Определение относительного содержания анилина в техническом препарате методами нитритометрии и броматометрии с амперометрической индик

Федеральное агентство по образованию

Уральский государственный технический университет − УПИ

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

 

Кафедра аналитической химии

 

 

 

 

 

 

 

Определение относительного содержания анилина в техническом препарате методами нитритометрии и броматометрии с амперометрической индикацией точки эквивалентности

 

Курсовая  работа по аналитической химии

 

 

 

 

 

          

 

 

 

          

           Выполнил                                                    студент  гр. Х-37081

                                                                                                  Кармацкий А.А.

           Проверил                                                    доцент

                                                                                                  Зыскин В.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2009

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...3

Описание препарата………………………………………………………………4

Нитритометрическое определение содержания анилина……………………....6

Броматометрическое определение содержания анилина с амперометрической индикацией точки эквивалентности……………………………………………10

Статистическая обработка результатов………………………………………...17

Заключение……………………………………………………………………….19

Список литературы………………………………………………………………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Данная курсовая работа посвящена определению относительного содержания анилина в техническом препарате, синтезированного студентами на кафедре Органической химии УГТУ-УПИ, методами нитритометрии (химический метод) и броматометрии с амперометрической индикацией точки эквивалентности (физико-химический метод).

Объектом исследования являлся технический анилин.

Целью данной работы явилось определение относительного содержания анилина в техническом препарате с использованием двух методов: нитритометрии и броматометрии (с индикацией точки эквивалентности амперометрически).

Цель работы конкретизирована в следующих задачах:

• Изучение методов химического и физико-химического анализа;
• Экспериментальное определение содержания анилина в техническом препарате:
• Статистическая обработка результатов анализа.

Исследования выполнены в лаборатории кафедры Аналитической химии УГТУ-УПИ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание препарата

 

Свойства

Анилин (фениламин)  — органическое соединение с формулой С6H5NH2, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.

Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов. С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком. С другой стороны, под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол. Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок).

 

История

Впервые анилин был получен в 1826 году из индиго немецким химиком Отто Унфердорбеном (нем. Otto Unverdorben), который дал ему название кристалин. Современное название анилин получил в 1841 году после синтеза этого вещества в результате реакции индиго с гидроксидом калия. Слово анилин происходит от названия одного из растений, содержащих индиго — Indigofera anil (современное международное название растения — Indigofera suffruticosa). Промышленное производство фиолетового красителя на основе анилина началось в 1856 году. Важно было бы отметить, что рациональный способ получения анилина был разработан профессором Казанского университета Н. Н. Зининым (1842), впоследствии названный реакцией Зинина. До тех пор анилин получали восстановлением нитробензола молекулярным водородом. Практический выход анилина не превышал 15 %. Зинин усовершенствовал этот процесс. При взаимодействии концентрированной соляной кислоты с железом выделялся атомарный водород, более химически активный по сравнению с молекулярным. В реакционную массу вливали нитробензол, восстанавливавшийся до анилина.

 

Получение

Основной способ синтеза анилина - каталитическое восстановление нитробензола водородом в газовой или жидкой фазе. Газофазный процесс осуществляют при 250-350°C на Ni/Cu катализаторе 
C6H5NO2 + 3H2 = C6H5NH2 + 2H2O + 443.8 кДж/моль

По другому методу анилин получают аммонолизом фенола при 300-600°C и давлении выше 1 МПа в адиабатическом реакторе с неподвижным слоем катализатора (Al2O3 или алюмосиликат).

Мировое производство анилина около 1 млн. т/год.

 

Применение

В настоящий момент в мире основная часть (85 %) производимого анилина используется для производства метилдиизоцианатов (MDI), используемых затем для производства полиуретанов. Анилин также используется при производстве искусственных каучуков (9 %), гербицидов (2 %) и красителей (2 %).

В России он в основном применяется в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты), но в связи с ожидаемым ростом производства полиуретанов возможно значительное изменение картины потребителей в среднесрочной перспективе.

 

 

 

 

 

Нитритометрическое определение содержания анилина

 

Теоретические основы метода

Нитритометрия – метод титриметрического анализа, основанный на использовании в качестве титранта растворов нитрата натрия или нитрата калия. Нитриты обладают свойствами окислителей и используются, как правило, для количественного определения восстановителей Sn2+, Fe2+, As2O3.

При этом нитриты восстанавливаются до оксида азота (II).

Однако, в реакциях с более сильными окислителями (MnO42-, Cr2O72-) нитриты проявляют восстановительные свойства, окисляясь до нитрат-ионов.

Титрование стандартным раствором нитрата натрия применяют, главным образом, для определения органических веществ. Наибольшее число методов основано на легко протекающих в кислой среде реакциях нитрозирования:

R2NH + NaNO2 + HCl = R2N-N=O + NaCl + H2O

или диазотирования:

R-NH2 + NaNO2 + 2HCl = [R-N2+]Cl- + 2H2O + NaCl

Реакция диазотирования органических соединений протекает количественно и широко используется в анализе органических соединений и лекарственных препаратов, имеющих аминогруппу – стрептоцида, сульгина, норсульфазола, а также анилина:

Ph-NH2 + NaNO2 + 2HCl = [Ph-N2+]Cl- + 2H2O + NaCl

Нитрит натрия, в связи с особенностями своего химического поведения, не является первичным стандартом, поэтому приготовленные растворы требуют стандартизации.

В качестве первичного стандарта обычно применяют сульфаниловую кислоту, которая легко доступна в чистом состоянии. Поскольку сульфаниловая кислота содержит переменное количество кристаллизационной воды (1 или 2 молекулы) ее обезвоживают при 105ºС до постоянной массы.

Стандартизацию нитрита натрия проводят по реакции диазотирования с сульфаниловой кислотой, так как она содержит аминогруппу. Так как сульфаниловая кислота плохо растворима в воде, ее растворяют в присутствии NaHCO3, переводя ее в растворимую в воде натриевую соль. Для создания кислых условий добавляют соляную кислоту (1:3), помимо этого добавляют около 1г. KBr и титруют раствором нитрита натрия, используя в качестве индикатора тропеолин 00 (необратимый редокс-индикатор) в смеси с метиленовым синим (служит в качестве светофильтра) до перехода окраски из фиолетового цвета в зеленый.

Непосредственно определение анилина проводят аналогичным образом, предварительно взяв точную навеску анилина и растворив его в воде в мерной колбе (при необходимости подогревая ее).

 

Ход работы

1) Приготовление первичного стандарта. Берут точную навеску (около 1,7г.) сульфаниловой кислоты, количественно перемещают в мерную колбу на 200,00 мл,  растворяют в воде в присутствии NaHCO3, доводят до метки водой и перемешивают. Концентрацию сульфаниловой кислоты рассчитывают по формуле:

2) Стандартизация нитрита натрия. В колбу для титрования отбирают  аликвоту 25,00 мл сульфаниловой кислоты, прибавляют 10 мл. HCl (1:3), 1г. KBr, 3 капли тропеолина 00 и 1 каплю метиленового синего и титруют раствором нитрита натрия до перехода фиолетовой окраски индикатора в зеленую. Концентрацию NaNO2 рассчитывают по формуле:

,

Результат усредняют по проведению трех параллелей.

3) Определение содержания анилина. В мерную колбу на 100,00 мл. берут точную навеску анилина (около 2,5г.), растворяют в воде (при необходимости нагревая), доводят до метки водой и перемешивают. В колбу для титрования отбирают аликвоту 10,00 мл раствора анилина, прибавляют 10 мл. HCl (1:3), 1г. KBr, 3 капли тропеолина 00 и 1 каплю метиленового синего и титруют раствором нитрита натрия до перехода фиолетовой окраски индикатора в зеленую. Массу анилина рассчитывают по формуле (Эан=93,13г/моль):

,

Результат усредняют по проведению трех параллелей.

Массовую долю анилина в техническом препарате рассчитывают по формуле:

.

 

Экспериментальные данные

Стандартизация NaNO2

V1=12,20мл.

V2=12,10мл.

V3=12,10мл.

Определение содержания анилина

V1=26,00мл.

V2=26,20мл.

V3=26,10мл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Броматометрическое определение содержания анилина с амперометрической индикацией точки эквивалентности

 

Теоретические основы метода

Броматометрическое определение содержания анилина основано на реакции бромирования анилина:

С6Н5NH2 + 3 Br2 = C6H2Br3 + 3HBr

Бром, необходимый для бромирования анилина, получают при взаимодействии точно определенного количества бромата калия и избытка бромида калия – именно из-за этого метод именуется броматометрией:

KBrO3 + 5KBr + 6HCl = 3Br2 + 3H2O + 6KCl

KBrO3 является первичным стандартом, поэтому его раствор известной концентрации готовят из точной навески. Так как KBr берется в избытке, то количество получившегося в ходе реакции брома эквивалентно бромату.

Избыток брома, не вступивший в реакцию с анилином, восстанавливают иодидом калия:

Br2 + 2KI = 2KBr + I2

Иод, выделившийся при этом взаимодействии, оттитровывают тиосульфатом натрия с амперометрической индикацией точки эквивалентности по реакции:

I2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI

Для индикации используют ток, возникающий на электроде за счет разряда ионов, участвующих в титровании или продуктов их взаимодействия.

Метод амперометрического титрования является модификацией полярографического метода анализа и так же основан на зависимости предельного диффузионного тока электроактивного компонента от его концентрации. Однако, в отличие от полярографии, в методе амперометрии используется функциональная зависимость предельного диффузионного тока от объема титранта, введенного в раствор при определенном фиксированном потенциале электрода.

Функциональные зависимости представляются графически в виде кривых амперометрического титрования. Пересечение прямолинейных участков кривой друг с другом служит для определения точки эквивалентности.

Так как в данном случае электроактивен элементарный йод, а титрант (тиосульфат натрия) – неэлектроактивен, то до точки эквивалентности значение предельного диффузионного тока будет падать при добавлении титранта  и соответственно удалению элементарного йод, а затем, после точки эквивалентности, будет неизменно (этому соответствует график а). Другие варианты зависимостей предельного диффузионного тока от объема титранта приведены ниже.

Рис. 1 Виды кривых амперометрического титрования

Прибор для амперометрического титрования схож с приведенным на рис. 2, только индикаторный электрод статичен, а перемешивание осуществляется магнитной мешалкой.

 

Pис. 1. Cхема установки для амперометрического титрования:

1 - источник тока; 2 - реостат; 3 - вольтметр; 4 - контакты;

5 - гальванометр c шунтом; 6 - вращающийся индикаторный электрод;

7 - электрод сравнения; 8 - бюретка; 9 - сосуд для титрования.

В качестве индикаторного электрода используют платиновый, а в качестве элетрода сравнения – хлор-серебряный.

Используемый а качестве титранта тиосульфат натрия не является первичным стандартом, поэтому его стандартизуют по бихромату калия точно известной концентрации.