1

Numer

ćwiczenia:

7

Dział analizy i temat ćwiczenia:

Analiza miareczkowa – jodometria.

Oznaczanie tlenu w wodzie metodą Winklera.

Data wykonania

ćwiczenia:

29.04.13 r.

Data oddania

sprawozdania:

06.05.13 r.

Grupa:

A3

Imię i nazwisko:

Przemysław Kołoczek

Nazwisko

sprawdzającego:

Uwagi:

Ocena:

2

1. Wstęp.

Tlen rozpuszczony w wodzie pochodzi głównie z powietrza oraz fotosyntezy roślin
wodnych. Jego zawartość wpływa na właściwości korozyjne wody. Zawartość tlenu w
wodzie oznacza się metodą Winklera. Próbkę pobiera się do skalibrowanej kolby
stożkowej z doszlifowanym korkiem. Próbka ta nie może mieć kontaktu z powietrzem i
powinna być zanalizowana w jak najkrótszym czasie. Do próbki dodaje się roztworu Mn

2+

oraz KI środowisku zasadowym. Powstały wodorotlenek manganu utleniany jest przez
tlen zawarty w wodzie do związków Mn(IV), które roztwarza się w stężonym kwasie
siarkowym(VI). Powstałe jony Mn

4+

utleniają aniony jodkowe do jodu, który następnie

odmiareczkowuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu(VI) sodu.
Reakcje zachodzące podczas oznaczenia:
Mn

2+

+ 2 OH

-

→ Mn(OH)

2

↓

2 Mn(OH)

2

+ O

2

→ 2 MnO(OH)

2

↓

MnO(OH)

2

+ 4 H

3

O

+

→ Mn

4+

+ 7 H

2

O

Mn

4+

+ 2 I

-

→ Mn

2+

+ I

2

I

2

+ S

2

O

3

2-

→ 2 I

-

+ S

4

O

6

2-

.

2. Część doświadczalna.

a) Sprzęt i odczynniki.

– Kolba miarowa 100 cm

3

,

– mianowany roztwór Na

2

S

2

O

3

– pipeta jednomiarowa 20 cm

3

,

(0,1011 ± 0,0007) mol/dm

3

,

– pipety wielomiarowe 2 cm

3

,

– 40% roztwór MnSO

4

,

– biureta 50 cm

3

,

– zasadowy roztwór KI,

– zlewka 50 cm

3

,

– stężony roztwór H

2

SO

4

,

– cylinder miarowy 25 cm

3

,

– skrobia,

– skalibrowane kolby stożkowe

– woda destylowana.

z doszlifowanym korkiem,

– krystalizator,
– lejek,
– gruszka,
– tryskawka,
– łapa metalowa,
– statyw,
– dygestorium,

b) Wykonanie.

Podłączono wąż do kranu, wprowadzono jego wylot do dna skalibrowanej kolby i
przepuszczono strumień wody równy kilku objętościom kolby, aż do usunięcia
wszystkich pęcherzyków powietrza. Zamknięto kolbę doszlifowanym korkiem,
sprawdzono, czy nie ma w niej pęcherzyków powietrza, nie zamknięto kranu i pobrano
kolejne próbki analogicznie jak poprzednio. Do pobranych próbek wody dodano
kolejno 2 cm

3

roztworu MnSO

4

oraz 2 cm

3

zasadowego roztworu KI za pomocą pipet

włożonych do dna kolby. Ponownie zamknięto kolby tak, aby nie było w nich
pęcherzyków powietrza, całość kilkakrotnie wymieszano i odstawiono na 30 minut.
Rozcieńczono przygotowany wcześniej roztwór Na

2

S

2

O

3

o stężeniu 0,1 mol/dm

3

za

pomocą skalibrowanej kolby i pipety. Zamontowaną na statywie, za pomocą łapy i
łącznika, biuretę przemyto i uzupełniono przygotowanym, rozcieńczonym roztworem

3

Na

2

S

2

O

3

. Po opadnięciu osadu, ostrożnie zdekantowano klarowny roztwór znad osadu,

przepłukano korek i szyjkę kolby wodą destylowaną. Do otrzymanego osadu dodano 2
cm

3

stężonego H

2

SO

4

, pod dygestorium, natychmiast zamknięto kolbę korkiem i

mieszano, aż do całkowitego roztworzenia osadu i równomiernego rozprowadzenia
jodu. Otrzymany roztwór miareczkowano mianowanym roztworem Na

2

S

2

O

3

do

jasnożółtej barwy, dodano wskaźnika skrobiowego i kontynuowano miareczkowanie do
zaniku granatowego zabarwienia roztworu. Powtórzono kilkakrotnie czynności
prowadzące do zmiareczkowania kolejnych próbek wody.

3. Wyniki.

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

1

= 19,0 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

= 21,8 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

3

= 17,6 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

1

= 283,38 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

2

= 309,89 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

3

= 254,95 𝑐𝑚

3

4. Opracowanie wyników.

a) Obliczenia.

Obliczono zawartości tlenu w wodzie w poszczególnych próbkach wody według wzoru:

𝐶

𝑂

2

=

𝑀

𝑂

2

∙ 𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

∙

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

𝑊

∙ 1000

4 ∙ (𝑉

𝑃

− 4)

gdzie:
𝑀

𝑂

2

– masa molowa tlenu [g/mol],

𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

– zużyta objętość mianowanego roztworu Na

2

S

2

O

3

[cm

3

],

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

– stężenie mianowanego roztworu Na

2

S

2

O

3

[mol/dm

3

],

𝑊 – współczynnik współmierności skalibrowanej kolby i pipety,

(𝑉

𝑃

− 4) – objętość badanej próbki, pomniejszona o sumę objętości dodanego

roztworu MnSO

4

i zasadowego roztworu KI [cm

3

].

𝑀

𝑂

2

= 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

= 0,1011 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚

3

𝑊 = 4,976
(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

1

= 19,0 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

= 21,8 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

3

= 17,6 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

1

= 283,38 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

2

= 309,89 𝑐𝑚

3

(𝑉

𝑃

)

3

= 254,95 𝑐𝑚

3

4

(𝐶

𝑂

2

)

1

= 11,06 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

(𝐶

𝑂

2

)

2

= 11,59 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

(𝐶

𝑂

2

)

3

= 11,40 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

Obliczono średnią objętość zużytego titranta, średnią pojemność użytych kolb
stożkowych oraz średnią zawartość tlenu w wodzie na podstawie wzoru:

𝑥 =

1
𝑛

∑ 𝑥

𝑖

𝑛

𝑖=1

gdzie:
𝑛 – liczba wyników,
𝑥

𝑛

– n-ty wynik.

𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

= 19,5 𝑐𝑚

3

𝑉

𝑃

= 282,74 𝑐𝑚

3

𝐶

𝑂

2

= 11,35 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

b) Niepewności pomiarowe.

Niepewność rozszerzoną średniej zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie obliczono
według wzoru:

𝑈 (𝐶

𝑂

2

) = 𝑘 ∙ 𝑢

𝑐

(𝐶

𝑂

2

)

gdzie:
𝑘 – współczynnik rozszerzenia,
𝑢

𝑐

(𝐶

𝑂

2

) – złożona niepewność standardowa średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

].

Ponadto, do powyższego wzoru wstawiono następujące zależności:

1) 𝑢

𝑐

(𝐶

𝑂

2

) = √𝑢

2

(𝐶

𝑂

2

)

𝑠𝑦𝑠

+ 𝑢

2

(𝐶

𝑂

2

)

𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝

gdzie:
𝑢

𝑐

(𝐶

𝑂

2

) – złożona niepewność standardowa średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

],

𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑠𝑦𝑠

– niepewność systematyczna średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

],

𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝

– niepewność przypadkowa średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

],

2) 𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑠𝑦𝑠

= 𝐶

𝑂

2

∙ √(

𝑢

𝑐

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

+ (

𝑢

𝑐

(𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

+ (

𝑢

𝑐

(𝑊)

𝑊

)

2

+ (

𝑢

𝑐

(𝑉

𝑃

′

)

𝑉

𝑃

′

)

2

5

gdzie:
𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑠𝑦𝑠

– niepewność systematyczna średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

],

𝐶

𝑂

2

– średnia zawartość tlenu [mg/dm

3

],

𝑢

𝑐

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) – złożona niepewność standardowa objętości zużytego titranta [cm

3

],

𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

– średnia objętość zużytego roztworu titranta [cm

3

],

𝑢

𝑐

(𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) – złożona niepewność standardowa stężenia Na

2

S

2

O

3

[mol/dm

3

],

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

– stężenie roztworu Na

2

S

2

O

3

[mol/dm

3

],

𝑢

𝑐

(𝑊) – złożona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i

pipety,
𝑊 – współczynnik współmierności kolby i pipety,
𝑢

𝑐

(𝑉

𝑃

′

) – złożona niepewność standardowa objętości analizowanej próbki,

pomniejszonej o objętość dodanego roztworu MnSO

4

i zasadowego roztworu KI [cm

3

],

𝑉

𝑃

′

– objętość analizowanej próbki, pomniejszona o objętość dodanego roztworu

MnSO

4

i zasadowego roztworu KI [cm

3

].

3) 𝑢

𝑐

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) = √𝑢

1

2

(𝑉) + 𝑢

2

2

(𝑉) + 𝑢

3

2

(𝑉) + 𝑢

4

2

(𝑉)

gdzie:
𝑢

𝑐

(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) – złożona niepewność standardowa objętości zużytego titranta [cm

3

],

𝑢

1

(𝑉) – standardowa niepewność kalibracji biurety [cm

3

],

𝑢

2

(𝑉) – standardowa niepewność objętości kropli [cm

3

],

𝑢

3

(𝑉) – standardowa niepewność odczytu na skali biurety [cm

3

],

𝑢

4

(𝑉) – standardowa niepewność poprawki temperaturowej szkła [cm

3

].

4) 𝑢

1

(𝑉) =

𝑢

𝑘𝑏

√3

gdzie:
𝑢

1

(𝑉) – standardowa niepewność kalibracji biurety [cm

3

],

𝑢

𝑘𝑏

– niepewność kalibracji biurety [cm

3

].

5) 𝑢

2

(𝑉) =

𝑉

𝑘𝑟

√3

gdzie:
𝑢

2

(𝑉) – standardowa niepewność objętości kropli [cm

3

],

𝑉

𝑘𝑟

– objętość kropli [cm

3

].

6) 𝑢

3

(𝑉) =

𝑢

𝑜𝑡

√3

gdzie:
𝑢

3

(𝑉) – standardowa niepewność odczytu na skali biurety [cm

3

],

𝑢

𝑜𝑡

– niepewność odczytu na skali biurety [cm

3

].

6

7) 𝑢

4

(𝑉) =

𝑝

𝑡𝑜𝑠

√3

gdzie:
𝑢

4

(𝑉) – standardowa niepewność poprawki temperaturowej szkła [cm

3

],

𝑝

𝑡𝑜𝑠

– poprawka temperaturowa objętości szkła [cm

3

].

8) 𝑢

𝑐

(𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) =

𝑈 (𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

𝑘

gdzie:
𝑢

𝑐

(𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) – złożona niepewność standardowa stężenia Na

2

S

2

O

3

[mol/dm

3

],

𝑈 (𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) – rozszerzona niepewność standardowa stężenia Na

2

S

2

O

3

[mol/dm

3

],

𝑘 – współczynnik rozszerzenia.

9) 𝑢

𝑐

(𝑊) =

𝑈(𝑊)

𝑘

gdzie:
𝑢

𝑐

(𝑊) – złożona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i

pipety,
𝑈(𝑊) – rozszerzona niepewność standardowa współczynnika współmierności kolby i
pipety,
𝑘 – współczynnik rozszerzenia.

10) 𝑢

𝑐

(𝑉

𝑃

′

) = √𝑢

5

2

(𝑉) + 𝑢

6

2

(𝑉) + 𝑢

7

2

(𝑉)

gdzie:
𝑢

𝑐

(𝑉

𝑃

′

) – złożona niepewność standardowa objętości analizowanej próbki,

pomniejszonej o objętość dodanego roztworu MnSO

4

i zasadowego roztworu KI [cm

3

],

𝑢

5

(𝑉) – standardowa niepewność pojemności skalibrowanej kolby stożkowej [cm

3

],

𝑢

6

(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu MnSO

4

[cm

3

],

𝑢

7

(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu KI [cm

3

].

11) 𝑢

6

(𝑉) = 𝑢

7

(𝑉) =

𝑢

𝑘𝑝

√3

gdzie:
𝑢

6

(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu MnSO

4

[cm

3

],

𝑢

7

(𝑉) – standardowa niepewność objętości dodanego roztworu KI [cm

3

],

𝑢

𝑘𝑝

– niepewność kalibracji pipety 2 cm

3

[cm

3

].

7

12) 𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝

= 𝑠 (𝐶

𝑂

2

) = √

1

𝑛(𝑛 − 1)

∑ ((𝐶

𝑂

2

)

𝑖

− 𝐶

𝑂

2

)

2

𝑛

𝑖=1

gdzie:
𝑢 (𝐶

𝑂

2

)

𝑝𝑟𝑧𝑦𝑝

– niepewność przypadkowa średniej zawartości tlenu [mg/dm

3

],

𝑠 (𝐶

𝑂

2

) – odchylenie standardowe średniego stężenia tlenu [mol/dm

3

].

𝐶

𝑂

2

– średnia zawartość tlenu [mg/dm

3

].

Po przekształceniach otrzymano wzór:

𝑈 (𝐶

𝑂

2

) = 𝐶

𝑂

2

∙ √

𝑘

2

∙ (𝑢

𝑘𝑏

2

+ 𝑉

𝑘𝑟

2

+ 𝑢

𝑜𝑡

2

+ 𝑝

𝑡𝑜𝑠

2

)

3(𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

+ (

𝑈 (𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

)

2

+ (

𝑈(𝑊)

𝑊

)

2

+

𝑘

2

∙ (3𝑢

5

2

(𝑉) + 2𝑢

𝑘𝑝

2

)

3(𝑉

𝑃

′

)

2

+ (

𝑘 ∙ 𝑠 (𝐶

𝑂

2

)

𝐶

𝑂

2

)

2

𝑘 = 2
𝐶

𝑂

2

= 11,35 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

𝑉

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

= 19,5 𝑐𝑚

3

𝑈 (𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

) = 0,0007 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚

3

𝐶

𝑁𝑎

2

𝑆

2

𝑂

3

= 0,1011 𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚

3

𝑈(𝑊) = 0,0098

𝑊 = 4,9759
𝑉

𝑃

′

= 278,74 𝑐𝑚

3

𝑠 (𝐶

𝑂

2

) = 0,16 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

𝑢

𝑘𝑏

= 0,1 𝑐𝑚

3

𝑉

𝑘𝑟

= 0,044 𝑐𝑚

3

𝑢

𝑜𝑡

= 0,05 𝑐𝑚

3

𝑝

𝑡𝑜𝑠

= 0,0025 𝑐𝑚

3

𝑢

5

(𝑉) = 0,2 𝑐𝑚

3

𝑢

𝑘𝑝

= 0,02 𝑐𝑚

3

𝑈 (𝐶

𝑂

2

) = 0,33 𝑚𝑔/𝑑𝑚

3

⇒ 2,93%

c) Wynik końcowy.

Średnia zawartość tlenu w wodzie: (11,35 ± 0,33) mg/dm

3

.

5. Podsumowanie.

Zawartości tlenu w próbkach mieszczą się w niepewności oznaczanej wartości. Względne
odchylenie standardowe otrzymanych wyników to 2,37%. Różnice między wynikami mogą
być spowodowane pobraniem ich w nieregularnych odstępach czasu, a także częściowym
uwolnieniem jodu z roztworu, po dodaniu do niego stężonego H

2

SO

4

. Największy wkład

do niepewności wyniku końcowego wnosi odchylenie standardowe średniego stężenia
tlenu w wodzie oraz niepewności związane z odczytem objętości zużytego titranta.