Определение фенола методом броматометрического титрования

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

химический факультет

кафедра аналитической химии

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Определение фенола методом броматометрического титрования»

Выполнил студент II курса 4 гр.

Мельниченко Д.В.

Научный руководитель

доцент Садименко Л.П.

Ростов-на-Дону

1.

Введение

…3

2. Теория броматометрического метода анализа…4

3. Техника титрования…5

4. Достоинства и недостатки броматометрического метода…6

5. Фенолы…7

6. Определение фенола…8

7.

Список литературы

…10

Введение.

Титриметрический метод анализа основан на изменении количества реагента строго определённой концентрации и известного состава в момент установления точки эквивалентности. Стремясь не пропустить точку эквивалентности, реактив прибавляют постепенно, по каплям. Примером может служить определение количества кислоты титрованием ее щелочью в присутствии индикатора, который способен изменять окраску, если после точки эквивалентности появился даже ничтожный избыток щелочи. Титриметрические методы отличаются высокой точностью и быстротой определения. В отличие от гравиметрических методов, они позволяют последовательно определять несколько компонентов.

Химические реакции, используемые в методах титриметрии, разнообразны. Все они, однако, относительно быстрые. Реактивы, используемые для титрования, должны быть устойчивы при хранении, к действию света и т. д. Реакцию можно использовать для титрования, если конечная точка титрования без особого труда обнаруживается химическими (с помощью индикатора — вещества способного менять цвет в этой точке) или физическими методами (измеряя силу тока, электродный потенциал и т. д.).

Довольно часто применяют, например, реакции, продуктом которых является малорастворимое соединение, — осадительное титрование. В качестве индикаторов помимо давно известных могут служить некоторые реагенты, первоначально предложенные для фотометрического определения соответствующих элементов. Так, для определения бария и сульфат-ионов путем осаждения сульфата бария успешно используют реагент нитхромазо, который был синтезирован сначала как фотометрический реагент.

Более важны для аналитической практики окислительно-восстановительные реакции. Кроме широко применяемых классических окислительно-восстановительных методов — перманганатометрии, броматометрии, цериметрии — предлагаются новые приемы. Методы окислительно-восстановительного титрования получили широкое развитие. Предложен, в частности, новый прием — ванадатометрия, основанный на использовании ванадата аммония в качестве окислителя, индикатором служит фенилантраниловая кислота. Разработан метод меркуроредуктометрии; исследованы окислительно-восстановительные индикаторы, главным образом различные аналоги фенилантраниловой кислоты.

Быстро развиваются комплексометрические методы титрования, в основу которых положены реакции комплексообразования. Известны они не один десяток лет, но особое значение методы эти получили в послевоенные годы. В 30−40-е годы швейцарский химик Г. Шварценбах показал, что этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) образует с ионами многих металлов устойчивые комплексы постоянного состава, причем реакции идут быстро. Под названием «комплексоны» ЭДТА и особенно ее натриевая соль были предложены как реагенты для маскирования ионов металлов и для комплексометрического титрования. Были подобраны индикаторы, в числе первых был описан мурексид и эриохром черный Т.

В подавляющем большинстве случаев для титрования используют водные растворы. Однако неводное титрование в органических или неводных неорганических растворителях сулит подчас большие возможности. Одна из главных причин — дифференциация свойств различных веществ в таких растворителях. Если, например, две кислоты в воде полностью диссоциированы и титруются одновременно, то в правильно подобранном неводном растворителе их можно титровать раздельно. Общая теория неводного титрования с позиций теории растворов была разработана Н. А. Измайловым. Неводному титрованию посвящено немало работ, особого внимания заслуживает монография А. П. Крешкова «Кислотно-основное титрование в неводных растворах».

Титриметрические методы просты и доступны. Пипетки, бюретки, мерные колбы, конические колбы для титрования — вот почти весь немудреный набор оборудования. Однако разработано и разрабатываются много инструментальных методов. Прежде всего это касается фиксации конечной точки титрования: физико-химические и физические методы позволяют делать это объективно. Обычный прием едва ли не в любой лаборатории — потенциометрическое титрование. Развиты и применяются методы амперометрического титрования. Есть и другие способы определения конечной точки, включая самые современные — с использованием ионоселективных электродов. Несколько особый случай — титрование с использованием радиоизотопов (радиометрическое титрование). Инструментализация имеет и другую цель: автоматизировать операции. Не слишком сложный титратор позволяет проводить массовые определения с большой производительностью.

Теория броматометрического метода анализа.

Для титрования неорганических и органических соединений в прак-тике аналитической химии используют бром и бромат калия. Бромат является более сильным окислителем по сравнению с бромом

()

поэтому в качестве титранта преимущественно применяют раствор бромата.

Титрование стандартным раствором бромата основано на окислении восстановителей — олова (II), мышьяка (III), сурьмы (III), селена (IV), гидроксиламина, производных гидразина и т. п. в кислой среде

и может быть осуществлено прямым и обратным методами. Наряду с реакциями окисления — восстановления в присутствии бромидов наблюдаются также реакции присоединения брома и замеще-ние бромом, который образуется в процессе взаимодействия бромата с бромидом в кислой среде:

Поэтому очень часто титрование производят раствором смеси бромата и бромида калия в отношении 1:5.

В методе прямого титрования определение точки эквивалентности осуществляют визуально по изменению окраски титруемого раствора, индикаторным методом (органические азокрасители) и инструменталь-ными методами. В методе обратного титрования конечную точку титрования опреде-ляют, как правило, индикацией конца титрования избытка брома в при-сутствии индикатора — крахмал-иодид.

Техника титрования.

Титрование проводят в кислой среде в присут-ствии хлористоводородной или серной кислоты, способствующих мгно-венному выделению брома. Во многих случаях для улучшения растворимости анализируемого продукта наряду с водой применяют и неводные растворители (безвод-ную уксусную кислоту, спирты и др.). Во избежание улетучивания сво-бодного брома титрование, как правило, проводят при комнатной температуре, а иногда и при 0 °C. В особых случаях медленно протекающих реакций окисления — восстановления прибегают к нагреванию титруе-мого раствора до 40 — 70 °C. Для предотвращения потерь брома титрова-ние проводят в конических колбах, снабженных стеклянными притер-тыми пробками. Для ускорения реакций в титруемый раствор добавляют катализаторы: сульфат марганца или ртути (II), молибдат натрия и др.

В методах обратного титрования очень часто прибегают к поста-новке холостого опыта для того, чтобы уточнить, какое количество стан-дартного раствора титранта расходуется на титрование определенного объема реагента.

При титровании избытка брома добавляют иодид калия, реагирую-щий с бромом с выделением йода, который оттитровывают стандартным раствором тиосульфата в присутствии индикатора — крахмала.

Рабочий раствор броматометрии — бромат калия — обычно готовят по точной навеске его кристаллической соли. Препарат КВrО₃ получается достаточно чистым после перекристаллизации из воды и высушивания при 150…180°С. Титр раствора бромата иногда проверяют йодометрическим методом, добавляя KI к от-меренному объему бромата и титруя выделившийся йод тиосуль-фатом натрия. Водные растворы бромата калия устойчивы не-определенно долго. В практике используют также бромат-бро-мидные нейтральные растворы, содержащие бромат калия точно известной концентрации и примерно пятикратный избыток бро-мида калия. При подкислении такой раствор выделяет свобод-ный бром в количестве, эквивалентном взятому количеству бро-мата.

Кроме того, броматометрию применяют для определения многих других неорганических и органических соединений: фенолов и их произ-водных, аминов, аскорбиновой кислоты, 8-оксихинолина (и осаждаемых этими соединениями ионов: Мg²⁺, А1³⁺, В1³⁺, Fе³⁺, In³⁺ и др.), тиомочевины, меркаптанов и т. п.

Широкое применение в броматометрических определениях получила способность свободного брома вступать в реакцию замещения, присоединения и окисления-восстановления с некоторыми органическими соединениями по точному стехиометрическому уравнению без образования каких-либо побочных продуктов. Та-ким образом можно отметить два основных типа броматометрических определений. В реакциях первого типа непосредственно используется реакция бромата с определяемым восстановителем, а в реакциях второго типа участвует свободный бром, выделяю-щийся при взаимодействии бромата с бромидом. В реакциях первого типа также не исключается образование сво-бодного брома как промежуточного продукта реакции, — однако в таких реакциях бромид калия в реагирующую систему не вводят.

C₆H₅OH + 3Br₂ 3HBr + C₆H₂Br₃OH

H₂C=CH₂ + Br₂ H₂CBr-CBrH₂

Индикаторами броматометрии являются азокрасители, такие, как метиловый оранжевый или метиловый красный. В точке экви-валентности происходит необратимое окисление индикатора с об-разованием бесцветных продуктов. Азокрасители могут окислять-ся непосредственно броматом, поэтому перед точкой эквивалент-ности обычно вновь добавляют несколько капель индикатора, который обесцвечивается в точке эквивалентности. Обратимо изменяют свою окраску при проведении броматометрических определений n-этоксихризоидин, -нафтофлавон, хинолиновый желтый и др.

Достоинства и недостатки броматометрического метода.

Броматометрический метод отличается рядом достоинств по сравнению с дру-гими методами.

1. Бромат-бромидные растворы можно применять не только для определения восстановителей и окислителей, но и для анализа органиче-ских ненасыщенных, ароматических и гетероциклических соединений, а также для косвенного определения разнообразных ионов, осаждаемых в виде нерастворимых в воде соединений, например в виде оксихинолятов.

2. В отличие от стандартных растворов йода или брома, применяе-мых для анализа тех же соединений, растворы бромата калия устойчивы и не меняют своего титра в течение продолжительного времени. Поэтому при пользовании броматом получаются более надежные результаты ана-лиза.

3. При введении в бромат-бромидную смесь ионов ртути (II) увели-чивается потенциал системы бром — бромид благодаря образованию устойчивых комплексных ионов [HgBr₄]^2-; случае пре-вышает. При этом происходит окисление таких ионов и соединений, которые в отсутствие ионов ртути не окисляются бромат-бромидной смесью. Например, хром (III) легко окисляется до хрома (VI) в присутствии ионов ртути (II).

Броматометрический метод имеет также ряд недостатков.

1. Вода, присутствующая в растворе или образующаяся в процессе титрования неводных растворов, мешает определению многих органиче-ских соединений.

2. Окисление некоторых органических соединений сопровождается нежелательными побочными реакциями гидролиза, замещения и присо-единения, вызываемыми действием ионов воды и брома.

3. В ряде случаев реакции бромата калия с органическими веще-ствами протекают не в строго стехиометрических отношениях, что при-водит к искажению конечных результатов анализа.

Фенолы.

Фенолы — производные бензола с одной или несколькими гид-роксильными группами. Их принято делить на две группы — летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы).

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ. Фенолы являются одним из наиболее распространенных за-грязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками пред-приятий нефтеперерабатывающей, лесохимической, коксохими-ческой, и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10—20 г/л при весьма разнообразных сочетаниях.

В поверхностных водах фенолы могут нахо-диться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов. Фенолы в водах могут вступать в реак-ции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения

Хлорирование фенолсодержащих вод при водоочистке приводит к образованию хлорфенолов (фенола, ои м-крезолов и др.), которые даже при концентрации 1 мкг/л при-дают воде неприятный запах и вкус. Спуск в водоемы и водотоки фенольных вод резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые ор-ганизмы не только своей ядовитостью, но и значительным изме-нением режима биогенных элементов и растворенных газов (О₂, С0₂).

В токсикологическом и органолептическом отношении фенолы неравноценны. Летучие с паром фенолы более токсичны и обла-дают более интенсивным запахом при хлорировании, чем неле-тучие фенолы. Наиболь-шей токсичностью отличается гидрохинон, затем по уменьшению токсичности следуют нафтепы, кспленолы, пирокатехин, крезолы, фенол, резорцин, пирогаллол, флороглюцин. Токсикологические пороговые концентрации фенолов состав-ляют несколько миллиграммов в литре, органолептические значи-тельно ниже и для различных фенолов отличаются более чем в 1000 раз. Поэтому большое практическое значение имеет суммарное содержание фенолов.

Определение фенола.

Большое практическое применение имеет броматометрическое определение фенола. Определение фенола основано на том, что в анализируемый раствор вводится избыток бромат-бромидной смеси, которая в кислой среде выделяет свободный бром:

Образующийся бром реагирует с фенолом:

С₆Н₅ОН + ЗВг₂ С₆Н₂Вг₃ОН + 3HBr

При добавлении к этому раствору иодида калия избыточный, не прореагировавший бром окисляет иодид до йода, который титруют стандартным раствором тиосульфата натрия:

Br₂ + 2I = 2Br + I₂

I₂ + 2S₂O = 2I + S₄O

Реактивы:

1. Тиосульфат натрия 0,02 М раствор (или стандартизированный)^** При проведении данного анализа использовался стандартизированный раствор тиосульфата натрия с C=0,0184 М

2. Бромат-бромидная смесь.

3. Серная кислота 1 М раствор

4. Крахмал, 0,5% раствор

5. Иодид калия, KI (к)

Посуда:

1. Колба мерная 500 мл

2. Колба коническая 250−300 мл

3. Мерный цилиндр 20 мл

4. Пипетки 20 и 25 мл

5. Бюретка 25 мл

Выполнение работы.

Бромат-бромидный раствор можно приготовить по навеске: 0,334 г KBrO₃ и 1,2 KBr растворяют в дистиллированной воде и доводят до метки в мерной колбе вместимостью 500 мл, в этом случае концентрация приблизительно равна 0,024 М. Для получения такой же концентрации раствор можно приготовить из фиксанала KBrO₃ -KBr 0,1 Н, но в этом случае содержимое запаянной ампулы нужно растворить в 4 л дистиллированной воды.

Для анализа отбирают аликвоту (10 мл) раствора, содержащего 0,02−0,4 г/л фенола^*** В условиях данного эксперимента анализировался раствор содержащий 0,4009 г/л фенола^*, пипеткой в коническую колбу для титрования. Прибавляют 12 мл (пипеткой) бромат-бромидной смеси, 10 мл 1 М раствора серной кислоты, закры-вают пробкой и оставляют на 30 мин. Затем прибавляют 1 г иодида калия, взвешенного на технических весах, и снова закрывают пробкой. Через 5 мин титруют выделившийся йод раствором тио-сульфата натрия, прибавляя в конце титрования, когда окраска раствора станет светло-желтой, 2—3 мл раствора крахмала. Тит-рование продолжают до исчезновения синей окраски раствора. Проводят три титрования и рассчитывают средний объем V₁ из сходящихся результатов.

Определение общей массы брома, выделяющейся из бромат-бромидного раствора, выполняют следующим образом.

В чистые конические колбы приливают дистиллированную воду в том же объеме, в каком был взят анализируемый раствор, прибавляют 25 мл (той же пипеткой) бромат-бромидный раствор, 10 мл 1 М раствора серной кислоты, закрывают пробкой, выдерживают 30 мин, прибавляют 1 г иодида калия и также через 5 мин оттитровывают выделившийся иод тиосульфатом натрия. Титрование повторяют три раза, находят средний результат V₂.

Рассчитывают концентрацию (мг/л) фенола:

где m (¹/₆С₆Н₅ОН) — молярная масса эквивалента фенола; V_пр — объем пробы, взятый для анализа.

Результаты эксперимента:

С₁= (мг/л)

С₂= (мг/л)

С₃= (мг/л)

Математическая обработка результатов (P=0,95 t_{p, n-1}=4,30 при n=3)

На основании данного эксперимента можно сделать вывод о том, что метод броматометрического определения фенола вполне точный, т.к. были получены результаты, удовлетворяющие исходному условию. Оценка данных эксперимента методом математической обработки показала, что погрешность, связанная с различными факторами, присутствует только в третьем знаке после запятой, что допустимо для данного определения.

Важно также отметить, что данный метод достаточно быстрый (~50 мин), простой и не требует больших расходов.

1. В. Н. Алексеев «Количественный анализ», изд. «Химия», 1972.

2. А. П. Крешков «Основы аналитической химии», том 2,

изд. Москва, 1976.

3. В. П. Васильев «Аналитическая химия. Гравиметрический и титриметри;

ческий анализ", изд. Москва «Высшая школа», 1989.

4. Статья А. В. Бугаевского «Титриметрические методы».