Фиксаналы
Для быстрого приготовления точных растворов различных веществ (кислот, щелочей и солей) удобно применять фиксаналы. Это — заранее приготовленные и запаянные в стеклянных ампулах точно отвешенные количества реактива, необходимые для приготовления 1 л 0,1 н. или 0,01 н. раствора.
Фиксаналы продаются в коробках, содержащих 10 ампул. На каждой ампуле имеется надпись, указывающая, какое вещество или раствор находится в ампуле, и количество вещества (0,1 или 0,01 г-экв).
Для приготовления точного раствора вначале теплой водой смывают надпись — на ампуле и хорошо обтирают ее. В мерную колбу емкостью 1 л вставляют специальную воронку с вложенным в нее стеклянным бойком (обычно прилагается к каждой коробке фиксанала), острый конец которого должен быть обращен вверх (рис. 351). Если специальной воронки нет, можно пользоваться обычной химической воронкой, вставив в нее стеклянный боек. Когда боек будет правильно уложен в воронке, ампуле с фиксаналом дают свободно падать так, чтобы тонкое дно ампулы разбилось при ударе об острый конец бойка. После этого пробивают боковое углубление ампулы и дают содержимому вытечь. Затем, не изменяя положения ампулы, ее тщательно промывают дистиллированной водой из промывалки. Для промывки рекомендуется употребить не менее чем шестикратное (по емкости ампулы) количество воды.
Промыв ампулу, ее удаляют, а раствор доливают, дистиллированной водой до метки, закрывают колбу пробкой и встряхивают.
Кроме жидких фиксаналов, имеются и сухие. При приготовлении из них растворов ампулу вскрывают так же, как описано выше. Нужно лишь заботиться о том, чтобы воронка была совершенно сухая. Когда ампула будет разбита, все содержимое ее осторожным встряхиванием высыпают в колбу, ампулу промывают дистиллированной- водой.
В СССР выпускаются фиксаналы: H2SO4; HCl; NaOH, КОН; Na2CO3; NaHCO3; NaCl; KCl; Na2C2O4; H2C2O4; K2Cr2O7; K2CrO4; Na2S2O3; KMnO4; AgNO3; NH4SCN; KSCN; K2C2O4; NaSCN; (NH4)2C204; I2; Na2B4O7; BaCl2.
Фиксаналы рекомендуется применять во всех случаях, когда требуется быстро приготовить точный раствор; они особенно удобны в мало оборудованных лабораториях, в полевых условиях и пр. Щелочные фиксаналы пригодны только в течение определенного срока. Очень старые(2- 3-летней давности) щелочные фиксаналы могут оказаться уже неточными в результате загрязнения продуктами выщелачивания стекла. Остальные препараты, в особенности сухие, могут храниться неопределенно долгий срок.
Рис. 351. Прибор для приготовления растворов из фиксанала: 1 — ампула; 2 — боек; 3 — остроконечная палочка для прования ампулы сбоку; 4— воронка; 5 — мерная колба.
Источник
Приготовление растворов из фиксаналов
Точные растворы можно быстро приготовить используя для этого фиксаналы. Фиксанал представляет собой точно отвешенную массу вещества или его раствора, запаянного в стеклянную ампулу. Фиксанал продается в коробках по 10 ампул. На каждой ампуле имеется штемпель или этикетка с обозначением формулы находящегося в ампуле вещества и его количества — 0,1 или 0,01 экв. При количественном перенесении содержимого ампулы в мерную колбу и разбавлении его до 1 л получают точно 0,1 или 0,01 н. раствор.
Для приготовления раствора сначала удаляют теплой водой штемпель (или этикетку) с ампулы, затем ополаскивают ее дистиллированной водой. В обычную химическую воронку помещают коротким острым концом вверх боек с крестовидным утолщением, который обычно прилагается к каждой коробке фиксанала. Воронку с бойком вставляют в горло мерной колбы вместимостью 1 л. Затем дно ампулы разбивают осторожным ударом об острый конец бойка, после чего пробивают вторым бойком боковое или верхнее углубление ампулы.
Содержимое ампулы тщательно вымывают струей воды из промывалки в мерную колбу. Вещество в колбе растворяют в воде и доводят объем раствора до метки. Колбу закрывают пробкой и раствор хорошо перемешивают.
Фиксаналы едких щелочей могут храниться до 6 месяцев, так как при более длительном хранении реактивы загрязняются продуктами выщелачивания стекла. Фиксаналы солей и кислот могут храниться неограниченное время.
При пользовании фиксаналом 0,1 н. йодида необходимо перед вскрытием ампулы поместить в мерную колбу 30-40 г иодида калия. Если ампула содержит 0,01 эквивалента йода, то добавка йодида калия не требуется. Для растворения вполне достаточно того количества йодида калия, которое имеется в ампуле. Содержимое ампулы можно растворить в мерной колбе вместимостью 100 мл или 1 л для получения соответственно 0,1 или 0,01 н. раствора йода.
Фиксаналы дают возможность быстро готовить 0,1 или 0,01 н. растворы в экспедиционных условиях.
Выпускают фиксаналы следующих веществ:
H2SO4; HCl; NaOH; KOH; Na2CO3; NaHCO3; NaCl; Na2C2O4; H2C2O4-2H2O; K2Cr2O7; K2CrO4; Na2S2O3-5H2O; KMnO4; NH4SCN; KSCN; K2C2O4; NaSCN; BaCl2-2H2O; (NH4)2C2O4-H2O; J2; Na2B4O7-10H2O; KCl; KJ; NH4Cl; K2CO3; KJO3; AgNO3.
Источник
Работа 4.1. Приготовление раствора из фиксанала.
Фиксаналы (стандарт-титры) – запаянные в стеклянную ампулу точно отвешенные количества различных твердых веществ или точно отмеренные объемы титрованных растворов, необходимые для приготовления 1 л раствора точно известной концентрации (нормальности или молярности). Использование других методик такой точности не дает, так как большинство веществ, из которых готовят растворы, трудно получить химически чистыми. Например, серная кислота Н2SO4 всегда содержит воду, гидроксид натрия NaOH – гигроскопическую воду и некоторое количество Na2CO3 вследствие поглощения СО2 из воздуха.
Экспериментальная часть
Необходимое оборудование: мерная колба на 1 л, боек, промывалка с дистиллированной водой, стеклянная воронка.
Необходимые реактивы: фиксанал раствора или твердого вещества (по заданию преподавателя), дистиллированная вода.
Методика проведения эксперимента
Раствор с точно известной концентрацией, например раствор 0,1 М HCl, из фиксанала, содержащего точно отмеренный объем раствора вещества (HCl), готовят следующим образом.
В мерную колбу 1 емкостью 1 л вставьте воронку 2 диаметром 8 – 10 мм. В воронку поместите боек 3 (набор бойков есть в каждом наборе ампул с фиксаналом), утолщение которого не позволяет ему провалиться в воронку. Если боек правильно установлен в воронке, его острый конец должен быть направлен вертикально вверх (рис. 4.1).
Возьмите ампулу 4, в которую запаяно необходимое для приготовления 1 л заданного раствора количество вещества (фиксанал). Ампула имеет углубления с двух сторон. Ударьте одним из этих углублений об острый конец бойка 3. Затем другим бойком 3¢ пробейте верхнее углубление ампулы (рис. 4.1).
Не изменяя положения ампулы, дайте стечь ее содержимому в колбу и тщательно промойте ее изнутри с помощью промывалки дистиллированной водой (объем воды должен быть равен примерно 6-кратному объему ампулы). Затем удалите пустую ампулу.
Доведите объем раствора дистиллированной водой до метки 5, закройте ее пробкой и тщательно перемешайте.
При приготовлении раствора из фиксанала твердого вещества, например 0,1 М раствора NaOH, осторожно переносят навеску заданного вещества из ампулы в мерную колбу (1 л), как описано выше. Затем в колбу наливают дистиллированной воды на 1/3 ее объема и при непрерывном перемешивании растворяют все кристаллы твердого вещества. После этого доводят объем раствора до метки дистиллированной водой, закрывают пробкой и еще раз тщательно перемешивают.
На колбу с готовым раствором наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.
Работа 4.2. Приготовление раствора H2SO4 разбавлением.
Однако во многих случаях бывает необходимо использовать готовый раствор, доводя его концентрацию до нужной либо добавляя растворитель, – разбавляя раствор; либо добавляя растворенное вещество.
Так, при приготовлении растворов кислот исходят из соответствующих растворов концентрированных кислот. При этом на основании их плотности и отвечающей ей процентной концентрации вычисляют, какой объем соответствующей кислоты нужно взять для получения заданного объема рабочего раствора.
Методика вычислений, проводимых в подобных случаях, приводится на следующем примере.
Пример. 2. Сколько миллилитров концентрированной серной кислоты плотностью 1,84 г/мл, содержащей 96 % Н2SО4, нужно взять для приготовления 500 мл 3,7 М раствора кислоты с плотностью 1,22 г/мл.
Решение. Вычислим, прежде всего, сколько граммов безводной серной кислоты потребуется для приготовления заданного объема 3,7 М раствора. В 1 л 3,7 М раствора содержится 3,7 моля Н2SО4(М(Н2SО4) = 98 г/моль), тогда масса кислоты в 500 мл раствора составит: m = 3,7×98×0,5 = 181,3 г.
Вычислим далее, в каком количестве 96 % серной кислоты содержится 181,3 г безводной Н2SО4:
100 г раствора 96 % кислоты содержат 96 г Н2SО4
x г раствора 96 % кислоты содержат 181,3 г Н2SО4
x = (100´181,3)/96 = 188,9 г.
Теперь от найденной массы концентрированной серной кислоты перейдем к ее объему V = m/r =188,9/1,84 = 102,6 мл.
Следовательно, для того, чтобы приготовить 500 мл 3,7 М раствора серной кислоты нужно отмерить мензуркой 102,6 мл концентрированной серной кислоты и разбавить ее водой (вливая кислоту в воду) до 500 мл.
Экспериментальная часть
Необходимое оборудование: мерная колба на 100 (200, 250) мл, мерный цилиндр (10 мл).
Необходимые реактивы: 20 % серная кислота, дистиллированная вода.
Методика проведения эксперимента
Рассчитайте объем 20 %-го раствора серной кислоты плотностью 1,14 г/мл, который необходим для приготовления 100 (200, 250) мл раствора серной кислоты заданной молярной концентрации (0.05 – 0.2 М, по указанию преподавателя).
В соответствующую мерную колбу влейте примерно на 1/3 часть ее объема дистиллированной воды и отмеренный при помощи цилиндра рассчитанный объем 20 %-й серной кислоты. Перемешайте раствор и, постепенно приливая дистиллированную воду, доведите объем раствора в колбе до метки, закройте ее пробкой и тщательно перемешайте.
На колбу с готовым раствором наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.
Источник
Фиксанал соляной кислоты приготовить
В анализах методом нейтрализации применяют 0,1 н. и 0,5 н. точные растворы серной и соляной кислот, а в других методах анализа, например в окислительно-восстановительном, часто используют 2 н. приблизительные растворы этих кислот.
Для быстрого приготовления точных растворов удобно пользоваться фиксаналами, представляющими собой навески (0,1 г-экв или 0,01 г-экв) химически чистых веществ, взвешенные с точностью до четырех-пяти значащих цифр, находящиеся в запаянных стеклянных ампулах. При приготовлении 1 л. раствора из фиксанала получают 0,1 н. или 0,01 н. растворы. Небольшие количества растворов соляной и серной кислот 0,1 н. концентрации можно готовить из фиксаналов. Стандартные растворы, приготовленные из фиксаналов, обычно служат для установления или проверки концентрации других растворов. Фиксаналы кислот можно хранить долгое время.
Для приготовления точного раствора из фиксанала ампулу обмывают теплой водой, смывая с нее надпись или этикетку, и хорошо обтирают. Если надпись сделана краской, то ее удаляют тряпочкой, смоченной спиртом. В мерную колбу емкостью 1 л. вставляют стеклянную воронку, а в нее — стеклянный боек, острый конец которого должен быть направлен вверх. После этого ампулу с фиксаналом слегка ударяют тонким дном об острие бойка или дают ей свободно падать, чтобы дно разбилось при ударе об острие. Затем стеклянным штырем с заостренным концом разбивают тонкую стенку углубления в верхней части ампулы и дают содержащейся в ампуле жидкости вытечь. Потом ампулу, находящуюся в воронке, тщательно промывают дистиллированной водой из промывалки, после чего удаляют из воронки, промывают воронку и удаляют ее из колбы, а раствор в колбе доливают до метки дистиллированной водой, закрывают пробкой и перемешивают.
При приготовлении растворов из сухих фиксаналов (например, из фиксанала щавелевой кислоты) берут сухую воронку, чтобы содержимое ампулы можно было при легком встряхивании пересыпать в колбу. После того как вещество перенесут в колбу, промывают ампулу и воронку, растворяют вещество в воде, находящейся в колбе, и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки.
Большие количества 0,1 н. и 0,5 н. растворов соляной и серной кислот, а также приблизительные растворы этих кислот (2 н. и др.) готовят из концентрированных химически чистых кислот. Вначале ареометром или денсиметром определяют плотность концентрированной кислоты.
По плотности в справочных таблицах находят концентрацию кислоты (содержание хлористого водорода в соляной кислоте или моногидрата в серной), выраженную в граммах на 1 л. По формулам рассчитывают объем концентрированной кислоты, необходимый для приготовления заданного объема кислоты соответствующей концентрации. Расчет проводят с точностью до двух-трех значащих цифр. Количество воды для приготовления раствора определяют по разности объемов раствора и концентрированной кислоты.
Раствор соляной кислоты готовят путем приливания в сосуд для приготовления раствора половины требуемого количества дистиллированной воды, а затем концентрированной кислоты; после перемешивания раствор доливают до полного объема оставшимся количеством воды. Частью второй порции воды ополаскивают мензурку, которой отмеривали кислоту.
Раствор серной кислоты готовят путем медленного приливания концентрированной кислоты при постоянном перемешивании (чтобы не допустить разогревания) к воде, налитой в сосуд из термостойкого стекла. При этом небольшое количество воды оставляют для ополаскивания мензурки, которой отмеривали кислоту, приливая этот остаток в раствор после его охлаждения.
Иногда для химического анализа применяют растворы твердых кислот (щавелевой, винной и др.). Эти растворы готовят растворением в дистиллированной воде навески химически чистой кислоты.
Массу навески кислоты вычисляют по формуле. Объем воды для растворения берут приблизительно равным объему раствора (если растворение ведется не в мерной колбе). Для растворения этих кислот применяют воду, не содержащую углекислого газа.
Пример 1. Рассчитать количество концентрированной соляной кислоты плотности 1,14 г/см 3 и количество воды, необходимое для приготовления 10 л 0,1 н. раствора.
В таблице по плотности находим содержание хлористого водорода HCl в концентрированной кислоте: Гк = 315 г/л.
Рассчитываем объем концентрированного раствора соляной кислоты:
Vк = 36,5N•V / Тк = 36,5•0,1•10000 / 315 = 315 мл.
Количество воды, необходимое для приготовления раствора:
Пример 2. Рассчитать количество щавелевой кислоты, необходимое для приготовления 2 л 0,1 н. раствора.
Масса навески щавелевой кислоты H2C2O4•2H2O:
63,03N•V / 1000 = 63,03•0,1•3000 / 1000 = 12,6 г.
Установление концентрации рабочих растворов кислот можно проводить по карбонату натрия, буре, точному раствору щелочи (титрованному или приготовленному из фиксанала). При установлении концентрации растворов соляной или серной кислот по карбонату натрия или по буре пользуются методом титрования навесок или (реже) методом пипетирования. При методе титрования навесок используют бюретки емкостью 50 или 25 мл.
При установлении концентрации кислот большое значение имеет выбор индикатора. Титрование выполняют в присутствии такого индикатора, у которого переход окраски происходит в интервале pH, соответствующем точке эквивалентности для химической реакции, протекающей при титровании. При взаимодействии сильной кислоты с сильным основанием в качестве индикаторов можно использовать метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфталеин и другие, у которых переход окраски происходит при pH = 4?10.
При взаимодействии сильной кислоты со слабым основанием или с солями слабых кислот и сильных оснований в качестве индикаторов используют такие, у которых переход окраски происходит в кислой среде, например метиловый оранжевый. При взаимодействии слабых кислот с сильными щелочами применяют индикаторы, у которых переход окраски происходит в щелочной среде, например фенолфталеин. Концентрацию раствора нельзя определить титрованием, если при титровании взаимодействует слабая кислота со слабым основанием.
При установлении концентрации соляной или серной кислот по карбонату натрия на аналитических весах в отдельных бюксах берут три-четыре навески безводного химически чистого карбоната натрия с точностью до 0,0002 г. Для установления концентрации 0,1 н. раствора путем титрования из бюретки емкостью 50 мл масса навески должна быть около 0,15 г. Сушкой в сушильном шкафу при 150°С навески доводят до постоянной массы, а затем переносят в конические колбы емкостью 200—250 мл и растворяют в 25 мл дистиллированной воды. Бюксы с остатками карбоната взвешивают и по разности масс определяют точную массу каждой навески.
Титрование раствора карбоната натрия кислотой ведут в присутствии 1—2 капель 0,1%-ного раствора метилового оранжевого (титрование заканчивается в кислой среде) до изменения желтой окраски раствора в оранжево-желтую. При титровании полезно пользоваться раствором — «свидетелем», для приготовления которого в дистиллированную воду, налитую в такую же колбу, как и колба, в которой производится титрование, добавляют одну каплю кислоты из бюретки и столько капель индикатора, сколько его добавляют в титруемый раствор.
Объем дистиллированной воды для приготовления раствора — «свидетеля» должен быть примерно равен объему раствора в колбе в конце титрования.
Нормальную концентрацию кислоты рассчитывают по результатам титрования:
где mн — масса навески соды, г;
V — объем раствора кислоты (мл), израсходованный на титрование.
Из нескольких опытов берут среднюю сходящуюся величину концентрации.
Пример 3. Рассчитать массу навески карбоната натрия для установления концентрации 0,1 н. раствора серной кислоты, если для титрования используют бюретку емкостью 25 мл.
Предполагаем израсходовать на титрование около 20 мл кислоты.
Масса навески соды:
52,99 • 0,1 • 20 / 1000 = 0,1 г.
Пример 4. Навеска карбоната натрия в 0,1482 г оттитрована 28,20 мл раствора соляной кислоты. Определить концентрацию кислоты.
Нормальная концентрация соляной кислоты:
1000 • 0,1482 / 52,99 • 28,2 = 0,1012 н.
При установлении концентрации раствора кислоты по карбонату натрия методом пипетирования навеску химически чистого карбоната натрия, предварительно доведенную высушиванием в сушильном шкафу до постоянной массы и взвешенную с точностью до 0,0002 г, растворяют в дистиллированной воде в откалиброванной мерной колбе емкостью 100 мл.
Величина навески при установлении концентрации 0,1 н. раствора кислоты должна быть около 0,5 г (чтобы при растворении получить примерно 0,1 н. раствор). На титрование берут пипеткой 10—25 мл раствора карбоната натрия (в зависимости от емкости бюретки) и 1—2 капли 0,1%-ного раствора метилового оранжевого.
Метод пипетирования часто применяют при установлении концентрации растворов с помощью полумикробюреток емкостью 10 мл с ценой деления 0,02 мл.
Нормальную концентрацию раствора кислоты при ее установлении методом пипетирования по карбонату натрия вычисляют по формуле:
где mн — масса навески карбоната натрия, г;
V1 — объем раствора карбоната, взятый на титрование, мл;
Vк — объем мерной колбы, в которой производилось растворение навески карбоната;
V2 — объем раствора кислоты, израсходованный на титрование.
Пример 5. Определить концентрацию раствора серной кислоты, если для ее установления 0,5122 г карбоната натрия было растворено в мерной колбе емкостью 100,00 мл и на титрование 15,00 мл раствора карбоната израсходовано 14,70 мл раствора кислоты (при использовании бюретки емкостью 25 мл).
Нормальная концентрация раствора серной кислоты:
1000 • 0,5122 • 15 / 52,99 • 100 • 14,7 = 0,09860 н.
При установлении концентрации серной или соляной кислот по тетраборату натрия (буре) обычно используют метод титрования навесок. Кристаллогидрат буры Na2B4O7•10H2O должен быть химически чистым и перед установлением по нему концентрации кислоты его подвергают перекристаллизации. Для перекристаллизации 50 г буры растворяют в 275 мл воды при 50—60°C; раствор фильтруют и охлаждают до 25—30°C. Энергично помешивая раствор, вызывают кристаллизацию. Кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, растворяют снова и перекристаллизовывают. После фильтрования кристаллы сушат между листами фильтровальной бумаги при температуре воздуха 20°C и относительной влажности воздуха 70%; сушку проводят на воздухе или в эксикаторе над насыщенным раствором хлорида натрия. Высушенные кристаллы не должны прилипать к стеклянной палочке.
Для титрования отбирают в бюкс поочередно 3—4 навески буры с точностью до 0,0002 г и переносят их в конические колбы для титрования, растворяя каждую навеску в 40—50 мл теплой воды при энергичном взбалтывании. После перенесения каждой навески из бюкса в колбу бюкс взвешивают. По разности масс при взвешивании определяют величину каждой навески. Величина отдельной навески буры для установления концентрации 0,1 н. раствора кислоты при применении бюретки емкостью 50 мл должна быть около 0,5 г.
Титрование растворов буры кислотой ведут в присутствии 1—2 капель 0,1%-ного раствора метилового красного до изменения желтой окраски раствора в оранжево-красную или в присутствии раствора смешанного индикатора, состоящего из метилового красного и метиленового синего.
Нормальную концентрацию раствора кислоты рассчитывают по формуле:
где mн — масса навески буры, г;
V — объем раствора кислоты, израсходованный на титрование, мл.
Пример 6. Рассчитать навеску буры для установления концентрации 0,1 н. раствора соляной кислоты методом титрования навесок при применении бюретки емкостью 25 мл.
На титрование предполагается израсходовать 15 мл раствора кислоты.
Масса навески буры:
190,69 • 0,1 • 15 / 1000 = 0,3 г.
Пример 7. Найти концентрацию раствора соляной кислоты, если для титрования навески буры в 0,4952 г израсходовано 24,38 мл соляной кислоты.
1000 • 0,4952 / 190,624,38 = 0,1068
Установление концентрации кислоты по раствору едкого натра или едкого кали проводят путем титрования раствором кислоты раствора щелочи в присутствии 1—2 капель 0,1%-ного раствора метилового оранжевого. Однако этот метод установления концентрации кислоты менее точный, чем приведенный выше. Его обычно используют при контрольных проверках концентрации кислот. В качестве исходного раствора часто пользуются раствором щелочи, приготовленным из фиксанала.
Нормальную концентрацию раствора кислоты N2 рассчитывают по формуле:
где N1 — нормальная концентрация раствора щелочи;
V1 — объем раствора щелочи, взятый для титрования;
V2 — объем раствора кислоты, израсходованный на титрование (средняя величина сходящихся результатов титрования).
Пример 8. Определить концентрацию раствора серной кислоты, если на титрование 25,00 мл 0,1000 н. раствора едкого натра израсходовано 25,43 мл раствора серной кислоты.
Источник