Номер 10, страница 283 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 39. Cepa - номер 10, страница 283.

Условие.

10. Важным методом количественного определения меди(II) является иодометрия. Раствор, в котором содержатся ионы меди $Cu^{2+}$, обрабатывают избытком иодида калия, а количество иода, образующегося в результате реакции, определяют с помощью тиосульфата натрия. Предложите способ осуществления такого количественного исследования. Составьте уравнения реакций, которые лежат в его основе. Сформулируйте преимущества и недостатки применения тиосульфата натрия в иодометрии.

Решение.

Решение 2.

Иодометрическое определение меди(II) является методом косвенного титрования. Суть метода заключается в двух последовательных реакциях. Сначала ионы меди(II) вступают в реакцию с избытком иодида калия, в результате чего выделяется молекулярный иод, количество которого эквивалентно количеству ионов меди в исходном растворе. Затем выделившийся иод титруют стандартным раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора.

Способ осуществления количественного исследования

1. Подготовка пробы. В колбу для титрования отбирают точную аликвоту (известный объем) анализируемого раствора, содержащего ионы $Cu^{2+}$. Раствор подкисляют, чтобы предотвратить гидролиз солей меди и ускорить реакцию.

2. Реакция с иодидом калия. К подготовленной пробе добавляют избыток раствора иодида калия ($\text{KI}$). Происходит окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой ионы $Cu^{2+}$ восстанавливаются до $Cu^{+}$, образуя нерастворимый иодид меди(I) ($CuI$), а иодид-ионы окисляются до молекулярного иода ($I_2$). Раствор приобретает бурый цвет из-за образовавшегося иода. Реакцию проводят в закрытой колбе и выдерживают некоторое время в темном месте для полноты протекания.

3. Титрование. Полученный раствор с выделившимся иодом титруют стандартным (с точно известной концентрацией) раствором тиосульфата натрия ($Na_2S_2O_3$) из бюретки. В ходе титрования иод восстанавливается до иодид-ионов, а тиосульфат-ионы окисляются до тетратионат-ионов.

4. Определение точки эквивалентности. В качестве индикатора используют раствор крахмала. Его добавляют не в начале титрования, а ближе к концу, когда окраска раствора из бурой станет светло-желтой. При добавлении крахмала раствор окрашивается в интенсивный сине-черный цвет из-за образования адсорбционного комплекса иода с крахмалом. Титрование продолжают до исчезновения синей окраски, то есть до полного обесцвечивания раствора. В этот момент фиксируют объем титранта, пошедший на реакцию.

5. Расчеты. Зная объем и концентрацию раствора тиосульфата натрия, рассчитывают его количество вещества. Затем, используя стехиометрические коэффициенты уравнений реакций, находят количество вещества иода, а по нему — количество вещества ионов меди(II) в исходной пробе.

Ответ: Количественное определение меди(II) проводят методом обратного иодометрического титрования: к анализируемому раствору добавляют избыток иодида калия, а выделившийся в результате реакции иод оттитровывают стандартным раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала в качестве индикатора.

Уравнения реакций, которые лежат в основе метода

1. Реакция ионов меди(II) с иодид-ионами:
$2Cu^{2+} + 4I^- \rightarrow 2CuI \downarrow + I_2$

2. Реакция титрования иода тиосульфатом натрия:
$I_2 + 2Na_2S_2O_3 \rightarrow 2NaI + Na_2S_4O_6$
или в ионном виде:
$I_2 + 2S_2O_3^{2-} \rightarrow 2I^- + S_4O_6^{2-}$

Из уравнений видно, что 2 моль $Cu^{2+}$ эквивалентны 1 моль $I_2$, который в свою очередь эквивалентен 2 моль $Na_2S_2O_3$. Таким образом, устанавливается прямое соотношение:
$n(Cu^{2+}) = n(Na_2S_2O_3)$

Ответ: Основные реакции метода: $2Cu^{2+} + 4I^- \rightarrow 2CuI \downarrow + I_2$ и $I_2 + 2S_2O_3^{2-} \rightarrow 2I^- + S_4O_6^{2-}$.

Преимущества и недостатки применения тиосульфата натрия в иодометрии

Преимущества:
1. Тиосульфат натрия ($Na_2S_2O_3 \cdot 5H_2O$) — доступный, недорогой и достаточно чистый реактив, который можно использовать для приготовления стандартных растворов (хотя он и является вторичным стандартом).
2. Реакция между тиосульфатом и иодом протекает быстро, стехиометрически и количественно, что обеспечивает высокую точность анализа.
3. Метод позволяет использовать очень чувствительный и специфичный индикатор — крахмал, который дает резкий переход окраски в точке эквивалентности (от сине-черной к бесцветной).

Недостатки:
1. Растворы тиосульфата натрия недостаточно устойчивы при хранении. Они могут разлагаться под действием кислот (даже угольной кислоты из воздуха) с выделением серы ($S_2O_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow S \downarrow + SO_2 \uparrow + H_2O$), а также под действием тиобактерий. Это требует периодической стандартизации (установления точной концентрации) раствора титранта.
2. В кислой среде тиосульфат-ион нестабилен, поэтому прямое титрование кислых растворов окислителей (которые требуют кислой среды для реакции с иодидом) невозможно. Это ограничение обходится методом косвенного титрования, как в случае с медью.
3. Окисление тиосульфата может идти не только до тетратионата, но и до сульфата при взаимодействии с сильными окислителями или при изменении pH, что нарушает стехиометрию реакции и приводит к ошибкам в анализе.

Ответ: Преимуществами являются доступность, высокая скорость и стехиометричность реакции, а также наличие чувствительного индикатора. Недостатками — нестабильность растворов тиосульфата натрия при хранении и в кислой среде, что требует их регулярной стандартизации и накладывает ограничения на условия проведения анализа.