Химия
8 класс
Вопрос
Взаимодействие воды с двуокисью серы и иодом находит широкое применение для количественного анализа воды, содержащейся, например, в растворах органических веществ. Этот способ анализа воды был предложен К. Фишером.
Для приготовления реактива Фишера 245 г иода и 192 г двуокиси серы растворяют в 790 г пиридина и разбавляют до объема $5,0 дм^3$ метанолом. Титр реактива Фишера определяют следующим способом: а) в высушенную колбу емкостью $250 см^3$ помещают $2,50 см^3$ воды и добавляют безводный метанол до метки; полученный таким образом раствор называют «титрованным раствором воды»; б) пробу «титрованного раствора воды» объемом $10,0 см^3$ титруют реактивом Фишера в присутствии крахмала до появления голубого окрашивания, при этом на титрование расходуется в среднем примерно $38,5 см^3$ реактива Фишера.
а. Вычислите, какое количество воды (мг) теоретически соответствует $1 см^3$ реактива Фишера, приготовленного описанным выше способом.
б. Чему в действительности соответствует титр реактива Фишера (мг воды/1 $см^3$ реактива) по приведенному выше среднему результату титрования?
в. Объясните причину расхождения титров, полученных при ответах на предыдущие вопросы.
г. Является ли пиридин органической кислотой или органическим основанием? Как вы представляете его роль в соответствии с законом действующих масс? Зачем в реактив Фишера в качестве составного компонента вводят пиридин?
д. Для определения содержания воды в метаноле ква лификации «чистый для анализа» его пробу объемом $25,0 см^3$ титруют реактивом Фишера, используя на титрование в среднем $3,78 см^3$ реактива с вычисленным ранее по экспериментальным определениям титром. Плотность метанола равна $0,797 г/см^3$.
Вычислите процентное (по массе) содержание воды в метаноле квалификации «чистый для анализа».
Ответ
Основная реакция происходит по уравнению
$SO_2 + I_2 + 2H_2O = H_2SO_4 + 2HI$.
В $5,0 дм^3$ раствора содержится $245 : 254 = 0,965$ моля $I_2$ и $192 : 64 = 3$ моля $SO_2$, но поскольку $SO_2$ берется в избытке, титр раствора следует рассчитывать по содержанию иода. $1 см^3$ раствора содержит $0,965/5 \cdot 5 \cdot 10^{-3} = 0,193$ моля $I_2$, что соответствует $0,193 \cdot 10^{-3} \cdot 36 = 6,95 \cdot 10^{-3}$ г воды.
Теоретически титр реактива Фишера равен $6,95 \cdot 10^{-3} \: г \: H_2O/см^3$.
Для титрования была взята проба, содержащая $2,5 \cdot 10^{-3}/25 = 100$ мг воды, при этом реальный титр реактива Фишера оказался равным $100 : 38,5 = 2,60 \: мг \: H_2O/см^3$.
Причиной отличия реального титра от теоретически вычисленного является трудность обезвоживания исходных реагентов: метанол, используемый как растворитель, содержит некоторое количество $H_2O$, которая реагирует с $SO_2$ и $I_2$ согласно приведенному выше уравнению, в результате реальный титр реактива Фишера понижается.
Пиридин принадлежит к органическим основаниям. Его роль, судя по всему, заключается в связывании образующейся серной кислоты, что смещает равновесие основной реакции вправо.
$25,0 \cdot 0,797 = 19,92$ г пробы метанола содержит $3,78 \cdot 2,60 = 9,83$ мг $H_2O$, следовательно, процентное содержание воды в метаноле квалификации «чистый для анализа» равно примерно $(NULL,83 : 19920) \cdot 100 \approx 0,05 \% $, что соответствует стандарту.