HCl–NH4Cl混合溶液中各组分浓度的测定

分析化学实验方案设计题目：HCl-NH4Cl混合液中各组分含量的测定课程名称：分析化学实验班级：12应用化学2姓名：郭奕华学号：12104032008时间：2013.11.18设计思想一、方法选择依据HCI-NH4CI混合溶液中，HCI是强酸，可以直接准确滴定；NH4+（cka＜10-8）的酸性太弱，可以用甲醛法测定。加入甲醛溶液将NH4+强化，使其生成（CH2）6N4H+及H+，就可用NaOH标准溶液直接滴定。先用甲基橙作指示剂，用NaOH标准溶液滴定至溶液由红色变为橙色即为终点，在此溶液中加入一定量的甲醛，用酚酞作指示剂继续用NaOH标准溶液滴定到终点，即溶液由红色逐渐变为橙色直至黄色，然后又出现微橙色保持半分钟不褪色。平行测定三次，根据试样量和NaOH标准溶液用量便可计算出HCl与NH4Cl各组分的浓度。该方法简便易操作，且准确度较高，基本符合实验要求。二、试样量及标准溶液浓度确定依据查找相关资料可知，测定HCl与NH4Cl混合溶液中各组分的含量有三种常用的方法：1、是先取一份溶液用NaOH标准溶液直接滴定，并以酚酞为指示剂，根据反应过程中消耗的NaOH溶液的体积即可求出HCl的量；另取一份溶液用沉淀滴定法用AgNO3溶液滴定并以K2CrO4为指示剂，在中性或弱碱性溶液中，由于AgCl溶解度小于Ag2C2O4溶解度，因而AgCl沉淀完全后，过量的AgNO3溶液与C2O42-作用生成砖红色沉淀，到达稳定[4]。溶液待反应中止后将沉淀洗涤干净，干燥后在分析天平上准确称量沉淀的质量。根据沉淀的质量即可出HCl与NH4Cl的总量。这种方案的缺点是实验操作繁琐而Cl—可能沉淀不完全，误差较大。2、蒸汽法。即取一份混合溶液并往其中加适量的NaOH溶液并加热使NH4+全部转化为NH3，再用过量的HCl吸收NH3，最后用NaOH标准溶液反滴定剩余的HCl。根据反应过程中消耗的HCl和NaOH标准溶液即可求出NH4+的量;另取一份溶液用NaOH标准溶液滴定并以酚酞为指示剂，根据反应过程中消耗的NaOH溶液体积即可取出HCl的量。此方法的缺点是生成的NH3不能被完全吸收导致测量结果偏小，且不易操作。3、用连续滴定法取一份溶液用NaOH标准溶液滴定并用甲基橙作指示剂，待指示剂变色时停止滴定；然后加入适量的甲醛并加入酚酞作指示剂继续滴定直至溶液变色，根据两次消耗NaOH标准溶液的体积即可求出HCl与NH4Cl混合溶液中各组分含量。通过比较，该法操作简便且准确度相对较高。三、问题讨论HCl-NH4Cl试液可采用双指示剂法分别滴定HCl和NH4Cl，因为4<pka(氯化铵)<10，所以可准确滴定HCl，而且c*Ka<10-8，不能直接滴定混合酸总量，所以只能分别滴定。利用V1，V2，和计算公式：可以计算出HCl和NH4Cl的组分含量。同时,利用甲醛法将不能直接滴定的NH4Cl转化为其他酸性变得更强，使得反应完成的程度变高和指示剂的变化更明显，进而达到能直接滴定的目的。HCl–NH4Cl混合溶液中各组分浓度的测定一、实验原理1、0.10mol·L-1NaOH标准溶液浓度的标定NaOH溶液浓度的标定：邻苯二甲酸氢钾（KHP）,易制得纯品，空气中不吸水，，容易保存，摩尔质量大，是较好的基准物质。KHP+NaOH≒KNaP+H2O反应产物为KNaP,是二元弱碱，，其水溶液显微碱性，可以选用酚酞作指示剂。计算公式：2、混合溶液的测定原理HCl–NH4Cl溶液可视为强酸和弱酸的混合溶液，溶液显酸性，所以选择NaOH溶液为滴定剂。由于NH3的Kb=1.8×10-5，则NH4+的Ka=5.6×10-10，所以cka（5.6×10-11）＜10-8，所以NH4CI不能直接滴定，只能先滴定HCl，反应的第一个计量点为NaCl和NH4Cl的混合溶液（显NH4+的弱酸性，因为NH4+的cka=0.05×0.56×10-9＞20Kw，c／Ka＞400，所以此时溶液的〔H+〕=(cka)1／2=5.3×10-6,PH=5.28,可以选用甲基红作指示剂）。由于NH4+的酸性太弱，所以采用甲醛法增强其酸度，反应为：4NH4++6HCHO≒（CH2）6N4H++3H++6H2O生成的H+和(CH2)6NH4+（ka=7.1×10-5）可以用NaOH标准溶液直接滴定其中的（CH2）6N4H+。然后再用NaOH进行滴定。计量点产物为（CH2）6N4，其水溶液显碱性。计量点时溶液的PH值：因为CspKb＞20Kw,Csp/Kb＞400所以〔OH-〕=3.4×10-5所以反应到第二计量点时溶液的pH=14-pOH=8.53，故选择酚酞作指示剂。滴定过程中溶液颜色的变化情况为：红色（MR）→橙色（MR,pH≈5.28）→亮黄色（MR）→橙黄色（MR+PP,pH≈8.53）计算公式：标定NaOH溶液：CNaOH=mKHP÷MKHP÷(VNaOH×10-3)标定HCl溶液浓度：CHCl=(CV1)NaOH÷VS标定NH4Cl溶液浓度：CNH4Cl=(CV2)NaOH÷VS二、仪器试剂1、仪器：全自动电光分析天平(万分之一)，电子秤，药匙，称量瓶，玻璃棒，洗瓶，药匙，烧杯（100mL，500mL），塑料试剂瓶（500mL），滴定台架，碱式滴定管（50mL），胶头滴管，移液管（25mL）,锥形瓶（250mL，3个）,吸耳球等。2、试剂：NaOH（A.R.）(s)，邻苯二甲酸氢钾(KHP)基准物质，甲醛（40％，中性），甲基红指示剂（2g/L），酚酞指示剂（1g/L），试样溶液（HCl和NH4Cl的浓度均约0.10mol/L），蒸馏水三、实验步骤1、0.10mol/LNaOH标准溶液的配制和标定(1)0.10mol/LNaOH标准溶液的配制在电子秤上称取2.0-2.5gNaOH固体，在500mL烧杯中溶解，溶解后加蒸馏水至500mL刻度线并转入试剂瓶中，摇匀备用。(2)NaOH溶液浓度的标定在分析天平上用称量瓶准确称取三份0.4-0.5g的邻苯二甲酸氢钾于锥形瓶中，加20-30mL蒸馏水在水浴中使其完全溶解，待冷却后加入1到2滴酚酞指示剂，充分摇匀，用已配好的0.1mol/LNaOH溶液滴定，待锥形瓶中溶液颜色由无色变为微红色，且半分钟不退色即为终点。平行测定三份，记录数据并根据消耗NaOH溶液的体积计算NaOH标准溶液的浓度和其相对平均偏差（≤0.2%）。2、混合溶液中各组分含量的测定用移液管准确移取20.00mL混合溶液于锥形瓶中，滴加1～2滴甲基红，摇匀后，用NaOH标准溶液滴定，当溶液颜色变为橙色时（30s内不褪色）即为终点，停止滴定，所用NaOH溶液的体积。继续加入5mL40％的已中和的甲醛溶液，滴加1～2滴酚酞指示剂，摇匀，放置1分钟后，溶液呈红色，用NaOH标准溶液滴定至溶液颜色变为橙色（黄色与粉红色的混合色）并半分钟不褪色即为终点，所用NaOH溶液的体积，平行滴定三次，计算各组分的浓度，要求其相对平均偏差不大于0.2％。，四、注释五、实验中应注意的事项1、注意尽量减少实验时的随机误差2、注意滴定时的正确操作：点滴成线，逐滴滴入，半滴滴入2、注意滴定时指示剂的用量3、注意测定混合溶液中各组分含量时，测完一份再移取一份试样进行测定，防止空气中CO2的影响参考文献[1]华中师范大学等编,分析化学,上册,（第三版）.北京:高等