Versuchsprotokoll Grundpraktikum Analytische Chemie WS 09/10. V1/3: Iodometrie Iodometrische Bestimmung von Iodat und Kupfer

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1 Versuchsprotokoll Grundpraktikum Analytische Chemie WS 09/10 V1/: Iodometrie Iodometrische Bestimmung von Iodat und Kupfer Versuchsdurchführung: Protokollabgabe: durchgeführt von: Sven Otto

2 1 Theoretische Grundlagen Die Iodometrie basiert auf der Redoxreaktion von elementaren Iod zu Iodid: I e 2 I (1) Es ist möglich Reduktionsmittel dirkekt mit Iod zu titrieren, da diese von ihm oxidiert werden würden. Um Oxidationsmittel zu titrieren wird ein Überschuss an Kaliumiodid zugegeben und das entstandene Iod dann mit einem geeigneten Reduktionsmittel (Natriumsult, arsenige Säure oder wie im Versuch Natriumthiosulfat) titriert: 2 S 2 O 2 + I 2 S 4 O I (2) Als Indikator dient dabei Stärkelösung, Iod bildet mit Stärke den tiefblauen Iod-Stärke Komplex. Die Titration muss im Saueren oder Neutralen erfolgen, da im Basischen das Tetrathionat zum Sulfat weiteroxidiert werden könnte. Wird nun Kupfer tiriert läuft folgende Reaktion ab: 2 Cu I 2 CuI +I 2 () Durch die Schwerlöslichkeit des Kupferiodids und einen genügend groÿen Überschuss an Iodid in der Lösung lässt sich das Gleichgewicht weit genug verschieben um eine quantitative Analyse zu ermöglichen. Iodat lässt sich ebenfalls iodometrisch bestimmen: IO + 5 I + 6 H + I 2 + H 2 O (4) Im Versuch sollen Kupfer und Iodat nebeneinander bestimmt werden. Dazu muss das Iodat abgetrennt werden um die Kupferionenkonzentration zu ermitteln und aus der Diernz der Gesammtkonzentration an Kupfer und Iodat und der Kupferkonzentration die Iodatkonzentration zu berechnen. Zur Trennung wird ein Anionentauscher verwendet. Ionentauscher bestehen aus einem Harz welches als Träger für verschiedene funktionelle Gruppen dient, an denen der eigentliche Trennungsvorgang stattndet. Sollen Anionen ausgetauscht werden, so handelt es sich um quartärnäre Ammoniumgruppen um Kationen zu Tauschen werden Sulfonsäurereste vewendet. Harz-NR + OH + A Harz-NR + A + OH (5) Harz-SO H + + Me + Harz-SO Me + + H + (6) Bei den quartären Ammoniumgruppen werden meist Methylreste verwendet. 2

3 2 Durchführung 2.1 Chemikalien Kaliumiodid KI R: - S: - 0, 2 M Salzsäure R: 4-7 S: (1/2) lösliche Stärke Natriumthiosulfat Na 2 S 2 O R: - S: - Kaliumiodat KIO R: 8-6/7/8 S: Ionentauscherharz 2.2 Herstellen der Anionentauschersäule Die Säule wurde unten mit einem Propfen aus Glaswolle abgedichtet und dann vorsichtig mit dem aufgeschlämmten Ionentauscherharz aufgefüllt. Dabei musste darauf geachtet werden, dass keine Luftblasen im sedimentierten Harz eingeschlossen werden. Es wurde so lange aufgefüllt bis die Säule eine Höhe von etwa 0 cm hatte. Dann wurde noch mit 100 ml NaCl-Lösung und dannach mit der gleichen Menge Wasser gespült. Zuletzt musste die Säule noch regeneriert werden. Dazu wurden zweimal je 10 ml der N acl- Lösung auf die Säule gegeben und langsam eluiert (ca. 1 Tropfen pro Sekunde) und dannach viermal mit je 10 ml destillierten Wasser nachgespült. 2. Herstellen der Thiosulfatlösung und Titerbestimmung Zur Herstellung von einem Liter 0, 1 M Thiosulfatlösung wurde zunächst eine entsprechnde Menge Natiumthiosulfat eingewogen und aufgelöst. Die Bestimmung des Titers erfolgte mit dem Urtiter Kaliumiodat. Dazu wurden etwa 100 mg KIO auf der Analysewage eingewogen, in Wasser gelöst und mit der Thiosulfatlösung titriert. Zur Titration wurde die 5 ml-mikrobürette verwendet, die KIO -Lösung mit KI (ca. 2 g in ca. 25 ml Wasser) und 15 ml 2 M Salzsäure versetzt und sofort zu titrieren begonnnen. Sobald sich die Lösung schwach gelb (beige, hellbraun) färbte, wurde die Stärkelösung als Indikator zugegeben und bis zum Umschlag von dunkel blau auf weis weitertitriert.

4 2.4 Bestimmung des Kupfer- und Iodatgehalts Als erstes wurden je zweimal 15 ml der Analyselösung zu Bestimmung des Gesamtgehalts an Kupfer und Iodat wie oben beschrieben titriert. Dannach wurden 15 ml der Analyselösung auf die Austauschersäule gegeben und mit 40 ml Wasser nachgespült. Nachdem die Kupferlösung vollständig elluiert war (zu erkennen an der Färbung des Glaswollepropfens) wurde die Lösung ebenfalls titriert um den Kupfergehalt der Probe zu ermitteln. Nach Regeneration der Säule wurde dies noch einmal wiederholt. Auswertung.1 Titerbestimmung der NaS 2 O -Lösung Es wurden zwei Titer bestimmt, einmal für die Titration der gesammten Lösung und einmal für die Titration der Kupferlösung. Der Titer kann aus eingewogner Masse Urtitersubstanz (KIO ) und dem bei der Titration verbrauchten Volumen Na 2 S 2 O berechnet werden: IO + 5 I + 6 H + I 2 + H 2 O (7) 2 S 2 O 2 + I 2 S 4 O I (8) n KIO = m KIO M KIO (9) c Na2 S 2 O = 6 n KIO V Na2 S 2 O (10) f = c Na 2 S 2 O 0, 1 mol /L (11) Tabelle 1: Titerbestimmung Titer m KIO/mg V Na2 S 2 O /ml f f 90,8 25,5 0, , ,6 28,6 0, , 25,1 0,998 0,998.2 Berechnung des Kupfer- und Iodgehalts Zunächst wrd der Kupfergehalt bestimmt. Die Stomenge an Cu 2+ kann mit bekanntem Titer einfach berechnet werden: n Cu 2+ = V Na2 S 2 O f 2 0, 1 mol /L (12) 4

5 Um die gesammte in der Probe enthaltene Masse zu erhalten muss noch der Aliquot ( 15 ml /100 ml) berücksichtigt werden: m Cu 2+ = 20 / n Cu 2+ M Cu 2+ (1) So erhält man: Tabelle 2: Kupfergehalt Titration V Na2 S 2 O /ml n Cu 2+ /mol m Cu 2+,ges/mg m Cu 2+,ges/mg 1 12,0 1, ,0 2 12,65 1, ,8 527,4 Zur Bestimmung von IO muss zunächst der Kupfergehalt mit berücksichtig werden und von der tirierten Stomenge Natriumthiosulfat der Teil abgezogen werden, der für die Oxidation des Cu 2+ verantwortlich ist: n Na2 S 2 O = V Na2 S 2 O f 1 0, 1 mol /L (14) n Na 2 S 2 O = n Na2 S 2 O n Cu 2+ (15) Um die Stomenge an Iodat zu berecnen muss nun noch die Gleichungen 7 und 8 berücksichtigt werden: n IO = n Na 2 S 2 O 6 Entsprechen ergibt sich die Masse unter Berücksichtigung des Aliquoten aus: m IO = 20 / n IO M IO (16) (17) So folgt: Tabelle : Iodatgehalt Titration V Na2 S 2 O /ml n IO /mol m IO,ges/mg m IO,ges/mg 1 21,05 0, , 2 21,20 0, ,2 162,7 Insgesammt können die Massenkonzentrationen also angegeben werden mit: β Cu 2+ = 527, 4 mg /100 ml (18) β IO = 162, 7 mg /100 ml (19) 5

6 4 Fragen 1. Wie lautet die Reaktionsgleichung für die in diesem Versuch durchgeführte Abtrennung von Iodat am Anionenaustauscher? Harz-NR + Cl + IO Harz-NR + IO + Cl (20) 2. Der Anionentauscher wird in basischer Form ausgeliefert. Was geschieht, wenn die Probelösung ohne vorheriges Spülen mit NaCl-Lösung aufgegeben wird? Bliebe der Anionentauscher in seiner basischen Form würden beim Austausch OH - Ionen frei werden, die mit dem Cu 2+ schwerlösliches Kupferhydroxid bilden und die Menge an eluierten Kupferionen veringern würden: Cu 2+ + c OH Cu(OH) 2 (21) 5 Anhang Literatur [1] Grundpraktikum Analyitsche Chemie, Skriptum für das Wintersemester 2009/ Prof. Dr. Thorsten Homann, Prof. Dr. Nicolas Bings; ; 20AC%20II%20Analytik%20WS0910.pdf 6