnetrührentferner Rührgerät mit Stativstab pH-Meßgerät pH-Elektrode Anzahl 3 1 1 1 1 1 Chemikalien: Schwefelsäure (Analysenlösung) Natronlauge 0,1 M HCl (0,1 M Maßlösung) Durchführung: Der Gehalt der im Messkolben erhaltenen schwefelsauren Analysenlösung soll unter Verwendung der bereitgestellten 0,1 M NaOH bestimmt werden. Um die NaOH für die Titration verwenden zu können ist es erforderlich von dieser Lösung den maßanalytischen Faktor zu bestimmen. Der maßanalytische Faktor wird immer mit der für die Analyse verwendeten Methode bestimmt. Dazu verwenden Sie die bereitgestellte genaue 0,1 M HCl. Nachdem Sie die 10 ml Vollpipette mit der 0,1 M HCl gespült haben, werden 10 ml der 0,1 M HCl in das Becherglas abpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ca. 200 ml verdünnt. Die pH-Elektrode wird über dem Abfallglas sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült. Schließlich wird der Magnetrührer vorsichtig in das Becherglas mit der Analysenlösung gegeben. Das Becherglas wird nun so auf dem Magnetrührer positioniert, dass sich der Magnetrührer in der Mitte des Becherglases befindet. Die pH-Elektrode wird in die Lösung getaucht. Die mit der 0,1 M NaOH gefüllte Bürette wird am Stativ befestigt. Am Magnetrührgerät wird die Rührerdrehzahl (max. 400 min-1) eingestellt. Es muss darauf geachtet werden, dass der Magnetrührer nicht anstößt. Die salzsaure Lösung wird durch Zugabe definierter Mengen 0,1 M NaOH titriert. Die entsprechenden pH-Werte sind zu notieren. Nach Beendigung der Titration wird die Drehzahl des Magnetrührers auf „0“ 29 gesetzt. Die pH-Elektrode und der Magnetrührer werden aus dem Becherglas genommen und sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült. Die zu bestimmende Analysenlösung wird nach Bestimmung des maßanalytischen Faktors, mit destilliertem Wasser bei 20 °C auf 100 ml aufgefüllt und gut durchmischt. Die 10 ml Vollpipette wird mit der Analysenlösung gespült. Danach werden 10 ml der Analysenlösung in ein Becherglas abpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ca. 200 ml verdünnt. Die Analysenlösung wird durch Zugabe definierter Mengen von 0,1 M NaOH titriert. Die entsprechenden pH-Werte sind zu notieren. Es muss jeweils eine Dreifachbestimmung durchgeführt werden! Angabe: Berechnen Sie aus dem verbrauchten Volumen die Menge an H2SO4 in mg/l! Des Weiteren sind die Messwerte, Berechnungen und graphischen Darstellungen inklusive Der graphischen Auswertung hinzuzufügen! Entsorgung: Spülbecken 30 3.2.3 Photometrische Bestimmung von Kupfer Vorwissen: Kalibrierverfahren, Aufbau eines Photometers, Lambert-Berrsches Gesetz Material: Bezeichnung Messkolben 100 ml Bechergläser 50 ml Anzahl 7 8 Chemikalien: Kupfersalz-Lösung (Analysenlösung) Ammoniak-Lösung (konz.) Durchführung: Die Bestimmung des Gehalts an Kupfer der Probelösung erfolgt mittels einer Kalibriergeraden, die aus einer Verdünnungsreihe zu erhalten ist. Die Kalibrierkurve wird bei einer Wellenlänge von 610 nm aufgenommen. Die Kalibrierstrategie ist selbst zu planen. Es sind mindestens 6 Kalibrierpunkte im Bereich von 100 bis 1000 mg Kupfer pro Liter aufzunehmen. Zur Herstellung einer Verdünnungsreihe steht eine 0,1 M Kupfer(II)-sulfat-Lösung zur Verfügung. Die berechnete Menge an Kupfer(II)-sulfat-Lösung zur Herstellung der Kalibrierlösungen wird mit Hilfe einer Bürette in je einen 100 ml Maßkolben gegeben und jedem Maßkolben werden 5 ml konzentrierte Ammoniaklösung zugesetzt. Im Anschluss daran wird das Kölbchen mit destilliertem Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt. Unter Verwendung des UV-VIS-Spektralphotometers werden dann die Absorptionswerte der einzelnen Kalibrierlösungen bei einer Wellenlänge von 610 nm ermittelt. Es ist jeweils eine Dreifachbestimmung durchzuführen. Vor Beginn der Messung muss ein Nullabgleich des Photometers erfolgen. Das geschieht mit einer Blindprobe, welche die entsprechende Menge an konzentrierter Ammoniaklösung enthält. Die Kalibriergerade ist darzustellen, indem die erhaltenen Absorptionswerte der [Cu(NH3)4]2+Lösungen in einem Diagramm (Millimeterpapier) gegen die Konzentration von Cu2+ aufgetragen werden. 31 Die erhaltene Probe enthält eine Kupferlösung. Füllen Sie den Maßkolben entsprechend der Kalibrierlösungen auf. Bestimmen Sie die Absorptionswerte dieser Lösung. Wählen Sie eine entsprechende Verdünnung, so dass die Absorption in den auswertbaren Bereich der Kalibriergeraden fällt. a) Extinktionsmessungen zur Ermittlung der Kalibriergeraden βCu in mg/l Lösung 1 Lösung 2 Lösung 3 Lösung 4 Lösung 5 Lösung 6 β= ____mg/l β= ____mg/l β= ____mg/l β= ____mg/l β= ____mg/l β= ____mg/l Absorption 1 Absorption 2 Absorption 3 Mittelwert 32 b) Ermittlung des Gehalts an Kupfer in der Probelösung Probelösung 1 Absorption 1 Absorption 2 Absorption 3 Mittelwert Angabe: Anzugeben ist der in der Probe enthaltene Gehalt (Kupfer) in mg pro Liter! Des Weiteren sind die Messwerte, Berechnungen und graphischen Darstellungen hinzuzufügen! Entsorgung: Alkalische Schwermetallabfälle Hinweis: Bei dieser Analyse muss auf sehr sauberes und exaktes Arbeiten geachtet werden, da es sich um eine Spurenanalyse handelt. Planen Sie die Arbeitsschritte genau, da die Messungen am Photometer zügig durchgeführt werden müssen. 33 3.2.4 Konduktometrische Simultanbestimmung von Salzsäure und Essigsäure Vorwissen: Acidimetrie, pH-Rechnungen, Leitfähigkeit von Elektrolyten, Leitfähigkeitsmessung Material: Bezeichnung Bechergläser 400 ml Magnetrührer Magnetrührentferner Rührgerät mit Stativstab Leitfähigkeitsmessgerät Leitfähigkeitsmesszelle Anzahl 3 1 1 1 1 1 Chemikalien: Salzsäure (Analysenlösung) Essigsäure (Analysenlösung) Natronlauge (0,2 M Maßlösung) Allgemein: Eine Lösung, die Salzsäure und Essigsäure enthält, wird mit Natronlauge titriert. Während der Titration wird die Leitfähigkeit mit Hilfe einer Leitfähigkeitsmesszelle gemessen und gegen die zugesetzte Menge Natronlauge graphisch aufgetragen. Durchführung: Die im Messkolben enthaltene Analysenlösung wird mit destilliertem Wasser auf 100 ml bei 20 °C aufgefüllt und gut durchmischt. Eine 10 ml Vollpipette wird durch Spülen mit einigen ml der Analysenlösung konditioniert. Die Spüllösung wird verworfen. Anschließend werden 10 ml der Analysenlösung in ein Becherglas abpipettiert. Dann wird mit destilliertem Wasser auf ca. 200 ml aufgefüllt. Die Messzelle wird über dem Abfallglas sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült. Schließlich wird der Magnetrührer vorsichtig in das Becherglas mit der Analysenlösung gegeben. Dieses wird nun so auf dem Magnetrührer positioniert, dass sich der Magnetrührer in der Mitte des Becherglases befindet. Die Leitfähigkeitsmesszelle wird in die Lösung getaucht, so dass die Öffnung der Messzelle komplett eintaucht. Die Bürette mit der NaOH wird am Stativ befestigt. Am Magnetrührgerät wird die Rührerdrehzahl (max. 34 400 min-1) eingestellt. Es muss darauf geachtet werden, dass der Magnetrührer nicht anstößt. Es wird in Schritten von 0,2 ml bis zu einem Verbrauch von 10 ml titriert. Nach dem Erreichen des zweiten Äquivalenzpunktes müssen noch mindestens 2 ml Natronlauge hinzutitriert werden. Während der Titration darf auf keinen Fall Wasser zugegeben werden, da dies die Leitfähigkeit ändert. Nach Beendigung der Titration wird die Drehzahl des Magnetrührers auf „0“ gesetzt. Die Leitfähigkeitsmesszelle und der Magnetrührer werden aus dem Becherglas genommen und sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült. Die Analyse wird mindestens dreimal durchgeführt. Es ist darauf hinzuweisen, dass auch bei dieser Analyse der maßanalytische Faktor der bereitgestellten Natronlauge, genau wie bei den bisherigen Analysen, zu ermitteln ist. Angabe: Anzugeben ist der in der Probe enthaltene Gehalt an Salzsäure in mg und Essigsäure in mg in 100 ml Analysenlösung! Des Weiteren sind die Messwerte, Berechnungen und graphischen Darstellungen hinzuzufügen! Entsorgung: Spülbecken 35 4 Literaturhinweise Jander, G., Jahr, K. F., „Maßanalyse“, Theorie und Praxis der Titrationen mit chemischen und physikalischen Indikationen; W. de Gruyter Verlag, Berlin Jander G., Blasius E., „Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie“, Hirzel Verlag, Stuttgart Skoog, D. A., Leary, J. J., „Instrumentelle Analytik; Grundlagen - Geräte - Anwendungen“, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg Otto, M., „Analytische Chemie”;, Wiley-VCH, Weinheim Schwedt G., „Analytische Chemie; Grundlagen, Methoden und Praxis“, Thieme Verlag, Stuttgart Kunze U. R., Schwedt G., „Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse“, Thieme Verlag, Stuttgart 36 5 Musterprotokoll Der Protokollkopf muss vollständig ausgefüllt sein. 1. Aufgabe 2. Versuchsdurchführung und Reaktionsgleichungen aufschreiben 3. Messwerte übersichtliche Darstellung der aufgenommenen Messwerte (Tabellenform) 4. Auswertung Berechnungen a) Berechnungen, die bereits vor Versuchsbeginn vorliegen müssen b) Berechnungen zur Versuchsauswertung Für die Berechnungen ist es notwendig den gesamten Rechenweg und die Einheiten aufzuschreiben. Graphische Darstellungen Die graphischen Darstellungen für die Versuche erfolgen auf Millimeterpapier! 5. Fehlerberechnung/Fehlerbetrachtung 6. Bei den instrumentellen Analysen müssen nach Beendigung des Versuches die Messwerte vom Praktikumsbetreuer unterschrieben werden. (gesondertes Blatt) Die Messprotokolle sind nicht mit Bleistift anzufertigen. Ohne diese erfolgt keine Anerkennung der Versuchsauswertung. 37 Name, Vorname: Nr.: Versuch: Ausgabe der Analyse: (Datum, Unterschrift) Ausgabe der Wiederholungsanalyse: (Datum, Unterschrift) Protokoll 1. Aufgabe 2. Durchführung/Reaktionsgleichung(en): 38 3. Vorlage/Messwerte: 39 4. Auswertung (Berechnungen/graphische Darstellungen) Die erforderlichen graphischen Darstellungen sind auf Millimeterpapier anzuheften! 40 5. Fehlerbetrachtung: 6. Ergebnis: β= Das Protokoll zum Versuch_________________ enthält ________ Seiten. ______________________________ ___________________________________________ Datum Unterschrift der/des Studierenden Bewertung: Abweichung [%]: Punkte Analyse: Abweichung [%] Punkte Wiederholunsanalyse: Wiederholunsanalyse: Notizen: Punkte Protokoll: Datum Gesamtpunkte Unterschrift 41 Hinweise zur Ermittlung des Äquivalenzpunktes der potentiometrischen Titration aus der graphischen Darstellung Diagrammtitel 14 12 2 10 8 A (AB)/2 pH 6 4 2 1 B Verbrauch an NaOH 0 0 5 10 15 20 25 V (NaOH) in ml 1. Verlängern Sie den unteren und oberen waagerechten Ast der Titrationskurve 2. Zeichnen Sie eine Gerade durch den Kurvenanstieg, die die beiden unter 1. gezeichneten Geraden schneidet 3. Messen Sie die Länge zwischen den Schnittpunkten A und B 4. Fällen Sie das Lot bei (AB)/2 und lesen dann den Verbrauch an NaOH auf der x-Achse ab 42
