Determinación de la constante de equilibrio de disociación de electrolitos débiles y la solubilidad de sales poco solubles mediante el método de conductividad
?
En primer lugar, el propósito del experimento
Comprender el método para medir la concentración de soluciones diluidas;
Medir el producto de solubilidad de sales poco solubles;
3. Consolidar conceptos como actividad, concentración de actividad y coeficiente de correlación.
2. Principio experimental
Algunos iones están en equilibrio a una determinada temperatura y se forma una solución saturada de la sal insoluble del electrolito en la solución. siguiente:
Estrictamente hablando, la constante de equilibrio del producto de solubilidad se llama producto de solubilidad, o simplemente producto de solubilidad de la acción iónica limitada por solución correspondiente al producto de actividad del ión, pero se considera que la fuerza iónica de una solución saturada que casi no contiene electrolito es muy pequeña y no necesita usarse como advertencia por actividad de concentración.
En cloruro de plata
Se puede ver en la fórmula anterior que si se mide la concentración de iones de electrolitos insolubles en una solución saturada, se puede calcular el producto de solubilidad del producto de solubilidad. . Por lo tanto, se mide la concentración de iones medida final. Diseñe un método para determinar la concentración y encuentre el producto de solubilidad del método de medición.
Los métodos específicos para medir la concentración incluyen el método de titulación (como el producto de solubilidad de AgCl), el método de intercambio iónico (como el producto de solubilidad de sulfato de cobre), el método de conductividad (como el producto de solubilidad de AgCl), el método de electrodo iónico ( Como el producto de solubilidad del cloruro de plomo), método de potencial del electrodo (relación del producto de solubilidad), es decir, espectrofotometría (como el producto de solubilidad del hidroyodato de cobre).
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i.Determinación del producto de solubilidad del sulfato de calcio (método de intercambio iónico)
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En primer lugar, el propósito del experimento
1. Practicar el uso de resina de intercambio iónico.
Comprender los principios y principios del uso del método de intercambio iónico; Determinar la solubilidad y el producto de solubilidad del método del sulfato de calcio.
Practicar adicionalmente las operaciones de titulación y filtración ácido-base en la atmósfera.
2. Principio experimental
La resina de intercambio iónico es un polímero esférico sólido sintético que se puede intercambiar con otras sustancias. Las moléculas de intercambio iónico que contienen grupos ácidos contienen grupos reactivos especiales. Los cationes son resinas de intercambio catiónico que contienen grupos básicos y pueden intercambiarse con otras sustancias, resinas de intercambio aniónico. Resina de ácido poliestireno sulfónico, la más utilizada es la resina de intercambio catiónico de ácido fuerte, su fórmula estructural se puede expresar como:
Este experimento consiste en utilizar una resina de intercambio catiónico de ácido fuerte (R-so3h) (tipo 732) para intercambiar ácido sulfúrico Ca2+ en solución saturada de calcio;
2R-SO3H+Ca +→(R SO3)2 Ca+2H+
?
El sulfato de calcio es una sal ligeramente soluble, y la porción más allá de su solubilidad aumenta el equilibrio entre los pares iónicos y los iones simples en una solución saturada de sulfato de calcio de iones Ca2+ y SO42-;
Ácido sulfúrico Calcio (AQ) = Ca2+SO42- interno
A medida que el equilibrio de intercambio iónico Ca2+ se desplaza hacia la derecha, la solución fluye a través de la resina de intercambio y se obtienen los resultados de la disociación del sulfato de calcio (ag) son todos del efluente [H+], ¿Convertir a solubilidad molar del sulfato de calcio en H+? :
?
[H+] se puede medir con un acidómetro o una tabla de titulación de solución estándar de NaOH. Aquí se introduce la titulación.
Supongamos [Ca2+] = C[SO4^2-] = C de solución saturada de sulfato de calcio, y luego presione [sulfato de calcio (AQ)] = Y-C
y
KD, 25℃, constante de disociación iónica Kd = 5,2×10-3.
y
A partir de la ecuación c, el producto de solubilidad Ksp definido por producto de solubilidad = [Ca2 + interno] [SO 4 2-] = C2 se obtiene de la siguiente manera.
3. Pasos experimentales.
1. Columna empaquetada de intercambio iónico (en lugar de bureta alcalina), lave una pequeña cantidad de fibra de vidrio o selle el fondo lleno con grasa de algodón. Pese una cierta cantidad de resina de intercambio catiónico de ácido fuerte 732 en un vaso pequeño, sumérjalo en agua destilada. se agita y luego se retira con agua. Las partículas en suspensión y las impurezas se transfieren a la columna de intercambio iónico. Abra el extremo inferior de la abrazadera de la perilla de la columna de intercambio, deje que el agua fluya lentamente, hasta que el nivel del líquido esté aproximadamente 1 cm por encima de la resina, y apriete el tornillo de sujeción. Si hay burbujas, se sujeta la varilla de vidrio. Retire las burbujas de aire y agregue una pequeña cantidad de fibra de vidrio (o algodón) a la resina anterior.
2.
Después de la transición para garantizar que Ca2+ se intercambie completamente en resina de H+ y Na+, el H+ formado debe convertirse completamente. Agregue 40 ml de solución de ácido clorhídrico de 2 mol/L en lotes a la columna de intercambio, controle el caudal de 80-85 gotas. por minuto, y deje que la solución de HCl fluya a través de la resina cruzada y manténgala así durante 10 minutos. [Nota: si se utiliza una buena resina tratada con ácido, se debe procesar directamente después de llenar la columna]. Enjuague la resina con 50-70 ml de agua destilada hasta que el valor de pH del efluente sea 6-7 (pruebe con papel de pH). .
3 Ponga 1 g de solución sólida de sulfato de calcio saturado analíticamente puro en aproximadamente 70 ml, hierva, enfríe en agua destilada a temperatura ambiente, agite durante 10 minutos, luego deje reposar durante 5 minutos, filtre el filtrado con solución cuantitativa. papel de filtro (papel de filtro, El embudo y la botella de succión deben estar secos) y saturado con solución de sulfato de calcio.
4. Utilice intercambio para absorber 20,00 ml de solución saturada de sulfato de calcio, inyéctelo lejos de la columna transversal, controle la velocidad del efluente de la columna de intercambio a 20-25 gotas/minuto y drene en un matraz Erlenmeyer limpio. La solución casi completamente saturada fluye hacia el lecho de resina. Después de lavar la resina con agua destilada (aproximadamente 50 ml de elución con agua), el pH del efluente es 6-7. Tenga cuidado de no perder aguas residuales durante el proceso de intercambio y lixiviación.
Utilice el método de titulación ácido-base para determinar la concentración de iones de hidrógeno 5 y agregue 2 gotas de indicador de bromotimolftaleína a las aguas residuales. Utilice una solución estándar de NaOH para valorar la solución de amarillo a azul brillante hasta alcanzar el punto final de la valoración. Registre con precisión el volumen de solución de NaOH utilizada y exprese la concentración de iones de hidrógeno en la solución usando la siguiente fórmula.
Registro de datos y resultados
¿Cuál es la temperatura del líquido saturado del sulfato de calcio
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¿El volumen de solución saturada que pasa por la columna de intercambio (mL)?
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NNaOH (mol/L)
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Fonio(ml)
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[Ion hidrógeno] mol/litro
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¿Cuál es la solubilidad del sulfato de calcio?
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Producto de solubilidad del sulfato de calcio Ksp
?
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Calcule los datos con un valor de Kd de aproximadamente 25 °C y escriba un informe experimental durante el proceso de cálculo.
¿Error de cálculo del análisis de errores, basado en el valor de la literatura? solubilidad del sulfato de calcio y discutir las razones del error.
Cinco preguntas
¿Por qué el caudal de líquido se controla demasiado rápido? ¿Por qué no se permiten burbujas de aire en la capa de resina? ¿Cómo evitarlo?
2. ¿Cuáles son los resultados experimentales del cálculo del producto de solubilidad del sulfato de calcio?
Para preparar una solución saturada de sulfato de calcio, ¿por qué se debe utilizar agua destilada con CO2 que ha sido eliminado?
¿Cuáles son los factores que afectan al resultado final de la medición? ¿Cuál cree que es el paso más crítico de toda la operación?
5. ¿Cuál es el significado de los siguientes resultados experimentales?
1) Transición, la resina no se puede convertir completamente a la forma H+.
2) No se permite enfriar la solución saturada de sulfato de calcio a temperatura ambiente en el filtro.
3) Filtrar el líquido saturado de sulfato de calcio en el embudo y recibir el líquido sin secar en el matraz.
4) Conversión, el eluyente fluye y detiene la elución y comunicación cuando es inferior a neutro.
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¿Cuál es el valor literario del producto de solubilidad adicional de sulfato de calcio
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T℃
? 0
? 10
? 20
? 30
? 40
?
Solubilidad × 102 mol/L
? 1.29
? 1,43
? 1,50
? 1,54
? /
?
La unidad es gramos por cien gramos (g/100g).
? 0,1759
? 0,1928
? /
? 0,2090
? 0,2097
?
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Material de lectura
Método de intercambio iónico
Los compuestos de la columna de intercambio iónico de la resina de intercambio iónico obtienen los productos correspondientes debido a los enlaces iónicos intercambiados, que se llama Para el método de intercambio iónico.
Este método es ampliamente utilizado para la separación, extracción y purificación de elementos, decoloración y purificación de materia orgánica, purificación de agua y como catalizador de reacción. , que es requerido por el método de intercambio iónico, incluida la resina de intercambio iónico de la columna de intercambio iónico correspondiente.
Las resinas de intercambio iónico incluyen las naturales y sintéticas, la más importante de las cuales es la resina orgánica sintética, que se utiliza principalmente como polímero de la estructura de la matriz de resina para entrecruzar el estireno y el divinilbenceno y luego conectar los correspondientes. grupo reactivo superior. La resina sintética de intercambio iónico es un polímero insoluble que contiene grupos reactivos y tiene una estructura de red. Hay muchos esqueletos de redes ionizables y algunos grupos activos de intercambio iónico en la solución circundante. La resina de intercambio iónico de red es extremadamente difícil de disolver en agua o soluciones ácidas y alcalinas, y es inactiva para la mayoría de los disolventes orgánicos, oxidantes, agentes reductores y calor.
A. Clasificación de las resinas de intercambio iónico
El papel de los grupos controvertidos y las diferentes resinas de intercambio iónico se pueden dividir en diferentes categorías. Por ejemplo, las resinas de intercambio catiónico se utilizan para reacciones de intercambio catiónico. , mientras que las resinas de intercambio iónico se utilizan para reacciones de intercambio catiónico. Las resinas de intercambio tienen funciones especiales para las resinas de intercambio aniónico.
1. La resina de intercambio catiónico es una resina con grupos de intercambio ácidos, incluido el grupo ácido sulfónico (-SO 3 H), el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo hidroxilo fenólico (-OH). En estas resinas, sus cationes pueden sufrir intercambio catiónico en solución. Según la fuerza y el valor de pH del grupo activo, la resina de intercambio catiónico se subdivide en resina de intercambio catiónico fuertemente ácida (el grupo activo es -SO 3 H), resina doméstica 732 (nueva marca 001-100), resina de intercambio catiónico de acidez media (Se han logrado nuevos resultados con grupos activos - PO3H2) y (# 401-500), resinas de intercambio catiónico débilmente ácidas (grupos activos - CO 2-C6H4OH, etc.) (como el tipo 724, # 101-200 nueva marca) etcétera.
2. La resina de intercambio aniónico contiene grupos reactivos alcalinos y los aniones de esta resina pueden ser soluciones de intercambio aniónico. Las resinas de intercambio aniónico fuertemente básicas (los grupos activos son bases de amonio cuaternario, como 711 #, 714 #, etc.) y las resinas de intercambio aniónico débilmente básicas se dividen a su vez en (los grupos activos incluyen grupos amina primaria, amina secundaria y amina terciaria). Como 701 #resina, etc. ) )
3. Tiene resinas funcionales especiales, como resina quelante, resina anfótera y resina redox (ver Tabla 2-8).
La aplicación debe basarse en los requisitos específicos de los diferentes tipos de resinas de intercambio iónico utilizadas en este experimento.
2. ¿Principios básicos del intercambio iónico
? El proceso de intercambio iónico consiste en que los iones en la solución se difunden a través de la resina que se difunde en partículas, y los iones H+ intercambiados se intercambian en la resina (o el grupo activo del plasma Na+) y se descargan. Por tanto, es reversible durante el proceso de intercambio iónico. Cuanto mayor sea la resina de intercambio catiónico, mayor será el potencial de intercambio de valencia iónica, es decir, el enlace con la resina.
En la Tabla 2-8, ¿cuál es el tipo de resina de intercambio iónico
Tipo
? ¿Grupo de actividades
? ¿Escribir
? ¿Situación
?
¿Resina de intercambio catiónico
? ¿Acidez fuerte
? Grupo ácido sulfónico
tipo H (R-SO 3 H) tipo Na (R-derivado afrodisíaco)
? 732, tipo IR-120
?
Grupo fosfato
Tipo H (R-PO3H2): Tipo Na (R-PO3N2).
?
?
Ácido débil
? Grupo ácido carboxílico
Tipo H (R-CO2H): Tipo Na (R-CO2Na).
Tipo 724, IRC-50
?
Tipo fenólico
Tipo hidrógeno tipo sodio
?
?
¿Resina de intercambio aniónico
? ¿Fuertemente alcalino
? Grupo amonio cuaternario
Tipo OH (R-NR`3OH)
Tipo cloro (r-NR "3cl)
? 717, tipo IRA-400
?
Débilmente básico
Grupo amino primario
Tipo OH (R-NH3OH)
Tipo cloro ( R-NH3Cl)
701, tipo IR-45
Grupo amino secundario
tipo OH (R-NR "H2OH) ")
¿Tipo de cloro (R-NR "H2Cl)
?
?
Grupo amina terciaria
Tipo OH (R-NHR`2OH)
Tipo cloro (R-NHR“2cl”)
?
?
Resina funcional especial
Resina quelante, resina anfótera, resina redox
?
Fuerte capacidad de cooperación:
k+& lt; ion sodio o ion hidrógeno
? De manera similar, a efectos de resultados, las resinas de intercambio iónico aumentan con la valencia del ión, como el potencial de intercambio en resinas aniónicas fuertemente básicas:
AC-F-OH-HCOO-h2po 4-HCO 3- bro 3-CL -<NO3-<NO2 bromado-
Generalmente se produce la denominada capacidad de intercambio de 1 g de resina seca. La capacidad de intercambio es el miliequivalente del número de intercambio iónico correspondiente. Las capacidades de intercambio de diferentes tipos de resinas son todas resinas de intercambio iónico fuertemente ácidas, generalmente ≥4,5 miliequivalentes/g de resina seca. Sólo de esta manera se puede calcular la cantidad mínima de resina, lo que requiere experimentos específicos.
3. Factores que afectan el intercambio de resina
Existen muchos factores que afectan el intercambio de resina, entre los que se incluyen principalmente los siguientes aspectos:
1. Las resinas de diferentes fabricantes tienen diferentes propiedades y las capacidades de intercambio de resina de diferentes modelos también son diferentes.
2. Resina pretratada o masa regenerada.
3. ¿La resina de la columna de intercambio iónico está llena de burbujas?
4. La relación entre el diámetro de la columna y la velocidad de salida causada por el proceso de intercambio iónico es un proceso de intercambio lento y este intercambio es un proceso reversible. El intercambio de velocidad de salida tiene un gran impacto en los resultados. La velocidad de salida es demasiado alta y es demasiado tarde, y el efecto de intercambio iónico del cruce no es bueno. Factores como la relación del diámetro de la columna de la tasa de flujo de salida [la relación entre la altura y el diámetro de la columna de intercambio iónico y la concentración de iones en la solución, la fase móvil y el intercambio iónico (Figura 2-35)]. es pequeño, la tasa de salida se puede aumentar apropiadamente. En el laboratorio, la relación del diámetro de la columna es de 10:1 o superior, y el caudal de salida para diámetros de columna más grandes se puede aumentar adecuadamente. Para obtener mejores resultados, la velocidad de salida generalmente se controla a 20-30 gotas/minuto.
4. Pretratar con resina nueva y regenerar con resina envejecida
1. El propósito del pretratamiento con resina de intercambio catiónico (1) Limpiar y eliminar algunas impurezas externas comprará una resina nueva y la remojará en agua, y no le molestará. Deseche la solución decapante y continúe cambiando el agua hasta que la solución decapante sea incolora. ⑵Corrosividad Debido a los requisitos de estabilidad, las nuevas resinas compradas son básicamente de tipo sodio. El uso de un tratamiento cáustico puede convertir algunos tipos sin sodio en tipos de sodio para facilitar el siguiente paso del procesamiento. Remojar el volumen aumentado en solución de NaOH al 8% durante 30 minutos, luego lavar el álcali separado con agua hasta neutralidad. (3) La solución de HCl con una tasa de conversión del 7% se usa tres veces, con un volumen de 30 minutos cada vez. Después de eso, separe el ácido y lave hasta neutralidad (nota: use agua destilada o desionizada por última vez).
2. Pretratamiento de la resina de intercambio aniónico (1) Agregue una cantidad igual de etanol al 50% a la resina de intercambio aniónico recién comprada, revuelva, déjela reposar durante la noche, retire el etanol y enjuague con agua limpia hasta que la solución decapante sea incolora e inodoro. ⑵ Use una solución de HCl al 7% tres veces, remoje durante 30 minutos cada vez, separe el ácido y lave con agua hasta que sea neutral. ⑶ Remojar en solución de NaOH al 8% 3 veces, remojar durante 30 minutos según el volumen cada vez y enjuagar con agua hasta que el valor de pH sea 8-9.
3. La decoloración y la pérdida de capacidad de intercambio con el tiempo se pueden tratar envejeciendo la resina para regenerar la resina de intercambio iónico.
Los métodos para regenerar la resina son similares pero diferentes, pero los pasos básicos son los mismos que los del pretratamiento. Primero enjuague y luego use el principio de reversibilidad del proceso de intercambio iónico para usar el intercambio iónico H+, Na+ (u OH-, Cl-). Navegador IE de resina. Durante el proceso de regeneración, se pueden utilizar métodos estáticos, métodos dinámicos y otros métodos. La resina de intercambio catiónico se regenera con 2 mol/l de ácido clorhídrico, por ejemplo: (1) Método estático. Después de enjuagar, agregue una cantidad adecuada (2-3 veces (por volumen) o más) a la resina durante 24 horas o más (siempre revuelva durante la colocación), deseche el ácido y lave hasta que quede neutro. (2) El método dinámico consiste en utilizar 2-3 veces el volumen de una solución de HCl de 2 mol/L (aproximadamente 7%) (u otro ácido), abrir la perilla del interruptor de la columna horizontal inferior y soltarla por primera vez. y el agua restante se descargará de la columna horizontal. Deje que el líquido fluya lentamente desde las aguas residuales cuyo valor de pH se está midiendo. Cuando las aguas residuales se vuelvan fuertemente ácidas en cualquier momento, apague la perilla y déjela reposar por un tiempo. y el resultado se completará (tranquilo de nuevo para ganar).
Nota (1) Para evitar la aparición de iones en el agua del grifo para el intercambio de resina durante el lavado, es mejor eliminar la mayor parte del ácido (o álcali) de la resina con agua destilada [el valor del pH del efluente es aproximadamente 2-3 (11-12)] (agua desionizada). (2) Se debe prestar especial atención cuando la resina de intercambio aniónico puede descomponerse fácilmente más de 40 veces. ⑶La resina se agrieta y se rompe gradualmente durante el proceso de pago, pero generalmente tarda de 3 a 4 años o incluso más y no es fácil de derramar. (4) La resina comercializada (o reciclada) debe usarse inmediatamente y no puede suspenderse durante mucho tiempo porque
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ⅰColumna de intercambio catiónico
ⅱColumna de intercambio aniónico
ⅲColumna de intercambio iónico mixto
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Figura 2-35 Figura 2-36 Diagrama esquemático del dispositivo de intercambio iónico de relación de diámetro de columna
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Su estabilidad es pobre. Las resinas catiónicas cruzadas de tipo Na+ son generalmente más estables que las resinas aniónicas de tipo H+ y Cl- y más estables que las resinas aniónicas de tipo OH. ⑸ La regeneración de la resina debe basarse en el ácido (álcali) de la resina. Por ejemplo, los iones combinados con Pb2+ y nitrato de plomo (NO3)2 deben ser solubles.
5. Operaciones específicas del método de intercambio iónico
1. La resina debe tratarse previamente o regenerarse y la resina convertida debe colocarse en agua destilada.
2. La selección del embalaje (1) se basa en el propósito y la situación del experimento.
Si se adsorben cationes inorgánicos o bases orgánicas, se debe utilizar una resina de intercambio catiónico. La adsorción posterior de aniones inorgánicos o resina de intercambio aniónico. debe usarse orgánicamente. Si se van a separar aminoácidos, como en las especies anfifílicas, se pueden utilizar resinas de intercambio catiónico. Después de fijar la oveja, use resina de intercambio aniónico para determinar el tipo requerido de grupo de intercambio de ácido débil (base) y se pueden usar otras resinas para una fuerte adsorción de iones de resistencia cruzada y para la adsorción de resistencia a ácido débil (base). Se debe seleccionar resina AC. Varios iones deben almacenarse en células débilmente adsorbidas y volver a seleccionarse después de ser adsorbidos por resinas de intercambio fuerte. Como catalizador se debe utilizar una resina de intercambio iónico de ácido fuerte (pico básico). (2) Durante el proceso de activación, cargue la columna rellena de resina en la columna de intercambio iónico. Embalaje de columna, el punto clave es que los huecos o burbujas no pueden ser resina. El método específico es: poner agua desionizada en la parte 1 de la columna de intercambio iónico, luego poner la resina y el agua en la columna, abrir la parte inferior del pistón y el agua comienza a fluir. Cuando se completa la adición gota a gota de la resina, la resina se lava con agua desionizada hasta que el pH del efluente sea neutro. Durante el proceso de empaquetamiento de la columna, se debe prestar especial atención a las capas de agua y resina para evitar burbujas de aire y fallas de la resina. Si se forman burbujas de aire sin querer, revuelva las ramas con una varilla de vidrio para mezclarlas con las burbujas de aire.
3. Gire la perilla del interruptor hacia afuera del extremo inferior de la columna de intercambio iónico de apertura cruzada y coloque la columna de intercambio iónico tratada en agua desionizada (Nota: después de más pruebas, el valor del pH del efluente es neutro. De lo contrario, continúe enjuagando con agua desionizada hasta neutralidad). Hasta que el agua desionizada que acaba de ocultar la resina se agregue a la columna de intercambio iónico de la solución de muestra a procesar (nota: cuando no están volteando la resina), la perilla del interruptor abre el extremo inferior de la columna de resina y el caudal se controla a 20-30 gotas por minuto. Cuando casi todo el líquido de la muestra haya entrado en la resina, agregue agua desionizada (nota: no debe haber agua durante el cruce de la capa de resina para evitar los efectos de burbujas y cruce) y continúe con el cruce. ⑷
Cálculo del método de regeneración de resina.