Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВЫПОЛНЯЮТСЯ ПО МЕТОДИЧЕСКИМ УКАЗАНИЯМ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Кафедра Химии и хим.технологии
Аналитическая химия
(методы химического анализа)
Уфа 2013
Составители: к.х.н., доцент О.Г.Горлевских
Методические указания: «Аналитическая химия. Методы химического анализа».- Уфа,УГАЭС 2013. 24 с.
Предназначены для студентов заочной формы обучения всех специальностей.
Аналитическая химия - наука о методах изучения химического состава вещества. Аналитическая химия включает качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет оп ределять и идентифицировать состав вещества. Количествен ный анализ - определять содержание различных ком понентов в анализируемой системе.
В качественном и количественном анализе используют хими ческие, физические и физико-химические методы исследования. Химические методы анализа основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении ка ких-либо физических параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении за изменением физических свойств веществ, которые происходят в результате химической реакции.
В качественном анализе для обнаружения ионов и молекул используют химические и физико-химические методы.
При количественных определениях применяются хи мические методы (титриметрический и гравиметрический), фи зические и физико-химические (атомная и молекулярная абсорбцион ная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, флуориметрия, поляриметрия,рефрактометрия, кондуктометрия, потенциометрия; полярография, кулонометрия, хроматография и т.д.). Несмотря на преимущества, которые имеют физические и физико-химические методы по сравнению с химическими методами количественного ана лиза, последний широко используются в практике научно-исследова тельских и заводских лабораторий. Это объясняется простотой методики эксперимента и сочетанием правиль ности и воспроизводимости результатов анализа.
В настоящем пособии основное внимание уделено химическим методам количественного анализа, имеющим наибольшее значение для работников пищевых предприятий.
Пособие состоит из трех разделов:
1)равновесия в растворах труднорастворимых соединений;
2)гравиметрический анализ;
3)титриметрический анализ.
В начале каждого раздела кратко изложена теория, даны при меры решения задач. В конце каждого раздела приведены контроль ные вопросы и задачи для выполнения контрольной работы. Варианты контрольных работ и справочные таблицы помещены в конце пособия.
1. Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости.
Ионные равновесия, связанные с образованием осадков, явля ются обратимыми, подчиняются закону действующих масс и характеризуются константой равновесия, которую принято называть произведением растворимости (ПР). Произведение растворимости - посто янная величина. Она равна произведению активностей ионов в насы щенном растворе малорастворимого электролита.
Например, при образовании осадка хлорида серебра имеет место равновесие, которое описывается уравнением:
AgCl Аg+ + Сl-
Для приближенных раcчетов произведение растворимости AgCl можно записать в виде следующего выражения:
ПР(AgCl)=[Ag+] +[Cl-],
так как молярные концентрации ионов в данном случае мало отлича ются от их активностей. Таким образом, для любой труднораствори мой соли Мp Aq можно записать в общем виде:
ПР (МpАq) =[M]p + [A]q
По опытным данным о растворимости труднорастворимых элект ролитов рассчитывают их произведение растворимости или на осно вании табличных данных о произведении растворимости решают об ратную задачу. При этом необходимо, помнить, что растворимость вещества может быть выражена в любых единицах измерения, а ПР рассчитывается только по концентрациям, выраженным в моль/дм3 или в моль/л.
Все вычисления, связанные с образованием и растворением осадков, выполняют по следующей схеме:
составляют уравнения диссоциации электролитов;
составляют ионные уравнения образования осадков;
записывают выражение ПР в соответствии с ионным уравнени -
ем, описывающим образование осадка и находят значение ПР по таб -
лице;
вычисляют значения равновесных концентраций ионов по за -
данным концентрациям сильных электролитов или с учетом Кдис. для
слабых электролитов;
сопоставляя заданные концентрации и условия задачи, составляют алгебраическое уравнение, по которому определяют искомую величину.
Пример1. Вычислить ПР (BaSO4), если его растворимость равна 2,33 мг/л.
Решение: Для вычисления ПР (BaS04)= [Ва2+]•[SO] необходимо рассчитать концентрацию BaS04 в моль/л. Для этого нужно весовое колическтво соли BaSQ4, равное 2,33 мг, выразить в молях, для чего данное его весовое количество надо разделить на мольную массу сульфата бария, т.е. 233,4 г/мол:
0,00233г : 233,4 г/моль=10-5 моль.
Поскольку концентрация соли BaS04 очень мала, то соль в растворе диссоциирована полностью и тогда концентрация ионов Ba2+ и S0 будет равна 10-5 моль/л. Соответственно, произведение
растворимости
ПР(BaSO)= [Ва2+]•[SO]= 10-5 • 10-5 = 10-10.
Пример 2. Вычислить растворимость СаСО3 в граммах на 100 г насыщенного раствора, если ПР(СаСОз) =1,7•10 -8.
Решение: Записываем уравнение образования осадка:
Сa2+ + CO= CaCO3
Согласно уравнению [Сa 2+]•[ CO]= В насыщенном растворе СаСОз равновесные концентрации Са2+ и COравны; обозначим эту концентрацию "х", т.е. [Сa 2+]•[ CO] =х. Тогда
[Сa 2+]•[ CO]=1,7•10 -8 = х2, откуда
х= = 1,3•10-4моль/л.
Следовательно, и концентрация СаСОз в насыщенном растворе равна 1,3•10-4 моль/л. Растворимость "а" СаСОз в г получим, умножив мольную концентрацию на молекулярную массу соли:
а=1,3•10-4•100=1,3•10-2 г/л, или 1,3•10-4 /10=1,3•10-3 г/100см3 .
Принимая плотность очень разбавленного раствора равной 1 г/см3, получим, что растворимость СаСОз равна 1,3•10-4г на 100 г раствора.
Радение данной задачи носит приближенный характер.
Условия образования и растворения осадков.
Следствием из определения произведения растворимости является вывод, что осадок выпадает из перенасыщенного раствора, т.е
когда произведение концентраций ионов выше ПР, взятых из справочных таблиц. Если произведение концентраций ионов - меньше ПР, то осадок не выпадает, и при внесении в такой раствор кристалликов твердой фазы этого вещества будет наблюдаться растворение твердого вещества.
Пример 3. Может ли образовываться осадок Mg(OH)2 , если смешать равные объёмы 0,5М раствора MgCl2 и 0,1М раствора NH4 OH?
Решение: За счет увеличения объёма при сливании растворов вдвое следует учитывать уменьшение начальных концентраций также вдвое, т.е. концентрация раствора MgCl2 станет равной 0,5М:2 – 0,25М/л, а концентрация NH4 OH - равной 0,1М:2 – 0,05 М/л.
Уравнения записываются в следующем виде:
Mg+2 + 2OH- Mg(OH)2
ПР(Mg(OH)2)=[ Mg+2] •[ OH-]2 .
Для ответа на вопрос, выпадает ли в осадок Mg(OH)2 , нужно знать концентрацию ионов Mg+2 и OH- . Концентрацию ионов магния принимаем равной 0,25 моль/л, учитывая, что хлорид магния является сильным электролитом и диссоциирует полностью.
Для вычисления концентрации ионов OH- используют выражение константы диссоциации:
NH4 OH NH4 + + OH-
К=[ NH4 +]•[ OH-]/[ NH4 OH]=1,8•10-5
Принимаем равновесные концентрации [ NH4 +]=[ OH-]=х и
[ NH4 OH]=0,05-х. Тогда х2 / (0,05-х)= 1,8•10-5 .
Решим уравнение в упрощенном виде, т.е. примем, что 0,05-х=0,05М/л. Теперь находим значение «х»:
х = = 9,5•10-4моль/л.
Используя значения концентраций [ Mg+2] =0,25 моль/л и [ OH-]= 9,5•10-4моль/л для вычисления произведения начальных концентраций по выражению для ПР, получим:
[ Mg+2] •[ OH-]2 =0,25•(9,5•10-4)2 =2,25•10-7 .
Полученную величину сравниваем с табличным значением ПР(Mg(OH)2)= 5,2•10-12 . Очевидно, что рассчитанное произведение концентраций превышает табличное значение ПР(Mg(OH)2), следовательно, раствор пересыщен, и осадок должен выпадать.
Пример 4. При каком значении рН начнется выпадение осадка Fe(OH)2 из 0,1 М раствора FeSO4 при добавлении раствора NaOH?
Решение: Образование осадка описывается уравнением:
Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 ,
для которого выполняется условие
ПР(Fe (OH)2)=[ Fe 2+] •[ OH-]2 =1,1•10-15.
Принимая, что соль FeSO4, как сильный электролит, в раство ре диссоциирует полностью, равновесная концентрация ионов [Fe2+]=0,1 моль/л.Исходя из выражения ПP(Fe(OH)2) получаем: 10-1]•[ОН-]2= 1,1•10-15; [ОН-]==10-7 моль/л.
Учитывая, что рН=-lg [Н+],а [H+]•ОH-]=10-14, найдем, что концентрация ионов водорода равна 10-14/10-7моль/л и рН соответственно равно -lg•10-7=7
Таким образом, при pH=7 начинается выпадение осадка Fe(OH)2 из 0,1 М раствора FeSO4 при добавлении NaOH.
Растворимость в присутствии одноименных ионов.
Пользуясь табличными значениями ПР, можно рассчитать растворимость осадков труднорастворимых соединений в присутствии одноименных ионов. Высокая концентрация этих ионов в растворе может быть обусловлена добавлением избытка осадителя. Как правило, действие одноименного иона выражается в резком понижении растворимости.
Пример 5. Вычислить растворимость осадка BaS04 в 0,1М растворе серной кислоты ПР (BaSO4)=1,1•10-10 .
Решение. В растворе происходят процессы, описываемые уравнениями:
BaS04=Ba2++S0(растворение осадка);
H2SO4=2H++SO (диссоциация кислоты).
Обозначим молярные концентрации ионов Ва2+ и SO, образующихся при растворении BaSO4 через «х».Кроме того, ионы SO образуются вследствие полной диссоциации кислоты, т.е. 0,1 моль/л. Таким образом, общая концентрация сульфат-ионов равна (х+0,1)моль/л. Концентрация ионов Ba2+ равна х моль/л. Тогда ПР(BaSO4)=х•(х + 0.1)=1,1•10-10, откуда х= 1,1•10-10 /(х + 0,1).
Поскольку х< 0,1, решение можно упростить:
х=1,1•10-10 / 0,1=1,1•10-9 моль/л.
Концентрация растворенных молекул ВаS04 равна равновесной концентрации ионов бария (1,1•10-9 моль/л) в растворе (это сле дует из уравнения диссоциации). Тогда растворимость "а " осадка сульфата бария можно определить из уравнения:
а(ВаSО4)= 1,1•10-9 моль/л• 223,4 г/моль = 2,57 •10-7 г/л = 2,57 •10-4мг/л.
Сравнивая полученное значение с растворимостью сульфата бария (2,33 мг/л), находим, что растворимость сульфата бария сни зилась почти в десять тысяч раз.
Последовательность образования осадков малорастворимых соединений.
Очередность выпадения осадков из раствора, в которых нахо дится ряд ионов, способных к образованию труднорастворимых ве ществ с одним и тем же ионом-осадителем, также связана с их про изведением растворимости. Первым выпадает в осадок то вещество, ПР котоpoго достигается раньше, или у которого ПР меньше по ве личине. Например, для однотипных соединений, таких как AgCl, AgBr, Agl, AgCNS, очередность определяется простым сопоставлени ем ПР этих соединении, т.е. сравнивают табличные данные ПР:
|
Вещество |
ПР |
|
|
AgCl |
1 |
1,6•10-10 |
|
AgBr |
7 |
7,7•10-13 |
|
Agl |
1 |
1,5•10-16 |
|
AgCNS |
1 |
1,16•10-12 |
Таким образом, ПP(AgCl) >ПР(AgCNS) > ПР (AgBr) > ПP(Agl).
Отсюда ясно, что осаждаться указанные соединения серебра будут в обратной последовательности: сначала йодид, затем - бро мид и т.д., если они находятся в одинаковых условиях.
Если концентрации одноименных ионов равны, то задачи такого типа решаются на основании расчетов.
Пример 6. При каких значениях рН и какой из осадков -Fе(ОН)3 или Мn(ОН)2 - будет выпадать первым при постепенном при бавлении раствора NaOH к смеси, содержащей 0,1 моль/л МnСl2 и 0,001 моль/л FeCl3?
Решение. ПР(Мn(ОН)2)= 4•10-14,ПР(Fе(ОН)3) = 3,8•10-38.
Учитывая, что МnСl2 и FeCl3 - сильные электролиты, считаем концентрацию [Mn2+] = 0,01 моль/л и [Fe3+] = 0,001 моль/л. Запи сываем выражения для ПР:
ПР(Мn(ОН)2) = [Mn2+]•[ОН-]2; ПР(Fе(0Н)з) = [Fe3+]•[ОН-]3.
Подставляем в эти выражения значения концентраций конов [Мn2+] и [Fe3+] и находим концентрацию гидроксильных ионов для каждого уравнения:
0,1•[OH-]2 =4,0 •10-14 для Mn(OH)2;
[ОН-] = = 6.3•10-7 моль/л;
0,001•[OH-]3= 3,8•10-38 для Fe(0H)3;
[OH-]== 3,4•10-12 моль/л.
Таким образом, для выпадения осадка Fe(OH)3 нужна меньшая концентрация ионов ОН- и Fe(OH)3 будет выпадать в осадок первым.
Для начала осаждения Mn(OН)2 нужна концентрация [OН-] =6,3•10-7 моль/л, при этом рОН = - lg 6,3•10-7 = 6,2 , а, соответственно, рН= 14 - 6,2 = 7,8.
Для начала осаждения Fe(0H)3 нужна концентрация [OН-] =3.4•10-12 моль/л, при этом рОН = - lg 3,4•1O-12 = 11,47. Отсюда pH= 14 - 11,47 = 2,53.
К О Н Т P О Л Ь Н Ы Е ВОПРОСЫ
Условия выпадения осадков.
Как рассчитать концентрацию иона-осадителя с помощью ПР ?
Условия растворения труднорастворимых соединений.
ЗАДАЧИ
для выполнения контрольной работы
В задачах 1-10 рассчитать ПР по данным о растворимости веществ:
9.Растворимость CaC2O4 равна 4,8•10 -5 моль/л.
в 500 см3 насыщенного раствора этой соли.
12.Вычислить растворимость Mg(ОH)2 в г/л, если ПР(Мn(ОН)2)=6•10 -10 .
13.ПР(Аg2С2О4) = 1,1•10-12. Вычислить растворимость этой
соли в моль/л.
14.По произведению растворимости РbJ2,; равному 1,1•10-9, вычислить растворимость этой соли в моль/л.
15.Во сколько раз растворимость AgCl в растворе NaCl кон центрацией 0,01 моль/л меньше по сравнению c его растворимостью в воде?
16. Вычислить растворимость CaC2O4 в растворе NH4C2O4 концентрации 0,01 моль/л.
28. При каких значениях рН и какой из осадков Ca(ОН)2
или Sr(ОН)2 будет выпадать первым при постепенном прибавлении раствора КОН к смеси, содержащей 0,1 моль/л Ca(NО3)2
и 0,01 моль/л Ca(NО3)2?
2. Гравиметрический анализ.
В практике химических лабораторий обычно пользуются методиками, в которых приведены готовые формулы для расчетов результата анализа. В эти формулы входит постоянный множитель, называемый фактором пересчета F (аналитическим фактором); он служит для вычисления содержания какого-либо компонента в анализируемой пробе, если известна масса весовой формы этого компонента.
В гравиметрическом (весовом) анализе окончательный результат взвешиванием того или иного химического соединения, в состав которого входит нужный нам компонент. Это химическое соединение называют весовой формой компонента. Например, при гравиметрическом определении кальция, если его осаждают в виде оксалата, весовой формой является оксид кальция, образующий ся при прокаливании осадка:
CaC2O4•H2O → СаО + СО2 + СО+ H2O.
В таком случае фактор пересчета оксида кальция на кальций определяется по формуле:
F = М(Са)/М(СаО)=40,08/56,08 - 0,7147.
В общем случае фактор пересчета "F" вычисляют по формуле:
F=х М(А) / у М(В) , где М(А) и М(В) - молярные массы определя емого компонента и весовой формы соответственно; х,у- стехиометрический коэффициент.
Например, при определении содержания магния по массе осадка Mg2 Р2 О7 F=2 M(Mg) / M(Mg2P2O7)=2•24,31/226,6 = 0,2184;
В этом примере х=2; у=1, так как одна молекула Mg2P2O7 содержит два атома магния.
Примеры решения типовых задач.
Пример 1. Какой должна быть навеска чугуна с массовой долей 2% для ее гравиметрического определения в виде сульфата бария, чтобы при анализе можно было получить 0,5 г осадка?
Решение. Находим фактор пересчета:
F=M(S) / M(BaS04) = 32 / 233,4 =0,1373.
Умножив фактор пересчета на массу весовой формы (масса осадка), получим массу серы; 0,5•0,1337=0,0687 г. Затем вычис ляем необходимую массу чугуна для анализа, учитывая массовую до лю серы: (0,0687•100) / 2 =3,435 г.
Пример 2. Вычислить объем раствора серной кислоты с массо вой долей 4 %, необходимой для осаждения бария из навески 0,3025 г BaCl2 •2H20.
Решение. Записываем уравнение реакции осаждения сульфат бария:
ВaСl2 + H2SO4 → BaS04 + 2НСl;
Определяем массу кислоты, необходимую для осаждения 0,3021 BaCl2 • 2H20.
по пропорции:
244г ВaСl2 •2H20 - 98 г H2SO4
0,3025 г ВaСl2 •2H20 - х г H2SO4
------------------------------------------------------------------------------------- _________________х = (0,3025-98) / 244 =0,1215 (г);
Учитывая массовую концентрацию раствора кислоты, получаем:(0,1225•100) / 4=3,04 г или 3,04 см3 раствора, т.к. плотность раствора с малой концентрацией кислоты близка к 1 г/см3. На практике берут 50% избытка осадителя, т.е. в 1,5 раза больше.
Пример 3. Рассчитать объем осадителя в виде 0,05 М раствора Na2 HPO4 для осаждения магния в виде MgNH4P04 из 100 см3 0,02М paствора MgCl2 с использованием избытка осадителя до 120%.
Решение. Записываем уравнение реакции осаждения:
MgCl2 + Na2НPQ4 + NH4OH → MgNH4PO4 + 2NaCl + H2O
Из уравнения видно, на 1 моль MgCl2 расходуется 1 моль Na2НPQ4. Вычисляем количество MgCl2 в растворе: 0,02•100=0,002 моль. Находим объем раствора Nа2HP04, в котором содержится 0,002 моль этой соли:
V - 0,002 / 0,05 = 0,04 дм3 = 40 см3. С учетом 120% избытка получаем окончательный результат:
V=40•120 /100 = 48 см3.
Пример 4. Для промывания осадка сульфата бария массой 0,5 использовали 250 мл волы. Вычислить массовую долю потерь осадка за счет промывания.
Решение. Допустим, что при промывании образуется насыщенный раствор ВаSO4. Вычисляем растворимость осадка, исходя из ПР. Принимаем, что [Ва2+]=[SO2-4] == 1,5•10-5 моль/л, тогда масса осадка, растворившегося в 250 см3 (0,25 дм3) промывной воды, составит: m=1,05•10-5 •0,25•233,4=0,0006г (здесь 233,4- мольная масса ВаSO4 , г/моль ).
Массовая доля потерь осадка составит:
W=(mпотери / mосадка) •100%=0,006•100/0,5=0,12%.
Пример 11. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы Al2 O3 на Al.
Решение. Находим отношение молярных (атомных) масс определяемого компонента в весовой форме, получаемой в результате анализа. Оно равно:
F=2М(Al)/ М(Al2 O3)=(2•27)/102=0,5197, где М(Al) и М(Al2 O3) -
соответствующие молярные массы.
Пример 12. При гравиметрическом определении свинца из 2,0 г олова получено 0,6048 г PbSQ4. Вычислить массовую долю свинца в сплаве.
Решение. Рассчитаем фактор пересчета F(PbS04) на РЬ:
F = 208 / 304 = 0,6842.
Определим содержание свинца в 0,6048 г PbS04:
m(Pb) - 0,6048-0,6842 - 0,4138 г.
Определим массовую долю свинца в навеске:
W = 0,4138•100 / 2,00 - 20,69%.
Пример 13. Рассчитать массовую долю карбонатов кальция и магния в известняке, если навеска его 0,9866 г. В результате анализа получено 0,3755 г СаО и 0,4105 г Mg2P2О7.
Решение. Вычислим фактор пересчета СаО на СаCO3:
F = М(CaCO3) / М(СaO)= 100/56 =1,7847.
Находим массу CaCO3, умножая F на СаО:
1,7847•0,3755 =0,6701 Г.
Определяем массовую долю СаСОз в известняке:
W(СаСОз) = 0,6701•100 / 0,9866 = 67,94%.
Аналогично вычисляем массовую долю MgСОз, используя фактор пересчета Mg2P2О7 на MgСОз, массу осадка дифосфата (пирофосфата) магния и навеску известняка, взятую для анализа:
W(MgСОз) =(2•84,03•0,4105•100)/(224,06•0,9866)=31,48%
где: 84, 03 и 224,06 - молярные массы MgСОз и Mg2P2О7 - соответственно г/моль; коэффициент, 2- уравнивающий соотношение по магнию для этих двух веществ.
Пример 14. Вычислить число молекул воды в кристаллогидрате ацетата свинца при гравиметрическом анализе, если из его навески 0,3243 г получено 0,2593 сульфата свинца.
Решение. Обозначим молярную массу кристаллогидрата РЬ(СН3 СOO)2•хH2O через М(х). Запишем значения молекулярных масс ацетата свинца, сульфата свинца и воды:
М[РЬ(СН3 СOO)2]=325 г/моль;М (РЬSO4)=303,2 г/моль;
М(H2O)=18 г/моль.
Составим пропорцию и вычислим М(х):
0,2593 г - 0,3243 г 303,2 г
303,2г - М(х)
М(х) = (302,2-0,3243) / 0,2593=379 г/моль.
Так как М(х) = М[РЬ(СНзСО0)2] + х•М(Н20), находим "х":
х = (379 - 325) /18 = 3.
Таким образом, формула кристаллогидрата - РЬ(СНзСОО)2•ЗН2О.
Пример 15. Для гравиметрического определения хлорида в ка
менной соли пробу в 100 мг растворили в 100 см3 раствора. Расс
читать, какое количество 0,1 М раствора AgNО3 следует добавить к
раствору, чтобы потери вследствие неполноты осаждения хлорида
серебра не превысили 0,001%. Солевой эффект не учитывать.
Решение. Допустим, что соль состоит полностью из NaCl. Оп ределим, сколько миллимолей хлорида натрия содержится в пробе:
n(NaCl) = m(NaCl)/M(NaCl) = 100 мг/(58,44 мг/моль) =1,7 ммоль.
Потери хлорида не должны превышать 0,001 %, т.е.: n(NaCl) = 1,7 ммоль-10-3 % / 100% = 1,7•10-5 ммоль.
Определим эквивалентное количество осадителя AgNO3:
n(NaCl) = n(AgNО3) = C(AgNО3) •V(AgNО3), отсюда
V(AgN03) = n(NaCl)/C(AgN03)=1,7ммоль/(0,1 ммоль/см3)=17смэ .
Таким образом, после добавления эквивалентного количества осадителя общий объем составил: V=100 см3 + 17 см3= 117 см3.
Допустим, что при добавлении избыточного количества осадителя объем раствора практически не изменится. Тогда максимальное значение концентрации хлорид-иона в растворе не превысит значения: С(Cl-)= n(NaCl)потери / V= 1,7•10-5 ммоль/117 см3 =1,410-5 ммоль/см3 .
Исходя из значения ПР (AgCl)=1,78•10-10, находим концентрацию иона серебра в растворе:
C(Ag+) =ПP(AgCl) / [Сl-] =1,78•10-10 / 1,4•10-7 =
1,3•10-3 ммоль/см3.
Находим избыточное количество раствора нитрата серебра из соотношения: C(Ag NО3) •V(AgNО3) =C(Ag+)•V , отсюда V(AgNО3)изб = (1,3•10-3 ммоль/см3 •117см3)/(0,1ммоль/см3)=1,5 см3
Находим общее количество осадителя:
V = 17 см3 + 1,5 см3 =18,5 см3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ЗАДАЧИ
для выполнения контрольной работы
29. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы Fe2 O3 на железо.
30. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы MgCO3 на магний.
31. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы SiO2 на кремний.
32. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы AgBr на серебро.
33. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы PbSO4на свинец.
34. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы BaCO3 на барий.
35. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы CaO на хлорид кальция.
36. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы Fe2O3 на Fe3O4.
39.Рассчитать навеску чугуна с массовой долей серы 0,8%
для ее гравиметрического определения в виде сульфата бария, что
бы при анализе можно было получить 0,2 г осадка?
45. Сколько граммов раствора серной кислоты с массовой долей 5% нужно взять для осаждения свинца из навески 0,5865 г сплава с массовой долей свинца 12%?
51. Во сколько раз будут меньше потери в объеме 200 см3 при осаждении стронция в виде SrS04 с использованием избытка серной кислоты, как осадителя, концентрации 0,01 моль/л по сравнению с эквивалентным осаждением?
Титриметрический анализ.
Титриметрический анализ объединяет группу методов количест венного химического анализа, основанных на процессе титрования, т.е. измерения количества реагента, необходимого для взаимодейс твия с определяемым компонентом в растворе. Раствор с точно из вестной концентрацией реагента (титрант) постепенно прибавляют к раствору определяемого вещества, контролируя объем вводимого титранта.
Титриметрические методы классифицируют по типу протекающих при титровании реакций: кислотно-основное титрование, окисли тельно-восстановительное титрование, комплексометрическое титро вание (реакции комплексообразования), осадительное титрование.
Кислотно-основное титрование. Вычисление эквивалентной массы
Для вычисления эквивалентной массы соединения, участвующего в кислотно-основной реакции, рассчитывают, какая масса данного вещества соответствует одному молю атомов водорода (эквиваленту водорода).
Пример 1. Вычислить эквивалентную массу HNO3 при взаимо действии с КОН.
Решение. Записываем уравнение реакции:
HNO3+ КОН —> К NO3 + Н20
Из уравнения следует, что одному молю атомов водорода соот ветствует один моль азотной кислоты; следовательно, эквивалент ная масса HNO3 численно равна ее молярной массе, т.е.
Эм(HNO3) =63 г/моль.
Пример 2. Вычислить эквивалентные массы H2SO4 и Н3РО4 в реакциях:
Н2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2Н2О (1)
Н3РО4 + 2NaOH —> Na2HP04 + 2Н20 (2)
Решение. В реакциях многоосновных кислот могут участвовать все ионы водорода (реакция 1) или только часть их (реакция 2). В данных случаях эквивалентная масса H2SO4 и НзРО4 составляет по ловину молярной массы соответствующей кислоты:
Эм (H2SO4)=М(1/2 H2SO4)=98,08/2=49,04 г/моль;
Эм (НзРО4)=М(1/2 НзРО4)=95/2=47,5 г/моль.
Вычисление концентрации раствора.
Пример 3. Из 2,5000 г Na2СОз приготовлено 500 см3 раство ра. Вычислить: а) Т (Na2CО3); б) молярную концентрацию; в) нормальную концентрацию.
Решение, Для вычисления титра (Т) нужно найти массу вещест ва в граммах, содержащегося в 1 см3 раствора:
Т(Na2CО3)=m(Na2CО3)/V=2,500/500=0,0050г/см3.
Молярную концентрацию можно вычислить по известному титру:
СМ (Na2CО3)= Т(Na2CО3)•1000/М (Na2CО3)=0,005•1000/106=0,04717 моль/л
Для вычисления нормальной концентрации раствора нужно найти эквивалентную массу Na2CО3:
Эм(Na2CО3)=М(1/2Na2CО3)=106/2=53 г/моль.
Затем, используя величину титра, определяем нормальную концентрацию из соотношения:
СN (Na2CО3)= Т(Na2CО3)•1000/ Эм(1/2Na2CО3 •V)=0,005•1000/53=0,0943 моль/л, или, используя навеску, из соотношения:
СN (Na2CО3)= m(Na2CО3)•1000/ Эм(1/2Na2CО3 •V)=2,5•1000/53•500=0,0943 моль/л.
Пример 4. На титрование 20 см3 0,02 М раствора НСl расходуется 15 см3 раствора NaOH. Определить молярную концентрацию раствора.
Решение. Так как вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах, то количество НСl в точке эквивалентности равно количеству NaOH:
n(HCl)=n(NaOH); n(HCl)=C(HCl) •V(HCl); n(NaOH)=C(NaOH) •V(NaOH);
C(HCl)•V(HCl) =C(NaOH) • V (NaOH); C(NaOH)=С(НСl) • V(НСl) / V(NaOH)=0,02•20,00 / 15,00=0,02667 моль/л.
Пример 5. Раствор карбоната натрия титруют раствором соляной кислоты (Т(НСl) - 0,00365 г/см3) в присутствии метилового оранжевого. Вычислить титр раствора Na2CО3 .
Решение. Между эквивалентами реагирующих веществ и их титрами существует соотношение:
Э (НСl)- Э (Na2C03)
Т(НСl) -T(Na2C03)
Т(Na2CО3)=Т(НСl) •Эм(Na2CО3)/ Эм (НСl)=0,00365•53,0/36,5=0,0053 г/см3 .
Вычисление pH и рОН растворов при титровании.
Концентрация ионов водорода и ионов гидроксида при титровании сильной кислоты сильным основанием (или сильного основания сильной кислотой) равна концентрации оставшейся в растворе неотитрованной сильной кислоты (сильного основания). В точке экви валентности рН определяется концентрацией ионов водорода, образующегося при диссоциации воды.
Пример 6. Рассчитать рН раствора, полученного при титровании в момент, когда 15,0 см3 0,02 М НСl добавили 10 см3 0,15 М раствора NaOH.
Решение. Вычисляем количество кислоты и щелочи в данных растворах в моль/л:
n(HCl)=C(HCl) •V(HCl)=15,0•0,02=3,0 ммоль;
n(NaOH)=C(NaOH) •V(NaOH)=10,0•0,15=1,5ммоль;
Избыток кислоты равен 3,0 - 1,5=1,5 ммоль. Это неоттитрованное количество кислоты содержится в объеме: V = 15,0 + 10,0=25 см3.
Определяем количество кислоты в 1 см3, что и является молярной концентрацией соляной кислоты: С(HCl)=1,5/25,0=0,06 ммоль/смз. Отсюда рН = - lg [Н+] = - lg 6•10-2 =1,22.
В случае неполной нейтрализации слабой кислоты (слабого основания) рН вычисляют, пользуясь выражением для константы диссоциации слабой кислоты (основания): НАН+ + А-:
КНА =[H+]•[A-]/[HA]; [H+]= КНА •[HA]/ [A-] ; [HA]≈Скисл. ;
[A-]≈Ссоль ; [H+]= КНА • Скисл. / Ссоль.
Пример 7. Вычислить рН раствора, полученного при добавле нии 15 см3 0,1 М раствора NaOH к 20 см3 0,1 М раствора уксусной кислоты.
Решение. В процессе нейтрализации слабой кислоты образуется соль, концентрация которой равна концентрации нейтрализованной кислоты. Избыточная, т.е. неоттитрованная, кислота в растворе остается в виде малодиссоциированных молекул. Следовательно,
nсоль = C(NaOH) •V(NaOH)=15,0•0,1=1,5ммоль;
Ссоль =n/V= 1,5/(15+20)=0,04285 ммоль/см3;
nкисл =20,0•0,1-15,0•0,1=0,5 ммоль/см3 ;
Скисл =n/V=0,5/35=0,0142 ммоль/см3 ;
[H+]=К(СН3 СООН) • Скисл / Ссоль , где К(СН3 СООН)=1,8•10-5 .
[H+]=1,8•10-5 •0,0142/ 0,0425=6•10-6 ; рН=5,22.
Если имеет место полная нейтрализация слабой кислоты (основания), то рН рассчитывают по константе диссоциации сопряженного основания (кислоты): А- + Н2О= НА + ОН-;
Ксоль / Кна = [HA] •[ОH-]/[А-]; [HA] ≈[ОH-]; [А-]≈ Ссоль ;
[ОH-]/ Ссоль = Ксоль / Кна; [ОH-]=.
Пример 8. Вычислить рН раствора, полученного при титровании в момент, когда к 10,00 см3 0,1 М раствора уксусной кислоты добавили 100,00 см3 0,1 М раствора NaOH.
Решение. К раствору СН3СООН добавили эквивалентное количество NaOH. Вся кислота переведена в соль - ацетат натрия. Кон-грация соли с учетом разбавления равна: Ссоль = 1005•0,1/200 = 0,05 моль/л; тогда
[ОH-]==5•10-6 моль/л;
[H+]=10-14 /5•10-6 =2•10-9 моль/л; рН= - lg [H+]=8,7
При избытке щелочи концентрация ионов [ОH-] равна концентрации избыточной щелочи, а при избытке сильной кислоты концентрация ионов водорода равна концентрации избыточной кислоты, рН в этом случае вычисляется так же, как и в примере 6.
Расчет результатов анализа.
Наиболее рациональный способ расчета состоит в вычислении количества определяемого вещества (n) с последующим пересчетом в массу (m) или массовую долю (W, %).
Пример 8. Вычислить массу серной кислоты в растворе, если на нейтрализацию требуется 200,00 см3 раствора NaOH; T(NaOH)=0,004616 г/см3 .
Решение. Вычисляем концентрацию NaOH:
С(NaOH)= T(NaOH)•1000 / Эм(NaOH) = 0,004616•1000 / 40 =
= 0,1154 моль/л.
m(H2SO4) = C(Na0H)-V(Na0H)- Эм(H2SO4) / 1000 = 49,0•0,1153•20,0 / 1000 = 0,1132 г.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
3 А ДАЧИ
для выполнения контрольной работы
В задачах 57 - 66 рассчитать:
66.Количество NaOH для нейтрализации 5,4 г N2O5.
67. Из 5,3 г Na2СОз получим 1 л раствора. Вычислить моляр-
ность, нормальность и титр этого раствора.
68.Титр раствора серной кислоты равен 0,00490 г/см3 . Вычислить молярную и нормальную концентрацию раствора.
Рекомендуемая литература.
Рекомендуемая литература имеется в читальном зале ДГТУ.
При изучении курса химического анализа могут быть использованы и другие учебники по аналитической химии, разделы:
При изучении указанных разделов следует найти ответы на контрольные вопросы, помещенные в данном методическом пособии.
Таблица вариантов контрольных заданий.
|
Номер варианта |
Номер задач |
Номер варианта |
Номер задач |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 |
1,15,29,43,57,71,84 2,16,30,44,58,72,83 3,17,31,45,59,73,82 4,18,32,46,60,74,81 5,19,33,47,61,75,80 6,20,34,48,62,76,79 7,21,35,49,63,77,81 8,22,36,50,64,79,82 9,23,37,51,65,79,83 10,24,38,52,66,80,84 11,25,39,53,67,71,81 12,26,40,54,68,72,82 13,27,41,55,69,73,83 14,28,42,56,70,74,84 15,27,40,53,66,79,82 16,26,39,52,65,79,81 17,25,38,51,64,77,79 18,24,37,50,63,76,80 10,23,36,49,62,76,80 9,22,35,48,61,74,81 8,21,34,47,60,73,82 7,20,33,46,59,72,83 6,19,32,45,58,71,84 5,18,31,44,57,70,80 4,17,30,43,56,69,79 3,16,29,42,55,68,78 2,15,28,41,56,67,77 1,14,27,40,53,66,76 10,13,26,39,52,55,75 9,12,25,38,51,64,74 8,11,24,37,50,63,73 7,10,23,36,49,62,72 6,20,22,35,48,60,71, 5,19,23,34,47,59,70 4,18,24,33,46,58,80 3,17,23,32,45,77,79, 2,16,22,31,44,76,78 1,15,21,30,43,75,77 10,14,20,29,42,74,76 9,13,19,38,41,73,75, 8,12,18,37,40,72,74 7,11,17,36,39,71,73 6,10,16,35,40,72,84 5,11,17,36,41,73,83 4,12,18,40,46,77,81 1,17,22,48,58,77,84 10,16,31,47,66,76,83 9,15,29,46,65,75,82 8,28,38,45,64,74,81 7,27,37,44,63,73,80 |
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 |
6,26,36,43,62,72,79 5,25,35,42,61,70,78 4,24,34,41,60,69,77 3,23,33,40,59,68,78, 2,22,32,39,58,67,77 1,25,31,38,57,68,84 2,24,33,39,56,69,83, 3,23,34,40,55,70,82 4,25,35,41,56,71,81 5,26,36,42,57,72,80 6,27,37,43,58,73,79 7,28,38,44,59,74,84 8,29,39,45,60,75,83 9,30,40,46,61,76,82 10,31,41,47,62,77,81 1,19,30,44,66,72,84 2,20,31,45,67,73,83 3,21,32,46,68,74,82 4,22,33,47,69,75,81 5,23,34,48,70,76,82 6,24,35,49,71,77,83 7,25,36,50,72,78,84 8,26,37,51,73,79,83 9,27,38,52,74,80,82 10,28,39,53,73,81,84 1,26,32,47,58,75,80 2,25,33,48,57,74,79 3,24,34,46,56,73,75 4,23,33,45,55,72,80 5,22,32,44,54,71,81 6,21,31,43,53,70,82 7,20,30,42,52,69,83, 8,19,29,41,51,68,84 9,18,28,40,50,67,69 10,17,27,39,43,65,70 11,16,26,38,48,64,71 12,15,25,37,47,63,72 13,24,34,46,58,73,80 14,25,35,47,59,74,81 15,26,36,48,60,75,82 16,24,37,49,61,76,83 17,28,38,50,62,77,84 18,38,48,60,72,78,83 19,39,49,61,73,79,84 1,7,13,19,25,57,63 2,8,14,20,26,58,64 3,9,15,21,27,59,65 4,10,16,22,28,60,66 5,11,17,23,29,61,67 6,12,18,24,30,62,68 |