Аналитическая химия: Рабочая программа, задания на контрольные работы

Министерство образования Российской Федерации СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химии и охраны окружающей среды

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Специальности: 250100 - химическая технология органических веществ; 250200 - химическая технология неорганических веществ Направление 550800 - химическая технология и биотехнология

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2002

Утверждено редакционно-издательским cоветом университета УДК 543 (075) Аналитическая химия: Рабочая программа, задания на контрольные работы. - СПб.: СЗТУ, 2002. - 58 с. Рабочая программа и задания на контрольные работы по дисциплине «Аналитическая химия» предназначены для студентов 2 курса специальностей 250100 и 250200 и направления 550800. По всем разделам представлена развернутая рабочая программа с вопросами для самоконтроля, составлены контрольные задания. Рабочая программа разработана в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по специальностям 250100 и 250200 и направлению 550800. Рассмотрено на заседании кафедры химии и охраны окружающей среды 20 декабря 1999 г., одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 31 января 2000 г. Рецензенты: кафедра химии и охраны окружающей среды СЗТУ (заведующий кафедрой Г.С. Зенин, д-р техн. наук, проф.); С.С.Ермаков, канд. хим. наук, доц. кафедры аналитической химии Санкт-Петербургского государственного университета. Научный редактор Г.С. Зенин, д-р техн. наук, проф. Составители: Т.В. Беляева, канд. хим. наук, доц.; Н.Ф. Волынец, канд. хим. наук, доц.

 Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2002

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Аналитическая химия - это наука об определении химического состава веществ и отчасти их строения. Предметом аналитической химии как науки является теория и практика химического анализа. Аналитическая служба - это сервисная система, обеспечивающая конкретный анализ определенных объектов с использованием арсенала методов, рекомендуемых аналитической химией. Цель преподавания дисциплины - сочетание дальнейшего развития общехимической подготовки студента, начатой в курсе общей и неорганической химии, с обучением наиболее важным химическим методам анализа и возможностям их применения для решения конкретных практических задач в различных областях науки и производства. Химический анализ применяют для контроля сырья, промежуточных и конечных продуктов производства в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой промышленности, черной и цветной металлургии, горнодобывающей промышленности и геологической службе, при решении вопросов охраны окружающей среды. При этом каждая отрасль при постановке аналитической задачи имеет свою специфику. Учитывая своеобразие и сложность современной социальноэкономической ситуации, кафедра строит программу обучения с учетом того, что часть студентов ориентируется не только на получение конкретной узкой специальности, но, главным образом, на получение базового высшего образования, что требует освоения широкого диапазона общенаучных и общетехнических знаний, формирование системной подготовки специалиста. Поэтому главная цель построения программы обучения аналитической химии - это освоение смысла, философии науки, системы и взаимосвязи ее методов, а отнюдь не загруживание студента деталями "нужного" метода. По окончании изучения курса “Аналитическая химия” студент должен знать: - методы расчета равновесных концентраций (в системах с одним доминирующим равновесием и в условиях конкурирующих равновесий) и способы использования этой информации при оценке пригодности реакции для аналитических целей;

4

- основные методы титриметрического и гравиметрического анализа; - принципы, на которых основаны методы разделения и кон-центрирования, лежащие в основе многих технологических схем; - основные критерии, используемые при выборе метода анализа; - метрологические основы аналитической химии. Студент должен уметь: проводить основные аналитические операции (осаждение, фильтрование, промывание, экстракция, взятие навески, отбор средней пробы, приготовление растворов, титрование) и связанные с ними расчеты; статистически оценивать результаты аналитического определения; пользоваться справочной литературой для решения аналитических задач; проводить количественную оценку пригодности реакции для аналитических целей; составлять схему анализа заданного объекта и выбирать метод анализа заданного элемента. Изучение дисциплины "Аналитическая химия" основывается на знаниях, полученных в курсе "Неорганическая химия". Материалы курса используются при изучении дисциплин: “Физическая химия”, “Органическая химия”, “Физическая химия дисперсных систем”, “Общая химическая технология”, “Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза”.

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объем курса 162 часа) ВВЕДЕНИЕ (4 часа) [1], кн.1, с.4...21 Задачи и методы аналитической химии. Понятие о химических, физических и физико-химичесих методах анализа. Аналитическая химия как наука. Фундаментальные и прикладные аспекты аналитической химии. Аналитическая сервисная служба. Значение и области использования химического анализа. Основные этапы развития аналитической химии. Перспективы развития аналитической химии и химического анализа.

5

Вопросы для самопроверки 1. Расскажите о различных подходах к классификации методов анализа. 2. В чем разница между понятиями аналитическая химия и химический анализ?

1.1. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА (20 часов) 1.1.1. Основные этапы проведения анализа. Метрологические основы аналитической химии (12 часов) [1], кн.1, с.22...81; [2], кн.1, с.18...37, 51...73 Основные типы реакций, используемых в аналитической химии: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексообразова-ния, осаждения. Основные химические методы анализа: гравиметрические, титриметрические, кинетические. Выбор метода анализа. Основные стадии проведения анализа: отбор пробы; подготовка пробы к анализу; разложение пробы сплавлением и спеканием, переведение пробы в раствор, устранение влияния мешающих компонентов; проведение аналитических реакций; измерение аналитического сигнала. Метрологические основы аналитической химии. Погрешности, возникающие на разных стадиях проведения анализа. Оценка правильности проведения анализа и воспроизводимости. Стандартные образцы. Систематические и случайные погрешности. Хемометрика. 1.1.2. Вычисления в количественном анализе (8 часов) [1], кн.2, с.22...26, 30...40; кн.1, с.124...127; [2], кн.1, с.74...84 Единицы количества вещества. Способы выражения концентраций. Закон кратных отношений Дальтона. Вычисление фактора эквивалентности и эквивалента. Расчеты в титриметрическом анализе: сущность титриметрии; стандартные растворы и способы их приготовления; виды титрования: прямое, обратное (по остатку), титрование заместителя. Кривые титрования. Гравиметрический (весовой) анализ. Классификация методов анализа. Вычисление содержания определяемого компонента в весовом анализе.

6

Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные типы реакций, используемых в аналитической химии. Назовите основанные на них методы количественного анализа. 2. Перечислите основные этапы проведения количественного анализа. 3. Перечислите метрологические характеристики методов химического анализа. 4. Какими методами проверяется правильность результатов анализа? 5. Что представляют собой стандартные образцы? 6. В чем отличие систематических погрешностей от случайных? 7. Перечислите основные типы реакций, используемых в титриметрии, и назовите соответствующие им группы титриметрических методов. 8. Сформулируйте понятия эквивалента, фактора эквивалентности, молярной массы эквивалента. 9. Какие растворы называются стандартными? 10. Какие требования предъявляются к реакциям, используемым в титриметрии? Каковы критерии применения различных способов проведения титрования: прямого, обратного, заместительного? 11. Что представляют собой кривые титрования? Для чего они строятся? 12. На чем основан гравиметрический анализ?

1.2. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В РЕАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ (6 часов) [1], кн.1, с.81...120; [2], кн.1, с.37...50; [3], кн.1, с.37...50 Закон действия масс. Константы равновесия. Константы образования и константы диссоциации. Ступенчатые равновесия. Идеальные и реальные системы. Электростатические взаимодействия в растворах. Термодинамические и концентрационные константы равновесия и коэффициенты активности. Влияние сольватации на равновесие. Структура и свойства растворителей. Апротонные, протофильные и амфипротонные растворители. Автопротолиз. Влияние химических факторов на равновесие. Конкурирующие равновесия. Равновесная и общая концентрации вещества. Уравнения материального баланса и электронейтральности. Вычисления молярных долей компонентов раствора. Графическое описание равновесий. Вопросы для самопроверки 1. Сформулируйте закон действующих масс. 2. Как связаны константы образования и константы диссоциации? 3. Что показывает коэффициент активности? Какие числовые значения он принимает? Когда его значение больше единицы?

7

4. В чем отличие между термодинамической и концентрационной константами равновесия? 5. Составьте уравнение материального баланса для растворов щавелевой кислоты и оксалатов натрия и уравнение электронейтральности для раствора хлорида бария.

1.3. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ (30 часов) 1.3.1. Основные теоретические концепции кислот и оснований (4 часа) [1], кн.1, с.130...137; [2], кн.1, с.85...93 Классическая теория электролитической диссоциации Аррениуса. Сильные и слабые электролиты. Константы диссоциации кислот и оснований. Протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Сила протолитов кислот и оснований в классической теории. Константы кислотности, основности, константы протонирования, константы протолитической пары. Нивелирующий и дифференцирующий эффекты растворителей. 1.3.2. Расчеты концентраций водородных ионов в растворах электролитов (10 часов) [1], кн.1, с.137...154; [2] , кн.1, с.94...113 Ионное произведение воды. Расчет рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований. Буферные растворы. Значение буферных растворов в химическом анализе. Расчет концентрации ионов водорода и рН в буферных растворах. Гидролиз солей. Вычисление рН в растворах гидролизующихся солей. Использование явления гидролиза и амфотерности в аналитической химии. 1.3.3. Кислотно-основное титрование (16 часов) [1], кн.2, с.41...62 ; [2], кн.1, с.113...157; [3], кн.1, с.264...279 Характеристика методов кислотно-основного титрования. Стандартные растворы и установочные вещества для стандартизации. Установление момента эквивалентности. Определение точки эквивалентности. Кислотно-основные индикаторы. Смешанные и универсальные индикаторы. Кривые титрования сильных и слабых одноосновных кислот и оснований, их использование при выборе индикатора. Индикаторные ошибки и их вычисление. Титрование многоосновных кислот и основа-

8

ний, кислых солей и солей слабых кислот и оснований. Кислотноосновное титрование неводных растворов. Практическое применение кислотно-основного титрования для анализа неорганических и органических веществ. Определение азота, серы, хлора, углерода, фосфора, бора при элементном анализе органических веществ. Вопросы для самопроверки 1. Что такое рН? 2. Чему равно ионное произведение воды? 3. Какой параметр определяет силу кислот и оснований в классической теории кислот и оснований? 4. Какие растворы называются буферными? 5. Дайте определение гидролиза и константы гидролиза с позиций классической теории кислот и оснований и с позиций теории Бренстеда-Лоури. 6. Какие растворы называются амфолитами и какие равновесия следует рассматривать в таких растворах для расчета рН с позиций протолитической и классической теорий? 7. В каких координатах строятся кривые титрования в методе кислотноосновного титрования? 8. В каких вариантах кислотно-основного титрования точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности? 9. Какие факторы влияют на вид кривой титрования: величина скачка, положение точки эквивалентности, наклон ветвей? 10. Сколько скачков на кривой титрования фосфорной кислоты? 11. Как оттитровать фосфорную кислоту по третьей ступени? 12. Какие приемы используют для титрования кислот и оснований с константами диссоциации менее 10-8? 13. Какие вещества можно использовать в качестве кислотно-основных индикаторов? 14. Как подбирается кислотно-основной индикатор? 15. Напишите уравнения реакций, которые лежат в основе кислотноосновного определения содержания азота, серы, хлора, углерода в органических и неорганических соединениях.

9

1.4. РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (11 часов) 1.4.1. Основные понятия и использование комплексных соединений в анализе (6 часов) [1], кн..1, с.154...202; [2], кн.1, с.235...268 Комплексные соединения. Основные понятия. Типы лигандов, монодентантные и полидентантные лиганды. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Хелатный эффект. Типы комплексов. Моно- и полиядерные комплексы, однородно- и смешанолигандные, внутри- и внешнесферные комплексы. Диссоциация и устойчивость комплексов в растворах. Константы устойчивости и нестойкости. Ступенчатое равновесие. Функции закомплексованности. Влияние рН на процесс комплексообразования. Использование комплексных соединений в анализе для обнаружения, количественного определения ионов, растворения осадков, в процессе маскирования, для изменения окислительно-восстановительных потенциалов. 1.4.2. Комплексонометрическое титрование (5 часов) [1], кн.2, с.63...82 ; [2], кн.1, с.269...291 Комплексоны. Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ или комплексон II) и ее двунатриевая соль (ЭДТА комплексон III, трилон Б). Состав, структура и устойчивость комплексов ионов металлов с комплексонами. Приготовление стандартных растворов комплексонов. Кривые титрования с ЭДТА. Способы обнаружения конечной точки титрования. Металлохромные индикаторы, принцип их действия. Способы титрования в комплексонометрии: прямое, обратное, метод замещения. Определение катионов и анионов комплексонометрическим методом и сравнение его с другими методами анализа. Вопросы для самопроверки 1. Какие соединения называются комплексными? Что такое лиганд, комплексообразователь? 2. Какие лиганды называются монодентантными и какие полидентантными? 3. Какие соединения называются внутрикомплексными? 4. Что такое хелатный эффект? 5. Какие процессы характеризуют константы устойчивости и константы нестойкости? 6. В чем заключается процесс маскирования?

10

7. Как повысить селективность комплексонометрического титрования? 8. Почему величина рН должна быть учтена при выборе условий комплексонометрического титрования? 9. Какие факторы учитываются при подборе металлоиндикатора? 10. Приведите примеры комплексонометрического определения ионов с использованием обратного титрования, вытеснительного и косвенного титрования. Чем определяется выбор способа титрования? 11. Как влияют состав и рН буферного раствора на результаты комплексонометрического титрования? 12. От каких факторов зависит величина скачка на кривой комплексонометрического титрования?

1.5. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (14 часов) 1.5.1. Применение окислительно-восстановительных реакций в анализе (4 часа) [1], кн.1, с.203...217 ; [2], кн.1, с.369...390 Уравнение Нернста. Стандартные электродные и окислительновосстановительные потенциалы. Формальный потенциал. Влияние химических взаимодействий на потенциал: изменение рН, комплексообразование, образование малорастворимых соединений. Применение окислительно-восстановительных реакций для обнаружения, разделения и определения веществ. 1.5.2. Окислительно-восстановительное титрование (10 часов) [1], кн.2, с.83...98 ; [2], кн.1, с.398...439 Основные методы окислительно-восстановительного титрования. Построение кривых титрования. Способы обнаружения конца титрования. Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Вычисление области перехода окраски индикатора. Перманганатометрия, иодометрия как методы окислениявосстановления. Характеристики методов. Стандартные растворы. Установочные вещества (первичные стандарты). Прямое титрование, обратное титрование, заместительное титрование. Примеры определения веществ перманганатометрическим и иодометрическим методами. Понятие о хроматометрии, броматометрии, ванадатометрии, аскорбинометрии.

11

Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные методы окислительно-восстановительного титрования? 2. Приведите примеры симметричных и асимметричных кривых окислительно-восстановительного титрования. 3.Какие вещества используются в качестве окислительно-восстановительных индикаторов? Как рассчитать область перехода окраски этих индикаторов? 4. Перечислите окислители и восстановители, используемые для предварительного окисления и восстановления титруемых веществ. 5. Напишите реакции, протекающие при стандартизации рабочих растворов в перманганатометрии и иодометрии. 6. Напишите реакции и составьте расчетные формулы при определении кальция перманганатометрическим методом. 7. Какие вещества можно определить прямым титрованием раствором иода? 8. Как проводится определение окислителей в иодометрии?

1.6. РЕАКЦИИ ОСАЖДЕНИЯ (23 часа) 1.6.1. Равновесие в системе осадок - раствор (10 часов) [1], кн.1, с.218...235; [2], кн.1, с.158...200 Правило произведения растворимости и его использование в практике химического анализа. Термодинамическая и концентрационная константы произведения растворимости. Произведение активностей. Растворимость осадков в воде и в водных растворах электролитов. Факторы, влияющие на растворимость. Влияние одноименного иона. Влияние конкурирующих равновесий на растворимость осадков. Расчет растворимости при заданной концентрации ионов водорода. Расчет растворимости с учетом гидролиза. Комплексообразование и растворимость. Механизм образования твердой фазы, теория кристаллизации. Осаждение и соосаждение. Виды соосаждения: адсорбция, окклюзия, послеосаждение. Использование осаждения в аналитической химии. 1.6.2. Гравиметрический анализ (10 часов) [1], кн.2, с.4...30; [2], кн.1, с.201...212; [3], кн.1, с.137...170 Сущность гравиметрического (весового) анализа. Классификация методов анализа. Осаждаемая и гравиметрическая форма и требования, предъявляемые к ним. Механизм процесса осаждения. Коллоидное состояние, старение осадка. Загрязнение осадка. Способы уменьшения со-

12

осаждения. Оптимальные условия получения кристаллических и аморфных осадков. Применение возникающих реактивов (осаждение из гомогенных растворов). Использование органических осадителей. Применение методов осаждения для анализа неорганических и органических веществ. Метод отгонки. Прямой и косвенный методы отгонки. Расчеты в гравиметрическом анализе. Источники ошибок и возможные меры их устранения. 1.6.3. Титриметрический анализ по методу осаждения (3 часа) [1], кн.2, с.98...103; [3], кн.1, с.193...210 Характеристика методов осаждения : аргенто-, меркурометрия. Влияние различных факторов на характер кривых титрования. Способы определения конца титрования. Индикаторы, образующие с титрантом цветной комплекс. Адсорбционные индикаторы и механизм их действия. Применение аргентометрии для определения галогенидов. Меркурометрическое определение хлорид-ионов. Вопросы для самопроверки 1. Сформулируйте правило произведения растворимости. 2. Как связано произведение растворимости малорастворимого электролита с его растворимостью? 3. Что показывает произведение активностей? 4. Какие факторы влияют на термодинамическую и концентрационную константы произведения растворимости? 5. В каких случаях значения величин произведений растворимости позволяют сравнивать растворимость соединений? 6. Одинаковы ли растворимости РbJ2 и BaCl2, если для обоих соединений величины произведений растворимости примерно одинаковы? 7. Сформулируйте условия образования и растворения осадков. 8. Какие процессы характеризуют различные виды соосаждения : адсорбцию, окклюзию, послеосаждение? 9. Перечислите требования, предъявляемые к осаждаемой и гравиметрической формам? 10. В каких случаях в процессе осаждения образуются коллоидные растворы? 11. Как обеспечить быструю и эффективную коагуляцию коллоидов при получении аморфного осадка? 12. Какими приемами можно эффективно очистить осадок от примесей? 13. Какие условия требуется соблюдать для получения крупнокристаллических осадков?

13

14. В чем заключается метод возникающих реагентов (осаждение из гомогенного раствора)? 15. Объясните, какими путями можно получить крупнокристаллический осадок оксалата кальция? 16. В чем заключается определение диоксида углерода в карбонатных породах методом отгонки? 17. Какие индикаторы используются для установления конечной точки титрования в аргентометрии? 18. Как рассчитать требуемую концентрацию хромат-ионов в методе Мора? 19. В чем заключается обратное титрование в аргентометрии по методу Фольгарда? Почему необходимо отделение осадка AgCl перед оттитровыванием избытка ионов серебра над осадком? 20. Почему при подборе адсорбционных индикаторов в методе Фаянса необходимо учитывать величину рН раствора?

1.7. МЕТОДЫ МАСКИРОВАНИЯ, РАЗДЕЛЕНИЯ, ВЫДЕЛЕНИЯ, КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ (12 часов) [1], кн.1,с.236...248, с.285...287; [2], кн.2, с.524...536, с.542...584 Характеристика аналитических реакций: предел обнаружения, специфичность, селективность. Методы снижения предела обнаружения: изменение рН раствора, переведение определяемого элемента в разнолигандный комплекс, умножающие реакции (мультипликационный анализ), предварительное концентрирование элемента методами экстракции, соосаждения, флотации. Специфичность, избирательность, селективность реакции. Создание селективных условий для определения ионов в различных природных и промышленных объектах: регулирование рН, маскирование и демаскирование, использование методов разделения. Маскирование. Приемы маскирования: связывание мешающего иона в комплексное соединение, изменение степени окисления мешающего иона, изменение рН раствора. Индекс маскирования. Маскирователи, наиболее часто используемые в практике анализа: комплексоны, оксикислоты (винная, лимонная, салициловая), полифосфаты, полиамины, глицерин, тиомочевина, аммиак. Демаскирование. Разделение и концентрирование. Количественные характеристики разделения и концентрирования: коэффициент распределения, степень извлечения, коэффициент разделения, коэффициент концентрирования. Осаждение и соосаждение как методы разделения и концентрирования. Разделение ионов металлов осаждением при изменении рН рас-

14

твора в виде гидроксидов, в виде хелатных соединений (с гидроксиламином, N-бензоилфенил-гидроксиламином, купфероном, диэтилдитиокарбаминатом и другими органическими реактивами), в виде сульфидов. Разделение ионов при действии гидроксидов натрия или калия, при действии водного раствора аммиака, фосфатов и карбонатов натрия, калия или аммония, серной и хлороводородной кислот, растворимых хроматов и оксалатов. Соосаждение. Виды соосаждения. Органические и неорганические коллекторы для соосаждения микрокомпонентов. Электрохимическое осаждение. Экстракция как метод разделения и концентрирования. Механизм экстракции. Основные термины и количественные характеристики: экстрагент, разбавитель, экстракт, реэкстракция, константа распределения, коэффициент распределения, степень экстракции. Реактивы и растворители для экстракционного разделения. Типы экстрагирующихся соединений: простые вещества с ковалентной связью, кислоты (минеральные, комплексные и гетерокислоты), внутрикомплексные соединения, ионные ассоциаты. Преимущества и возможности экстракционных методов выделения и концентрирования. Понятие о хроматографических методах разделения и концентрирования. Классификация хроматографичеких методов анализа по механизму разделения: адсорбционная, распределительная, ионообменная, осадочная, адсорбционно-комплексообразовательная, редоксохроматография и др. Понятие о других методах разделения: дистилляция, зонная плавка, электрохроматография; методы разделения, использующие сублимацию. Вопросы для самопроверки 1. Что называется пределом обнаружения (ПрО)? 2. Какие методы можно использовать для снижения предела обнаружения данного элемента в реальных условиях? 3. Какие реакции называются умножающими? Как можно понизить предел обнаружения при определении малых количеств иодидов? 4. Какие реакции называются специфическими? 5. В чем заключается создание специфических условий для определения заданных элементов в присутствии других элементов? 6. В чем заключается процесс маскирования? 7. Перечислите основные проблемы маскирования и соответствующие вещества-маскирователи. 8. Что называется демаскированием?

15

9. При каких значениях коэффициента разделения и коэффициентов распределения достигается количественное разделение веществ? 10. Будет ли достигнуто количественное разделение веществ А и В, если значения их коэффициентов распределения равны DA=103 и DВ=10-1? 11. Перечислите основные химические способы разделения ионов металлов, основанные на применении осаждающих неорганических и органических реагентов. 12. Какие преимущества имеют органические коллекторы при соосаждении микрокомпонентов? 13. В чем разница между понятиями константы распределения и коэффициента распределения? 14. Какие процессы протекают при экстракции? 15. От каких из перечисленных параметров зависит значение коэффициента распределения: температура, концентрация, рН раствора, маскирующие вещества? 16. Какие процессы определяют скорость экстракции? 17. Какой процесс предпочтительнее при электролитическом разделении компонентов: электролитическое выделение микрокомпонентов или компонентов матрицы? 18. На чем основано хроматографическое разделение смесей веществ? 19. Какие процессы характеризует сорбция? 20. Какими свойствами должна обладать неподвижная фаза при хроматографическом разделении? 21. Перечислите основные виды хроматографии.

1.8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ И ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (10 часов) [1], кн.1, с.61...81; кн.2, с.405...442; [2], кн.2, с.631...644, с.811...815; [3], кн.2, с.190...219, с.223...237 Основные стадии проведения анализа: отбор пробы; подготовка пробы к анализу; разложение пробы сплавлением и спеканием, переведение пробы в раствор, устранение влияния мешающих компонентов; проведение аналитических реакций; измерение аналитического сигнала. Отбор пробы и разложение образца. Задачи и планирование анализа. Выбор метода анализа. Отбор пробы. Генеральная, лабораторная, анализируемая проба. Отбор пробы при анализе газов, жидкостей, твердых веществ в виде сыпучего продукта и в виде целого твердого объекта. Потери и загрязнения при пробоотборе. Подготовка пробы к анализу.

16

Высушивание. Вода в пробах. Гравиметрическое определение содержания воды прямым или косвенным методом. Титриметрический метод определения с реагентом Фишера. Разложение образцов . Перевод пробы в раствор. "Мокрые" и "сухие" способы разложения проб органической и неорганической природы. Растворение проб. Выбор растворителя в зависимости от природы и состава анализируемого объекта: использование воды, смеси воды с органическим растворителем, органических растворителей, кислот и их смесей; применение гидроксидов, карбонатов щелочных металлов и аммиака для перевода в раствор анионов. Разложение органических соединений. “Мокрое” озоление. Метод Кьельдаля. "Сухое" озоление. Метод сжигания в трубке. Сжигание кислородом в закрытых сосудах. Прибор Шёнигера. "Сухое" разложение: сплавление, спекание и термическое разложение. Использование сплавления при анализе неорганических веществ. Щелочные, кислые и окислительные плавни. Подбор плавня при разложении минералов, руд, металлов, сплавов, оксидов металлов. Спекание со смесью карбонатов щелочных металлов и оксидами магния и кальция. Термическое разложение: пиролиз, сухое озоление. Использование для термического разложения микроволновых печей, облучения лазером, нагревание смеси с ферромагнитным материалом в высокочастотном электрическом поле. Использование гравиметрических и титриметрических методов для элементного и фазового анализа металлов, сплавов, чистых веществ, геологических объектов, объектов окружающей среды, биологических и органических объектов. Вопросы для самопроверки 1. Какие требования предъявляются к генеральной пробе анализируемого вещества? 2. Какими факторами определяется способ отбора и размер пробы? 3. Как отбирается проба жидкости, жидкости в потоке, твердого вещества и газа? 4. Как подбираются тип плавня и режим плавления? 5. Какими способами можно определить содержание воды в пробе для анализа? 6. Какие растворители могут быть использованы на стадии пробоподготовки органических и неорганических веществ? 7. Какие "мокрые" и "сухие" методы могут быть использованы для разложения органических соединений при подготовке к элементному анализу?

17

8. Перечислите щелочные, кислые и окислительные плавни, используемые для разложения неорганических образцов различной природы? 9. В чем заключается процесс термического разложения? Какие процессы характеризуют пиролиз и сухое озоление? 10. Перечислите возможные источники погрешностей в процессе отбора и разложения пробы.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (32 часа) 1. Приготовление и стандартизация раствора хлороводородной кислоты. 2. Определение содержания гидроксида и карбоната натрия при их совместном присутствии. 3. Определение содержания аммиака в солях аммония методом обратного титрования. 4. Приготовление и стандартизация рабочего раствора тиосульфата натрия. 5. Иодометрическое определение меди. 6. Иодометрическое определение свободного хлора в водопроводной воде. 7. Комплексонометрическое определение цинка со статистической обработкой результатов. 8. Определение постоянной и переменной жесткости воды кислотно-основным и комплексонометрическим методом. Студент выполняет из приведенного перечня в первом семестре две задачи по теме “Методы кислотно-основного титрования” и во втором семестре - три задачи по темам “Методы окислениявосстановления” и “Методы комплексообразования”. Для студентов групп при предприятиях при наличии условий лабораторный практикум организуется на базе ЦЗЛ и включает в себя примеры решения задач аналитического контроля сырья и продуктов производства на данном предприятии, организации контроля возможных загрязнений окружающей среды. В соответствии с этим корректируется также и тематический план лекций.

18

ЛИТЕРАТУРА 1. Основы аналитической химии: Учебник для вузов. В 2 кн./ Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И.Фадеева и др.; Под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высш. школа, 1996. 844с. 2. Основы аналитической химии: Учебник для вузов. В 2 кн. / Д. Скуг, Д. Уэст. Пер. с англ. под ред. Ю.А.Золотова. - М.: Мир, 1979. 919с. 3. Аналитическая химия: Учебник для вузов. В 2 кн. / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий. - М.: Химия, 1990. 846 с. 4. Справочник по аналитической химии. / Ю.Ю.Лурье. - М.: Химия, 1979. 480с. 5. Аналитическая химия. Расчеты в количественном анализе: Учеб. пособие./ Т.В.Беляева, Н.Ф.Волынец. – СПб.: СЗПИ, 2000, 84с. 6. Аналитическая химия: Методические указания к выполнению лабораторных работ. Титриметрические методы. / Т.В.Беляева. – СПб.: СЗПИ, 2000, 84с. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ для студентов очно-заочной формы обучения (16 часов) 1. Введение. Современное состояние аналитической химии. Роль химических методов в решении современных аналитических задач. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 часа 2. Методы расчета равновесных концентраций в системах с одним доминирующим равновесием. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 » 3. Расчеты равновесных концентраций при кислотноосновных взаимодействиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 » 4. Метод кислотно-основного титрования (нейтрализации). 2 » 5. Расчеты равновесных концентраций в растворах комплексных соединений. Комплексонометрия. . . . . . . . . . . 2 » 6. Расчеты равновесных концентраций в системе осадок насыщенный раствор. Гравиметрия. Метод осаждения в титриметрии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 » 7. Расчеты равновесных концентраций в системах с конкурирующими равновесиями. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 » 8. Методы разделения, концентрирования. Принципы построения аналитической методики в количественном химическом анализе промышленных и природных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 »

19

2. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ В соответствии с учебным планом предусмотрено выполнение студентом двух контрольных работ, по одной в каждом семестре. Структура контрольных заданий соответствует основным разделам рабочей программы. Выполнение соответствующих контрольных работ является заключительным этапом усвоения материала данной темы, цель которого - помочь студенту выработать знания и умения по применению основных теоретических положений курса для решения разнообразных практических задач по химическим методам анализа, широко применяемым в заводских и научно-исследовательских лабораториях. Подбор контрольных задач, наряду с традиционными для курса неорганическими объектами, включает и органические, и биологические объекты. Это позволяет студенту на практике убедиться в том, что несмотря на бесчисленное множество объектов аналитической химии и огромное многообразие стоящих перед нею задач, все они решаются на основе общих типовых методов расчетов. Поэтому целью выполнения контрольных работ является освоение студентом на примере отдельных конкретных задач определенного набора алгоритмов решений типовых задач, общего подхода к составлению схемы анализа, выбору метода анализа. Это является хорошей психологической подготовкой для восприятия нелегкого конкретного материала курса. Студент выполняет две контрольные работы: первую - в первом семестре и вторую - во втором. Контрольные работы следует выполнять по мере проработки соответствующих разделов курса по рекомендуемой в рабочей программе учебной литературе и с помощью данных методических указаний. Первая контрольная работа включает задачи по расчету концентраций ионов при кислотно-основных равновесиях и методам кислотноосновного титрования. Это соответствует второму, третьему и четвертому разделам рабочей программы. Вторая контрольная работа включает расчеты равновесных концентраций в системе осадок-раствор, расчеты в гравиметрическом анализе, расчеты в окислительно-восстановительном, осадительном и комплексонометрическом титровании, расчеты в методах маскирования и разделения. Эти вопросы рассматриваются в разделах 1.4., 1.5., 1.6. и 1.7. рабочей программы.

20

При оформлении контрольных работ необходимо учитывать следующее: - содержание задачи надо обязательно полностью переписать в тетрадь; - формулы, которые будут использованы при решении задач, нужно привести сначала в общем виде, после чего подставить в основную формулу заданные числовые величины и произвести вычисления; - если в условии задачи предлагается вывести расчетную формулу, это следует делать не в общем виде, а на заданном конкретном примере для обоснованного подхода к выбору требуемых справочных данных; - каждое действие при решении задачи должно сопровождаться объяснениями; - для всех числовых результатов необходимо указывать размерность полученной величины. Обе контрольные работы необходимо выполнить в отдельных ученических тетрадях на правой стороне развернутого листа. Левую страницу рекомендуется оставить свободной для возможного исправления ошибок. Для замечаний и указаний преподавателя необходимо оставлять поля размером 5 … 7 см. Вариант заданий выбирается по одной, двум или трем последним цифрам шифра студента в соответствии с указаниями к каждой задаче.

21

2.1. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 2.1.1. Р а с ч е т к о н ц е н т р а ц и й в о д о р о д н ы х и о н о в в растворах электролитов 2.1.1.1. Расчет рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований Задача №1 Вывести формулу для расчета и вычислить рН в заданном растворе. Номер варианта выбирается по последней цифре шифра студента. В а р и а н т ы

Спocоб

Раствор вещества

1 Хлороводороная кислота 2 Гидроксид натрия 3 Уксусная кислота 4 Муравьиная кислота 5 Аммиак 6 Азотистая кислота 7 Трихлоруксусная кислота 8 Бензойная кислота 9 Хлоруксусная кислота 0 Молочная кислота

выражения концентрации

Концентрация раствора

1

Варианты (предпоследняя цифра шифра студента) 2 3 4 5 6 7 8 9

0

моль/л

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.50

0.80

0.90

1.00

г/л

1.00

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

12.0

24.0

28.0

г/л

0.12

0.24

0,48

0.60

0.90

1,20

1,80

3.00

4.20

6.00

г/л

0.10

0.20

0.30

0.50

0.80

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

г/л

0.34

0.51

0.75

0.90

1.00

1.43

1.90

2.10

2.35

2.82

моль/л

0.01

0.02

0.03

0.05

0.08

0.09

0.10

0.20

0.30

0.50

г/л

1.00

2.00

3.10

4.10

5.50

6.00

7.00

8.50

9.00

10.0

г/л

1.10

1.20

1.30

2.40

2.50

5.60

3.00

6.80

9.00

10.0

г/л

2.00

3.30

4.00

5.50

6.60

6.80

8.00

8.50

10.0

10.5

г/л

1.00

2.00

3.00

4.00

0.10

1.50

0.20

0.50

2.50

3.50

22

2.1.1.2. Расчет рН в буферных растворах Задача №2 Вывести формулу для расчета и вычислить рН раствора, полученного при смешивании 100 мл раствора I с концентрацией 0.5 моль/л с заданным объемом раствора II заданной концентрации. Варианты и исходные данные Параметры

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Na2CO3

NH3 + H2О

Na2HPO4

CH3COOH

Na2CO3

NaH2PO4

HCOOH

NH3 + H2О

HCl

HCl

HCl

KOH

NaHCO3

NaOH

NaOH

NH4Cl

НСООН HCOONa

II раствор

CH3COOH

I раствор

CH3COONa

Последняя цифра шифра студента

0.25

0.30

0.35

Предпоследняя цифра шифра студента Концентрация раствора II, моль/л

0.15

0.50

0.45

0.40

0.22

0.42

0.20

Третья от конца цифра шифра студента Объем раствора II, мл

55

45

65

90

40

50

60

70

75

80

Примечание. НСООН - муравьиная кислота; HCOONa - формиат натрия; CH3COOH – уксусная кислота; CH3COONa - ацетат натрия.

23

2.1.1.3. Расчет pH в растворах гидролизующихся солей Задача №3 Записать в молекулярной и ионной формах уравнения реакций гидролиза заданных солей. Вывести формулу для расчета рН и степени гидролиза в заданных растворах и рассчитать эти величины с учетом изменения концентрации после заданного разбавления. Варианты и исходные данные Параметры

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

HCOONa

(NH4)2CO3

K2SO3

NН4NO3

NаHCO3

CH3COONH4

NH4 Сl

CH3COONa

NaCN

Соль

Na2CO3

Последняя цифра шифра студента

0.75

0.80

75

100

800

1000

Предпоследняя цифра шифра студента Исходная концентрация, моль/л

0.05

1.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.40

0.50

Третья от конца цифра шифра студента Исходный объем, мл

5

10

15

20

25

30

40

50

Последняя цифра шифра студента Объем раствора после разбавления, мл

120

150

200

250

300

400

500

750

24

2.1.2. Р а с ч е т ы в к и с л о т н о – о с н о в н о м т и т р о в а н и и 2.1.2.1. Приготовление растворов кислот и оснований Задача №4

Варианты

Рассчитать, какое количество исходного вещества требуется взять для приготовления заданного объема раствора с заданной концентрацией. Соответствующее массовое содержание вещества в исходном растворе следует взять из справочных таблиц. Записать расчетные формулы и привести все требуемые расчеты. Указать установочное вещество (первичный стандарт), рекомендуемое для стандартизации заданного раствора. Перечислить действия, необходимые для приготовления заданного стандартного раствора. Кислота или основание

Плотность исходного раствора, г/см3

Заданный объем, мл

1

HCl

1.13

500

с(HCl) = 0.1000 моль/л

2

H2SO4

1.515

2000

с(H2SO4) = 0.2500 моль/л

3

HNO3

1.395

1000

с(HNO3) = 0.2000 моль/л

4

HCl

1.065

250

Т(HCl) = 0.002528 г/мл

5

KOH

1.170

250

Т(KOH) = 0.005216 г/мл

Заданная концентрация раствора

(ω=18.32 %, масс.)

6

HNO3

1.185

1000

Т(HNO3) = 0.001242 г/мл

7

HCl

1.175

500

Т(HCl/NaOH) = 0.01020г/мл

8

H2SO4

1.720

200

с(1/2 H2SO4) = 0.4800 моль/л

9

HNO3

1.230

1000

с(HNO3) = 0.1000 моль/л

0

NaOH

1.330 (с=10.04 моль/л)

250

с(NaOH) = 0.2400 моль/л

25

2.1.2.2. Расчеты при построении кривых кислотно-основного титрования Задача №5 Построить кривую кислотно-основного титрования определяемого вещества указанным титрантом. Подобрать индикатор для титрования. На основании полученных данных оценить возможность предлагаемого определения. Указание. Построение кривой титрования произвести для 100 мл определяемого вещества, причем исходные концентрации титранта и определяемого вещества считать равными 0.1 моль/л. Плотности всех растворов не учитывать. Варианты ( последняя цифра шифра студента) Параметры

Определяемое вещество

KOН

СH2ClCOOH

NH4OH

CH3CH2COOH

CH3CH(OH)COOH

CH3(CH2)3COOH

Титрант

KOН

HCl

NaOH

NaOH

NH4OH

0

HCl

9

HCOOH

8

KOН

7

CH3COOH

6

NaOH

5

C6H5COOH

4

NaOH

3

HCl

2

KOН

1

Примечание. НСООН – муравьиная кислота; CH3COOH – уксусная кислота; СH2ClCOOH - хлоруксусная кислота; CH3CH2COOH – пропионовая кислота; CH3CH(OH)COOH – молочная кислота; CH3(CH2)3COOH – валериановая кислота (норм.); C6H5COOH – бензойная кислота.

26

2.1. 2.3. Расчеты результатов кислотно-основного титрования. Прямое и обратное титрование Задача №6 Номера вариантов выбираются по сумме двух последних цифр шифра.

1. Для определения содержания магния в доломите навеску образца массой 1.250 г растворили в хлороводородной кислоте. Затем из анализируемого раствора предварительно осадили кальций, отфильтровали осадок, фильтрат нейтрализовали, после чего добавили в раствор для осаждения магния 25.00 мл 1.250 М раствора NaOH. После отфильтровывания осадка гидроксида магния избыток NaOH оттитровали 14.50 мл 0.9055 М раствора HCl. Вычислить массовую долю (%) MgO в доломите. 2. В 20 мл раствора НСl, титр которого равен 0.007860 г/мл, было пропущено некоторое количество газообразного NH3. Избыток НСl оттитровали 6.30 мл раствора NaOH, 1 мл которого эквивалентен 1.025 мл раствора НСl. Определить количество NH3, поглощенное раствором HСl. 3. Для определения содержания азота в муке навеску муки массой 0.9000 г обработали концентрированной серной кислотой, переведя азот в аммонийную соль NH4HSO4. Действием щелочи аммиак количественно отогнали из полученной соли в раствор поглотителя, содержащий 20.0 мл HCl (T(HCl/N) = 0.0032 г/мл ). По окончании отгонки оставшийся избыток хлороводородной кислоты оттитровали 5.6 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией c(NaOH) = 0.1949 моль/л. Рассчитать массовую долю (%) азота в муке. 4. Сколько миллилитров раствора хлороводородной кислоты с концентрацией с(НСl) = 0.1000 моль/л требуется взять для нейтрализации аммиака, выделяемого из 0.500 г вещества, содержащего 4% (масс.) азота, чтобы на титрование избытка НСl пошло 5 мл раствора едкого натра с концентрацией с(NаОН) = 0.1100 моль/л? 5. Стеклянную ампулу с навеской азотной кислоты массой 2.010 г разбили в воде, содержащей 25.00 мл раствора едкого натра с концентрацией с(NаОН) = 1.0100 моль/л; избыток NаОН оттитровали 5.02 мл раствора хлороводородной кислоты с концентрацией с(НСl) = 0.7470 моль/л. Найти массовую долю (%) НNO3 и N2O5 в анализируемой азотной кислоте. 6. Навеска загрязненной соды массой 0.2110 г растворена в 25 мл раствора хлороводородной кислоты с концентрацией

27

с(НСl) = 0.2022 моль/л. Избыток НСl оттитрован 5.50 мл раствора NаОН, 1 мл которого эквивалентен 1.033 мл HСl. Определить массовую долю (%) Nа2СО3 в загрязненной соде. 7. Неизвестное количество NH4OH прибавлено к 20 мл НСl с титром Т(HCl) = 0.009135 г/мл и избыток НСl оттитрован 7.50 мл NаОН с концентрацией с(NаОН) = 0.2003 моль/л. Определить массовое содержание (г) NH4OH. 8. Азот из 0.8800 г органического вещества переведен в NH3, который перегнан в 20 мл раствора хлороводородной кислоты с концентрацией с(НСl) = 0.2133 моль/л. Оставшийся избыток НСl оттитрован 5.50 мл раствора едкого натра с концентрацией с(NаОН) = 0.1962 моль/л. Определить массовую долю (%) азота в анализируемом органическом веществе. 9. К навеске известняка массой 0.2815 г, содержащего СаСО3 и индифферентные примеси, добавлено 20 мл раствора хлороводородной кислоты с концентрацией с(НСl) = 0.1175моль/л. Избыток кислоты оттитрован 5.60 мл NаОН, 1 мл которого эквивалентен 0.975 мл НСl. Вычислить массовую долю (%) СО2 в известняке. 10. Навеска уксусной кислоты массой 1.0000 г растворена в мерной колбе вместимостью 200 мл. На титрование 20 мл этого раствора израсходовали 15.50 мл раствора NаОН; Т(NаОН)=0.004088 г/мл. Вычислить массовую долю (%) уксусной кислоты в образце. 11. Для определения массовой доли свободных кислот в льняном масле его навеску массой 5.000 г растворили в 20 мл спирто-эфирной смеси, оттитровали 0.05 М раствором КОН в присутствии фенолфталеина. При этом было израсходовано 2.45 мл КОН. Определить массовую долю (%) кислот, если средняя молярная масса кислот льняного масла равна 274 г/моль. 12. Сколько 0.1056 М раствора КОН (мл) необходимо прибавить к 12.0000 г касторового масла для нейтрализации свободных жирных кислот, массовая доля которых составляет 1.5 %? Средняя молярная масса кислот касторового масла равна 295 г/моль. 13. Какой объем 0.0995 М раствора NаОН потребуется для нейтрализации примеси муравьиной кислоты в формалине, навеска которого равна 10.50 г ? Массовая доля кислоты составляет 0.05 %. 14. Содержание муравьиной кислоты в формальдегиде составляет 0.025% (масс.). Какую навеску продукта нужно взять для анализа, чтобы на титрование расходовалось не менее 1 мл 0.05 М раствора КОН? 15. К анализируемому раствору NH4Cl прибавили 25.00 мл раствора NаОН с Т(NаОН) = 0.004500 г/мл. Затем кипячением удалили из рас-

28

твора аммиак, а избыток NаОН оттитровали 10,50 мл раствора НСl с Т(НСl) = 0.003750 г/мл. Вычислить массу аммиака (г) в анализируемом растворе. 16. Навеску карбоната натрия массой 0.1254 г обработали 25.00 мл 0.12 М раствора НСl; избыток кислоты оттитровали 25.40 мл 0.12 М раствора NаОН. Вычислить массовую долю (%) Nа2СО3 в образце. 17. Пробу соли аммония массой 1.0000 г обработали избытком концентрированного NаОН. Выделившийся аммиак был поглощен 50 мл 1.0510 М раствора НСl. Избыток кислоты оттитровали 25.00 мл раствора NаОН, титр которого равен Т(NаОН) = 0.04200 г/мл. Вычислить массовую долю (%) аммиака в пробе соли. 18. Навеску азотной кислоты массой 0.5050 г перевели в раствор, содержащий 25.00 мл 0.2050 М раствора NаОН. Оставшийся после реакции избыток щелочи оттитровали 5.05 мл 0.2080 М раствора HСl. Вычислить массовую долю (%) N2O5 в навеске кислоты.

29

2.2. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2 2.2.1. Р а с ч е т ы р а в н о в е с н ы х к о н ц е н т р а ц и й в системе осадок-раствор 2.2.1.1. Расчет растворимости осадков в воде и в присутствии ионов, одноименных с осадком Задача №1 Рассчитать растворимость заданной соли в воде (моль/л, г/л) и при добавлении к зада нному объему этой соли 100 мл раствора калийной соли заданной концентрации с анионом, одноименным с осадком. Сравнить полученные величины.

3

4

5

6

7

8

9

0

BiI3

2

Ag3PO4

1

SrSO4

Варианты и исходные данные

AuCl

Параметры

PbCrO4

BaSO4

PbSO4

PbI2

AgCN

Соль

AgI

Последняя цифра шифра студента

Предпоследняя цифра шифра студента Исходный объем насыщенного ратвора соли, мл

100

200

150

250

125

300

400

120

450

500

0.270

0.300

0.200

Третья от конца цифра шифра студента Концентрация соли 0.100 калия, моль/л

0.150

0.120

0.250

0.1 80

0.125

0.220

30

2.2.1.2. Расчет растворимости с учетом влияния конкурирующих равновесий Задача №2 Рассчитать растворимость заданной соли в ее насыщенном растворе: а) в чистой воде без учета конкурирующих равновесий; б) с учетом гидролиза аниона (это задание выполняют студенты, у которых третья от конца цифра шифра находится в пределах от 1 до 5; вариант выбирается по последней цифре шифра); в) при заданном значении pH (это задание выполняют студенты, у которых третья от конца цифра находится в пределах от 6 до 0; вариант выбирается по двум последним цифрам шифра). Расчет вести без учета коэффициентов активности, гидролиз катиона не учитывается.

2

3

4

5

6

8

9

0

CuCO3

1

Ca3(PO4)2

Варианты и исходные данные

Al PO4

Параметры

7

Pb3(AsO4)2

Ag3 PO4

Ag2SO3

Sr3(AsO4)2

SrCO3

CaCO3

Cоль

BaCO3

Последняя цифра шифра студента

Предпоследняя цифра шифра студента

рН

1

2

3

2.5

2.8

3.5

3.8

4.0

4.2

4.5

31

2.2.2. Р а с ч е т ы в г р а в и м е т р и ч е с к о м а н а л и з е 2.2.2.1. Вычисление гравиметрического фактора Задача №3 Рассчитать гравиметрический фактор в заданном примере. Объяснить, каким требованиям должна удовлетворять осаждаемая и гравиметрическая формы осадка. Номер варианта выбирается по сумме двух последних цифр шифра.

Варианты

Определяемое вещество

Гравиметрическая форма

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 00

Al Pb Nb SiF4 Mo Fe3O4 AlCl3 P CaCO3 Ba Ca3(PO4)2 H3PO4 Ag2O MoO3 P2O5 Tb Co3O4 C2O42Mg

Al2O3 PbSO4 Nb2O5 SiO2 ⋅ 12 MoO3 SiO2 ⋅ 12 MoO3 Fe2O3 Al2O3 Mg2P2O7 CaO BaSO4 СaO Mg2P2O7 AgCl (NH4)3PO4 ⋅ 12 MoO3 (NH4)3PO4 ⋅ 12 MoO3 Tb4O7 Co2P2O7 CaO Mg2P2O7

32

2.2.2.2. Расчет количества осадителя Задача №4 Номер варианта определяется по сумме двух последних цифр шифра.

1. Навеска 0.2573 г двухводного гидрата хлорида бария растворена в воде. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей 5% необходимо взять для осаждения ионов бария? 2. Навеска 0.2783 г карбоната кальция растворена в соляной кислоте. Какой объем раствора оксалата аммония с массовой долей 5% потребуется для осаждения ионов кальция? 3. Навеска сплава 0.5126 г с массовой долей магния 3% переведена в раствор. Какой объем раствора гидрофосфата аммония с массовой долей 5% потребуется для осаждения ионов магния? 4. Навеска 0.1328 г шестиводного гидрата хлорида алюминия растворена в воде. Какой объем раствора нитрата серебра с массовой долей 8.5% потребуется для осаждения ионов хлора? 5. Навеска 0.3978 г фторида лития переведена в раствор. Какой объем раствора хлорида кальция с массовой долей 2.5% потребуется для осаждения фторид-ионов? 6. В растворе содержится 1.1278 г нитрата свинца. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей 5% потребуется для осаждения ионов свинца? 7. Навеска 0.2783 г карбоната стронция растворена в соляной кислоте. Какой объем раствора сульфата аммония с массовой концентрацией 4% необходимо взять для осаждения ионов стронция? 8. Какой объем раствора хлорида бария с массовой концентрацией 5% необходимо взять для осаждения сульфат-иона, если навеска гипса составляет 0.2337 г? 9. Какой объем раствора аммиака с массовой концентрацией 3% необходимо взять для осаждения гидроокиси алюминия из раствора, полученного из 0.9865 г алюминиево-калиевых квасцов? 10. Навеска 0.4437 г железного купороса переведена в раствор; растворенная соль окислена азотной кислотой. Какой объем раствора аммиака с концентрацией 10 % (масс.) необходимо взять для осаждения гидроокиси железа? 11. Какой объем раствора хлорида бария с массовой концентрацией 10% необходимо взять для осаждения сульфат-ионов, если в растворе содержится 0.1769 г сульфата калия?

33

12. Взята навеска 5 г вещества, содержащего около 1% серы, и проведено окисление всей серы в серную кислоту. Какой объем раствора хлорида бария с массовой концентрацией 5% потребуется для осаждения сульфат-ионов? 13. Навеска 0.6327 г безводного хлорида стронция растворена в воде. Какой объем раствора сульфата аммония с массовой концентрацией 3 % потребуется для осаждения сульфата стронция? 14. Навеска 0.6327 г безводного хлорида стронция растворена в воде. Какой объем раствора серной кислоты с массовой концентрацией 10% потребуется для осаждения ионов стронция? 15. Какой объем раствора щавелевой кислоты с концентрацией с(1/2 Н2С2О4) = 0.1 моль/л требуется для осаждения кальция, если навеска гипса составляет 0.2723 г? 16. Какой объем раствора хлорида бария с массовой концентрацией 3% необходимо взять для полного осаждения сульфат-ионов из 15 мл раствора серной кислоты с массовой концентрацией 0.5 %? 17. Какой объем раствора аммиака с массовой концентрацией 2.5 % надо взять для осаждения гидроокиси железа из раствора, содержащего 12 мг железа? 18. Какой объем раствора оксалата аммония с массовой концентрацией 3 % необходимо взять для осаждения кальция в виде оксалата кальция из навески 0.3745 г карбоната кальция?

2.2.2.3. Расчет потерь при осаждении и промывании Задача №5 Номер варианта определяется по сумме двух последних цифр шифра.

1. Осадок, содержащий 0.3 г карбоната кальция, промыт 300 мл 0.1 М раствора карбоната аммония. Принимая во внимание, что между осадком и промывной жидкостью успевает установиться равновесие, вычислить, сколько граммов карбоната кальция будет растворено при этом и какая массовая доля осадка будет потеряна при промывании? 2. Какая массовая доля осадка оксалата кальция массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл воды? 3. Какая массовая доля осадка оксалата кальция массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл 0.01 М раствора оксалата аммония? 4. Какая массовая доля осадка сульфата бария массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл воды?

34

5. Какая массовая доля осадка сульфата бария массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл 0.01 М раствора серной кислоты? 6. Осадок, содержащий 0.3 г карбоната кальция, промыт 300 мл воды. Принимая во внимание, что между осадком и промывной жидкостью успевает установиться равновесие, вычислить, какая масса и какая массовая доля осадка будет потеряна при промывании вследствии его растворимости? 7. При сливании 50 мл раствора хлорида бария с концентрацией с(1/2(ВаCl2))=0.15 моль/л и 100 мл раствора серной кислоты с концентрацией с(1/2(Н2SO4))=0.15 моль/л получен осадок сульфата бария, который отфильтрован и промыт 200 мл воды. Какая массовая доля осадка будет потеряна от растворения при осаждении и промывании? 8. Какая массовая доля осадка оксалата кальция массой 0.1 г будет потеряна при промывании 200 мл воды? 9. При сливании 50 мл раствора хлорида бария с концентрацией с(1/2(ВаCl2))=0.15 моль/л и 50 мл раствора серной кислоты с концентрацией с(1/2(Н2SO4))=0.15 моль/л получен осадок сульфата бария, который отфильтрован и промыт 200 мл воды. Какая массовая доля осадка будет потеряна от растворения при осаждении и промывании? 10. Какая массовая доля осадка оксалата кальция массой 0.1 г будет потеряна при промывании 150 мл 0.02 М раствора оксалата аммония? 11. Какая массовая доля осадка карбоната кальция массой 0.1 г будет потеряна при промывании 175 мл воды? 12. Какая массовая доля осадка карбоната кальция массой 0.1 г будет потеряна при промывании 200 мл 0.01 М раствора карбоната аммония? 13. При сливании 25 мл раствора хлорида бария с концентрацией с(1/2(ВаCl2))=0.2 моль/л и 75 мл раствора серной кислоты с концентрацией с(1/2(Н2SO4))=0.20 моль/л получен осадок сульфата бария, который отфильтрован и промыт 200 мл 0.01 М раствора серной кислоты. Какая массовая доля осадка будет потеряна от растворения при осаждении и промывании? 14. К 5 мл 0.01 М раствора нитрата серебра прилито 7 мл 0.01 М раствора хлорида натрия. Какая массовая доля осадка будет потеряна по отношению к взятому для осаждения количеству хлорида? 15. Какая массовая доля осадка сульфата бария массой 0.15 г будет потеряна при промывании 150 мл 0.2 % (масс.) раствора сульфата аммония?

35

16. Какая массовая доля осадка сульфата свинца массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл воды? 17. Какая массовая доля осадка сульфата свинца массой 0.2 г будет потеряна при промывании 200 мл 0.1 % (масс.) раствора серной кислоты ? 18. Какая массовая доля осадка сульфата бария массой 0.3 г будет потеряна при промывании 250 мл 0.3 % (масс.) раствора сульфата аммония? 00. Какая массовая доля осадка оксалата кальция массой 0.3 г будет потеряна при промывании 250 мл 1 % (масс.) раствора оксалата аммония? 2.2.2.4. Расчет навески и результатов гравиметрического анализа Задача №6 Номер варианта определяется по сумме трех последних цифр шифра.

1. Вычислить, какую навеску серного колчедана с массовой долей серы в пределах от 20 до 50 % следует взять для гравиметрического определения содержания серы в виде сульфата бария, чтобы масса гравиметрической формы была не более 0.5 г? 2. Вычислить, какую навеску вещества, содержащего около 50 % железа, надо взять для установления точного его содержания, чтобы масса гравиметрической формы Fe2O3 была не более 0.1 г? 3. Какую навеску вещества, содержащего 85% (масс.) KAl(SO4)2 ⋅ 12 H2O, следует взять для определения в нем содержания Al3+ , чтобы масса гравиметрической формы Al2O3 получалась около 0.07 г? 4. Сколько вещества, содержащего 35% (масс.) Al2(SO4)3 и 60% (масс.) KAl(SO4)2 ⋅ H2O, требуется взять для определения содержания в нем алюминия, чтобы масса гравиметрической формы Al2O3 была около 0.07 г? 5. Анализируемое вещество содержит около 60% (масс.) Ca3(PO4)2 и 25% (масс.) CaHPO4. Требуется рассчитать навеску этого вещества с тем, чтобы при определении в нем содержания РО43- получить примерно 0.20 г Mg2P2O7. 6. Массовая доля кремния в анализируемом минерале составляет примерно 30 % (масс.). Вычислить навеску минерала, необходимую для анализа, чтобы масса прокаленного осадка SiO2 была не более 0.2 г?

36

7. Определить навеску пигмента, содержащего примерно 25 % (масс.) Cr2O3, для определения в нем массовой доли хрома при использовании в качестве гравиметрической формы BaCrO4. Масса осадка не должна превышать 0.1 г . 8. Кальций и магний в цементе определяют из одной навески. Определение проводится по схеме: - разложение навески анализируемого образца цемента минеральными кислотами с отделением кремниевой кислоты; - осаждение аммиаком полуторных окислов (железа, алюминия и титана), так как ионы железа и алюминия мешают определению кальция и магния, образуя труднорастворимые соединения с реагентами, используемыми при определении кальция и магния; -определение в фильтрате содержания кальция и магния с использованием последовательного определения по тем же соображениям; - сначала определяют содержание кальция, осаждая его в виде оксалата кальция раствором оксалата аммония; ионы магния остаются при этом в растворе; при прокаливании оксалата кальция получается его гравиметрическая форма - СаО; - из фильтрата с промывными водами после осаждения кальция осаждают ионы магния в виде магнийаммонийфосфата MgNH4PO4, который при прокаливании до постоянной массы образует пирофосфат магния Mg2P2O7. Содержание кальция в цементе около 10%(масс.), магния - около 20 % (масс.). Вычислить: 1) какую навеску цемента необходимо взять, чтобы в растворе перед осаждением было не более 0.2 г Са2+? 2) какую часть раствора после осаждения кальция необходимо взять для определения магния, чтобы в этой части раствора содержание магния было не более 0.1 г? 9. В анализируемой пробе массой 0.2 г содержится примерно 15 % (масс.) СаО. Для точного определения его содержания использован метод гомогенного осаждения кальция щавелевой кислотой, медленно генерирующейся в анализируемом растворе при введении в него этилоксалата: (С2Н5)2С2О4 + 2 Н2О = 2 С2Н5ОН + Н2С2О4 . Вычислить, сколько граммов этилоксалата (С2Н5)С2О4 нужно взять для определения содержания кальция по этой схеме с учетом 10 %-ного избытка осадителя. 10. Для гомогенного осаждения As2S3 из 100 мл 0.100 М раствора H3AsO3 использован тиоацетамид. Сколько граммов тиоацетамида нуж-

37

но взять для этого осаждения, если после осаждения концентрация H2S должна составлять 0.100 М ? Реакция в растворе тиоацетамида: S O   СН3- C -NH2 + H2O = CH3- C  NH2 + H2S . 11. В лекарственном препарате требуется определить содержание оксикарбоната висмута (BiO)2CO3. Для этого навеску образца массой 0.2000 г растворили в разбавленной азотной кислоте и осадили Bi3+ в виде BiOCl добавлением Cl-.После высушивания полученного осадка при 1000С масса осадка равна 0.0512 г. Вычислить массовую долю (BiO)2CO3 (%) в образце. 12. Двадцать таблеток лекарственного препарата, содержащего железо, общей массой 21.3000 г размельчили и тщательно перемешали до получения однородной массы. Из полученной массы отобрали среднюю пробу массой 3.1300 г. Среднюю пробу растворили в азотной кислоте. Полученный раствор нагрели для окисления железа до Fe3+ и осадили его раствором аммиака в виде гидроксида. После прокаливания осадка масса гравиметрической формы Fe2O3 оказалась равной 0.3340 г. Вычислить, сколько миллиграммов FeSO4 ⋅ 7 H2O содержалось в среднем в каждой таблетке. 13. В лекарственном препарате образца присыпки для ног требуется определить массовую долю ундецилената цинка Zn(C11H19O2)2. С этой целью навеску образца массой 5.1400 г обработали смесью азотной и хлорной кислот для разрушения органических веществ. Высвободившийся цинк осадили в виде ZnNH4PO4. Отфильтрованный осадок прокалили. Масса полученной гравиметрической формы осадка Zn2P2O7 равна 0.3170 г. По полученным данным определить содержание цинка в анализируемом образце в заданной лекарственной форме. 14. Для определения содержания фосфора навеску удобрения массой 0.2170 г разложили горячей концентрированной азотной кислотой. Полученный раствор разбавили и осадили ион РО43- в виде соли хинолина с фосфорномолибденовой кислотой (C9H7N)2H3PO4 ⋅ 12MoO3. Осадок отфильтровали, высушили и взвесили. Масса полученного осадка равна 0.6840 г. Вычислить массовую долю (%) P2O5 в анализируемом удобрении. 15. Необходимо определить в образце почвы содержание кремния и кальция. Сначала навеску образца высушили в термостате и определили, что образец содержал 5.35 % Н2О. Затем из навески сухого образца массой 1.040 г в результате соответствующих операций получили

38

0.5840 г SiO2 и 1.9700 г СаСО3. Вычислить массовые доли кремния и кальция в высушенном и исходном образцах почвы. 16. При определении фосфора в апатите из навески массой 0.1112 г было получено 0.9926 г высушенного осадка (NH4)3PO4 ⋅ 12MoO3. Вычислить массовую долю (%) фосфора и Р2О5 в анализируемом образце апатита. 17. Определение содержания серы в чугуне вели по следующей схеме: - навеску чугуна массой 5.9040 г растворили в хлороводородной кислоте, выделившийся из сульфида железа сероводород отогнали и поглотили раствором соли кадмия; - полученный осадок CdS обработали избытком раствора сульфата меди; - осадок CuS прокалили и получили 0.0732 г прокаленного осадка CuO (гравиметрическая форма). Определить массовую долю (%)серы в чугуне. 18. Для определения содержания фосфора в железной руде из навески руды массой 1.5860 г после соответствующей обработки был получен осадок (NH4)3PO4⋅12MoO3. После высушивания масса осадка равна 0.4386 г. Для контроля результатов полученный осадок прокалили до образования осадка P2O5 ⋅ 24MoO3. Его масса оказалась равной 0.4173 г. Вычислить массовую долю (%) фосфора в руде по двум результатам анализа и оценить полученные результаты. 19. Для определения содержания алюминия в шлаке навеску образца массой 0.9135 г растворили и после отделения SiO2 получили 250 мл раствора. Из 100 мл этого раствора осадили алюминий в виде гидроксида. После прокаливания масса гравиметрической формы Al2O3 составила 0.0521 г . Вычислить массовую долю (%) алюминия в шлаке. 20. Вычислить навеску чугуна для определения в нем содержания серы при использовании в качестве гравиметрической формы BaSO4. В ходе определения навеску чугуна сжигают в токе кислорода. При сжигании сера окисляется до SO2, который количественно поглощается раствором пероксида водорода и превращается в H2SO4. Сульфат-ион количественно осаждается в виде сульфата бария. После прокаливания состав гравиметрической формы по-прежнему выражается BaSO4. Вычислить требуемую навеску чугуна, если массовая доля серы в чугуне составляет 0.8 - 1.0 %, а масса гравиметрической формы BaSO4 должна быть примерно 0.2 г . 21. При определении содержания вольфрама в стали из навески образца массой 1.9540 г после соответствующей обработки получили

39

осадок WO3 массой 0.1542 г. Вычислить массовую долю (%) вольфрама в анализируемой стали. 22. Вычислить массовые доли титана и циркония (%) в образце ферросилиция по следующим данным: из навески ферросилиция массой 2.1245 г после соответствующей обработки был получен осадок, содержащий смесь оксидов TiO2 и ZrO2, массой 0.0568 г; после отделения титана цирконий осадили в виде ZrP2O7, масса которого оказалась равной 0.0742 г. 23. При определении содержания магния в растворе его осадили в виде MgNH4PO4. После прокаливания осадка масса гравиметрической формы Mg2P2O7 оказалась равной 0.2076 г. Вычислить масссу (г) магния в анализируемом растворе. 24. Из навески алюмокалиевых квасцов массой 0.2770 г после соответствующей обработки было получено 0.2600 г сульфата бария BaSO4. Вычислить массовую долю KAl(SO4)2 ⋅ 12 H2O в исследуемой пробе квасцов. 25. В растворе хлорида калия осадили хлор в виде AgCl. Масса высушенного осадка оказалась равной 0.1670 г. Вычислить массовое содержание Cl- в анализируемом растворе. 26. Раствор серной кислоты был стандартизирован осаждением сульфат-ионов из аликвотной части анализируемого раствора объемом 100 мл. Масса прокаленного осадка BaSO4 оказалась равной 0.5270 г. Вычислить молярную концентрацию (моль/л) исследуемого раствора серной кислоты. 27. Содержание сахарина (C7H5NO3S) в таблетках определяли по содержанию серы. Для этого серу, содержащуюся в трех таблетках анализируемого сахарина общей массой 0.120 г, сначала окислили до SO42-, а затем осадили в виде BaSO4. Масса прокаленного осадка сульфата бария равна 0.145 г. Вычислить среднюю массу (г) сахарина в одной таблетке. 00. Для определения массовой доли FeSO4 ⋅ (NH4)2SO4 ⋅ 6H2O в соли Мора навеску этой соли массой 1.1200 г прокалили и получили 0.2080 г Fe2O3. Вычислить искомую массовую долю (%) по этим данным.

40

2.2.3. Р а с ч е т ы в о к и с л и т е л ь н о – в о с с т а н о в и т е л ь н о м, о с а д и т е л ь н о м и к о м п л е к с о н о м е т р и ческом титровании 2.2.3.1. Приготовление рабочих растворов Задача №7 Рассчитать, какое количество исходного вещества требуется взять для приготовления заданного объема раствора с заданной концентрацией. Записать расчетные формулы и привести все требуемые расчеты. Указать установочное вещество (первичный стандарт), рекомендуемое для стандартизации заданного раствора. Перечислить действия, необходимые для приготовления заданного стандартного раствора. Номер варианта соответствует последней цифре шифра студента.

Варианты

Исходное вещество

Концентрация исходного раствора, моль/л

Заданный объем раствора, мл

Заданная концентрация раствора

1

KMnO4

c (KMnO4)=1.0000

1000

с (1/5 KMnO4) = 0.1000 моль/л

2

KMnO4

500

с (1/5 KMnO4) = 0.1000 моль/л

3

KMnO4

Сухая соль с чистотой 96.30 % (масс.) c (KMnO4)=1.2500

500

Т(KMnO4) = 0.002528 г/мл

4

K2Cr2O7

с(1/6K2Cr2O7)=0.1000

500

Т(K2Cr2O7) = 0.01000 г/мл

5

K2Cr2O7

с (K2Cr2O7)=0.2500

500

с(1/6 K2Cr2O7) = 0.2500 моль/л

6

AgNO3

с (AgNO3) = 0.2000

1000

Т (AgNO3) = 0.01242 г/мл

7

AgNO3

500

Т(AgNO3/NaCl)=0.01020 г/мл

8

ЭДТА

1000

с (1/2 ЭДТА) = 0.0200 моль/л

9

Na2S2O3

Сухая соль с чистотой 99.60 % (масс.) Сухая соль с чистотой 100 % (масс.) Ампула стандарт-титра 0.1 моль/л Иод сухой сублимированный

2000

с (Na2S2O3) = 0.1000 моль/л

250

с (1/2 I2) = 0.2400 моль/л

0

I2

41

2.2.3.2. Расчеты при построении кривых титрования Задача №8 Построить кривую окислительно-восстановительного титрования или титрования по методу осаждения. Подобрать индикатор для титрования. Указание. Построение кривой окислительно-восстановительного титрования производить в координатах E=f(Vт), где Е - потенциал системы; Vт объем добавленного титранта. Рекомендуется для упрощения расчетов взять 100 мл определяемого вещества, концентрации титранта и определяемого вещества считать равными друг другу. Плотности всех растворов считать равными 1 г/см3. Для построения кривой титрования по методу осаждения рекомендуется выбрать координаты pAg - Vт или pCl(Br) - Vт.

Параметры

Варианты и исходные данные 1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Ce(SO4)2

FeSO4

K2Cr2O7 рН=0

FeSO4

AgNO3

NaCl

AgNO3

NaBr

FeSO4

Ce(SO4)2

FeSO4

K2Cr2O7

KCl

AgNO3

KBr

AgNO3

FeSO4 KMnO4 рН=0

Титрант

KMnO4 рН=0

Определяемое вещество

FeSO4

Последняя цифра шифра студента

0.18

0.19

Предпоследняя цифра шифра студента Концентрация определяемого вещества и титранта, моль/дм3

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

42

2.2.3.3. Расчеты результатов окислительно-восстановительного, осадительного и комплексонометрического титрования 2.2.3.3.1. Прямое титрование Задача №9 Номер варианта определяется по сумме двух последних цифр шифра.

Указание. Записать в молекулярной и ионной формах реакции, протекающие в растворе. Для окислительно-восстановительных реакций предварительно составить электронно-ионные уравнения для процессов окисления и восстановления. 1. На титрование 20 мл раствора иода пошло 21.35 мл раствора тиосульфата с концентрацией с(Na2S2O3)=0.1135 моль/л. Найти молярную концентрацию эквивалента раствора иода и его титр. 2. На титрование навески в 0.1133 г химически чистого Na2С2O4 в кислой среде пошло 20.75 мл раствора KMnO4. Найти молярную концентрацию эквивалента этого раствора и его титр по железу. 3. Мочу, собранную в течение 24 часов, разбавили в мерной колбе вместимостью 2 л. После буферирования раствора до рН=10 оттитровали 10мл полученного раствора 0.00347 М раствором ЭДТА. На титрование пошло 26.8 мл рабочего раствора. Из второй порции объемом 10.0 мл осадили кальций в виде оксалата кальция СаС2О4(тв.), отфильтровали, растворили осадок в кислоте и оттитровали 11.6 мл рабочего раствора ЭДТА. Принимая, что нормальное содержание магния составляет 15…300 мг, а кальция - 50 … 400 мг, определить, попадает ли образец в эти интервалы. 4. Какой объем раствора перманганата калия с концентрацией с(1/5KMnO4)=0.1000 моль/л достаточен для окисления Fe2+ в растворе, полученном из навески руды в 0.4000 г, содержащей около 50 % железа? 5. Определение марганца в черных металлах и сплавах производится персульфатно-серебряным методом. Навеску стали массой 1.0150 г растворили в смеси кислот; при этом марганец окислился до Mn2+. Затем с помощью надсерно-кислого аммония в присутствии катализатора нитрата серебра Mn2+ окислили до MnO4-. После охлаждения полученный раствор оттитровали 20.5 мл раствора мышьяковистокислого натрия NaAsO2 до перехода малиновой окраски раствора в зеленую. Титр рабочего раствора по марганцу T(NaAsO2/Mn)=0.000168 г/мл. Рассчитать массовую долю (%) марганца в стали и записать все реакции, протекающие в растворе при этом определении.

43

6. Навеска руды массой 0.2133 г, содержащей железо, растворена в соляной кислоте. Железо восстановлено до Fe2+ и затем оттитровано 17.2 мл раствора KMnO4 c концентрацией с(1/5KMnO4)=0.1117 моль/л. Вычислить массовую долю железа в руде (%) и записать все реакции, протекающие при этом определении. 7. Для определения концентрации рабочего раствора иода навеску стандартного образца сплава массой 2.0140 г, содержащего 0.06 % серы, сожгли в токе кислорода. На титрование раствора, полученного после поглощения SO2, израсходовали 7.4 мл раствора иода. Вычислить титр рабочего раствора иода по сере и записать реакции, протекающие при этом определении. 8. Для определения серы навеску сплава ферровольфрама массой 1.2130 г сожгли в токе кислорода. На титрование раствора после поглощения SO2 израсходовали 8.1 мл раствора иода с титром по сере T(J2/S)=0,00021 г/мл. Рассчитать массовую долю серы (%) в сплаве и записать реакции, протекающие при определении. 9. Для определения концентрации рабочего раствора арсенита натрия Na3AsO3 взяли навеску стандартного образца стали массой 1.2860 г, содержащей 1.22 % (масс.) марганца. После соответствующей обработки на титрование полученной марганцевой кислоты HMnO4 было израсходовано 22.4 мл рабочего раствора. Рассчитать титр раствора арсенита по марганцу. 10. Для определения содержания хрома навеску феррохрома массой 0.2000 г путем ряда операций перевели в раствор, окислили хром (III) до дихромат-иона Cr2O72- надсерно-кислым аммонием (NH4)2S2O8 в присутствии катализатора азотно-кислого серебра. Для восстановления дихромат-иона до Cr3+ использовали раствор соли Мора (двойная соль серно-кислого железа (II) – аммония - (NH4)2SO4 ⋅ FeSO4 ⋅ 6 Н2О) в присутствии индикатора фенилантраниловой кислоты. На титрование пошло 30.5 мл рабочего раствора соли Мора с титром по хрому Т((NH4)2SO4⋅FeSO4⋅6Н2О/Cr)=0.004013 г/мл. Вычислить массовую долю хрома в образце (%). 11. Для определения содержания примесей в латуни использовали метод комплексонометрии. Навеску латуни массой 0.328 г растворили в азотной кислоте. Полученный осадок метаоловянной кислоты отфильтровали, перенесли промывные воды и фильтрат в мерную колбу вместимостью 500 мл и разбавили полученный раствор точно до 500 мл. Для определения свинца, цинка и меди использовали три разные аликвотные части раствора.

44

На титрование свинца, цинка и меди в 10.0 мл анализируемого раствора после установления нужного значения рН израсходовали 37.5 мл 0.00250 М раствора ЭДТА. Во второй аликвотной части раствора объемом 25.0 мл предварительно замаскировали медь тиосульфатом. На титрование свинца и цинка израсходовали 27.6 мл раствора рабочего раствора ЭДТА. В третьей порции раствора объемом 100 мл замаскировали медь и цинк цианидом. На титрование свинца пошло 10.8 мл раствора ЭДТА. Вычислить массовую долю всех определенных элементов, а содержание олова определить по разности. 12. Анализируемый раствор содержит железо двух степеней окисления: железо(II) и железо (III). Поскольку констаны устойчивости их комплексов с ЭДТА резко отличаются, то возможно их раздельное определение с помощью регулирования рН анализируемого раствора. На титрование 50.0 мл исследуемого раствора при рН=2 израсходовано 13.7 мл 0.0120 М раствора ЭДТА, а при рН=6 – 29.6 мл. Выразить концентрацию каждого из растворенных ионов в мг/мл. 13. При определении общей жесткости воды использовали комплексонометрическое титрование. На титрование 100 мл пробы анализируемой воды израсходовано 5.20 мл 0.0200 М раствора ЭДТА. Вычислить жесткость воды по содержанию карбоната кальция (мг/л). 14. На титрование 100 мл воды израсходовано 10.50 мл 0.01800 М раствора ЭДТА. Выразить жесткость воды в граммах СаО на 1 л воды. 15. Навеску хлорида магния массой 0.6230 г растворили в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрование аликвотной части этого раствора объемом 25 мл израсходовано 20.60 мл 0.02010 М раствора ЭДТА. Вычислить массовую долю (%) MgCl2 в исследуемом образце соли. 16. Навеску технического бромида калия массой 0.3850 г растворили и оттитровали 30.5 мл раствора AgNO3 c титром T(AgNO3/Cl) = 0.003557 г/мл. Вычислить массовую долю (%) KBr в анализируемом образце. 17. Определить массовую долю серебра в сплаве, если после растворения навески массой 0.2000 г на титрование полученного раствора израсходовано 39.6 мл раствора роданида калия с титром T(KSCN) = 0.004103 г/мл . 18. Определить массовую долю (%) индифферентных примесей в ацетате свинца, если на титрование раствора, полученного после растворения навески образца массой 0.1008 г, израсходовано 14.6 мл 0.02000 М раствора ЭДТА.

45

00. Определить массовую долю (%) никеля в сплаве, если после растворения пробы массой 1.2590 г никель осадили диметилглиоксимом, осадок отфильтровали и растворили в HCl. Раствор перенесли в мерную колбу вместимостью 50 мл, довели до метки водой и отобрали аликвотную часть 20 мл. На титрование этого раствора израсходовано 27.5 мл 0.0200 М раствора ЭДТА. 2.2.3.3.2. Обратное титрование и титрование по замещению Задача №10 Номер варианта определяется по сумме двух последних цифр шифра.

1. Для определения концентрации рабочих растворов AgNO3 и NH4CNS к навеске хлористого натрия массой 0.1010 г добавлено 20 мл раствора AgNO3, избыток которого оттитрован 3.40 мл раствора NH4CNS. При этом 1 мл раствора AgNO3 эквивалентен 1.02 мл NH4CNS. Вычислить молярную концентрацию эквивалента и титр по хлору обоих рабочих растворов. 2. Определение кальция в растворе проводили перманганатометрическим методом. Для этого к анализируемому раствору добавили 10 мл раствора щавелевой кислоты с концентрацией с(1/2Н2С2O4)=0.1016 моль/л, избыток которого оттитровали 5.20 мл раствора перманганата калия с концентрацией с(1/5KMnO4)=0.1022 моль/л. Вычислить массовую долю (%) кальция в растворе. 3. К 25 мл раствора, содержащего хлорид-ион, добавили 25 мл раствора нитрата серебра с концентрацией с(AgNO3)=0.1040 моль/л, полученный осадок оттитровали. На титрование избытка ионов серебра, содержащегося в фильтрате, израсходовали 5.20 мл раствора NH4CNS с концентрацией с(NH4CNS)=0.1025 моль/л. Определить массовую долю (%) хлорид-ионов в анализируемом растворе. 4. К навеске NaCl массой 0.1173 г прибавили 30 мл раствора AgNO3, избыток которого оттитровали 3.20 мл раствора NH4CNS; 1 мл раствора NH4CNS реагирует с 0.973 мл раствора AgNO3. Рассчитать титр по хлору и молярную концентрацию эквивалента раствора AgNO3. 5. К навеске хлоридов в 0.2266 г прибавлено 30 мл раствора AgNO3 c концентрацией с(AgNO3)=0.1121моль/л и избыток его оттитрован 6.50 мл раствора NH4CNS с концентрацией с(NH4CNS)=0.1158 моль/л. Рассчитать массовую долю хлорид-ионов (%) в анализируемом веществе.

46

6. Для осаждения сульфата при анализе мирабилита (глауберовой соли Na2SO4 ⋅ 10 H2O) использовали метод гомогенного осаждения, добавив к навеске минерала массой 1.515 г 50.0 мл 0.0260 М раствора ВаЭДТА и медленно подкислив раствор для освобождения ионов Ва2+. По окончании осаждения раствор забуферили до рН=10, осадок отфильтровали, а раствор перенесли в мерную колбу вместимостью 250 мл и разбавили до метки. На титрование 25 мл этого раствора израсходовано 28,7 мл стандартного 0.0154 М раствора Mg2+. Вычислить массовую долю (%) Na2SO4 ⋅ 10 H2O в пробе минерала. 7. Сколько миллилитров раствора FeSO4 с концентрацией с(FeSO4) = 0.1000 моль/л следует взять для восстановления KClO3 в 0.102 г соли, содержащей активный кислород с массовой долей 35%, при условии, что на титрование избытка FeSO4 должно идти около 5 мл раствора с Т(KMnO4/О)=0.000810 г/мл? 8. К 10 мл раствора, содержащего кальций, добавили 10 мл раствора Н2С2O4, избыток которого оттитровали 4.25 мл раствора перманганата калия с концентрацией с(1/5KMnO4) = 0.1040 моль/л. На 1 мл раствора Н2С2O4 при титровании расходуется 1.02 мл раствора KMnO4.Определить массовую долю (%) кальция в анализируемом растворе. 9. Навеску пиролюзита массой 0.1530 г обработали 30 мл раствора Н2С2O4 с концентрацией 0.1000 моль/л. На титрование избытка щавелевой кислоты пошло 5.31 мл раствора KMnO4, 1 мл которого эквивалентен 1.02 мл Н2С2O4. Найти массовую долю (%) MnO2 в пиролюзите. 10. Определить массовую долю (%) хрома в стали по следующим данным. Из навески массой 1.1250 г хром был окислен до дихроматиона. К полученному раствору добавлено 20 мл раствора соли Мора с концентрацией с ((NH4)2SO4 ⋅ FeSO4 ⋅ 6H2O) = 0.1050 моль/л и избыток Fe+2 оттитрован 2.20 мл раствора перманганата калия с концентрацией с(1/5KMnO4) = 0.1015 моль/л. 11. К навеске 0.1200 г K2Cr2O7 добавили избыток KJ и соляной кислоты. Выделившийся иод оттитрован 22.85 мл раствора Na2S2O3. Найти молярную концентрацию эквивалента раствора тиосульфата и его титр по иоду. 12. На хромированной детали определяли толщину хромового покрытия с помощью комплексонометрического титрования. На поверхности изделия площадью 9.75 см2 выделенный хром растворили в хлороводородной кислоте. Полученный раствор количественно собрали, перенесли в мерную колбу вместимостью 100 мл и разбавили до метки водой. Аликвотную часть раствора 25 мл забуферили до рН=5 и добави-

47

ли 50.0 мл 0.00862 М раствора ЭДТА. На титрование избытка ЭДТА израсходовали 7.36 мл стандартного 0.0104 М раствора Zn2+. Вычислить среднюю толщину хромового покрытия, если плотность металлического хрома ρ = 7.2 г/cм3 . 13. Какой должна быть навеска сплава с массовым содержанием свинца около 20 %, чтобы при йодометрическом титровании получившегося хромата свинца затрачивалось 25 мл раствора тиосульфата с концентрацией с(Na2S2O3)=0.1моль/л. 14. В растворе, содержащем свинец, магний и цинк, определяли их содержание методом комплексометрического титрования. Цинк и свинец имеют близкие значения констант устойчивости комплексов с ЭДТА, прочность магниевого комплекса значительно ниже. Все три элемента определяли из одной пробы. С этой целью навеску образца массой 0.4080 г растворили и замаскировали цинк действием цианидионов, согласно уравнению Zn2+ + 4 СN- = [ Zn(CN)4 ]2-. На титрование свинца и магния израсходовали 42.4 мл 0.0206 М рабочего раствора ЭДТА. Затем в этом же растворе свинец замаскировали в комплекс с помощью 2,3-димеркаптопропанола, а выделившуюся при этом ЭДТА оттитровали стандартным раствором магния. На титрование пошло 19.3 мл 0.00765 М раствора магния. Затем демаскировали цинк, использовав для разрушения его цианидного комплекса формальдегид: [ Zn(CN)4]2- + 4 HCOH + 4 H2O = Zn2+ + 4 HOCH2CN + 4 OH-. Выделившийся цинк оттитровали раствором ЭДТА, израсходовав 28.6 мл 0.0206 М раствора. Вычислить массовую долю (%) всех трех элементов в анализированной пробе. 15. Из навески руды массой 0.5100 г медь после ряда операций была переведена в раствор в виде Cu2+. При добавлении к этому раствору иодида калия выделился иод, на титрование которого пошло 14.10 мл тиосульфата натрия, имеющего титр по меди Т(Na2S2O3/Cu)=0.0065 г/мл. Рассчитать массовую долю меди (%) в анализируемой руде. 16. Для определения содержания свинца в руде взята навеска руды массой 5.000 г. После растворения ее в кислоте ион Pb2+ осажден в виде PbCrO4, осадок отфильтрован, промыт и растворен в смеси HCl и KJ. Выделенный при этой реакции иод оттитрован 42.0 мл раствора тиосульфата натрия с концентрацией c(Na2S2O3)=0.5000 моль/л. Записать уравнения реакций, протекающих при определении, рассчитать эквивалентную массу свинца (используя закон эквивалентов) и титр тиосуль-

48

фата по свинцу T(Na2S2O3/Pb). Вычислить массовую долю (%) свинца в руде. 17. Для определения содержания дигидрата хлорида бария образец соли BaCl2 ⋅ 2 H2O массой 0.8500 г растворили в воде и к полученному раствору добавили избыток K2CrO4. Образовавшийся осадок BaCrO4 отфильтровали, промыли и растворили в HCl для превращения CrO42- в Cr2О72-. Затем к полученному раствору добавили избыток иодида калия и выделившийся иод оттитровали раствором тиосульфата натрия. На титрование израсходовано 88.3 мл 0.1010 М раствора Na2S2O3. Вычислить массовую долю (%) BaCl2 ⋅ 2 H2O в анализируемом образце. 18. Для определения содержания NaClO в бытовом жидком отбеливателе 25 мл анализируемого раствора разбавили водой, раствор подкислили, добавили к нему избыток иодида калия и оттитровали выделившийся иод раствором тиосульфата натрия. На титрование израсходовано 40.5 мл 0.1050 М раствора Na2S2O3. Вычислить массовую и объемную долю NaClO в анализируемом растворе, считая плотность раствора равной единице. 00. Для определения содержания алюминия к анализируемому раствору добавили 25.0 мл 0.040 М раствора ЭДТА. На титрование избытка ЭДТА было израсходовано 5.00 мл 0.035 М раствора ZnSO4. Вычислить массу (г) алюминия в анализируемом растворе.

49

2.2.4. Расчеты равновесных концентраций в растворах комплексных соединений. Маскирование Задача № 11 Оценить полноту маскирования (связывания в комплекс) заданного иона в растворе заданной концентрации при создании в растворе концентрации ЭДТА, равной 0.02 моль/л, при заданном значении рН. Возможность образования гидроксидов не учитывать. Параметры

Варианты и исходные данные 1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Ba2+

Sr2+

3.5

9.0

0.25

0.38

Последняя цифра шифра студента Заданный ион

Pb2+

Ni2+

Ca2+

Zn2+

Cd2+ Mg2+ Mn2+ Cu2+

Предпоследняя цифра шифра студента Заданное значение рН

10.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

Третья от конца цифра шифра студента Заданная концентрация иона, г/л

0.40

0.30

0.35

0.20

0.28

0.15

0.18

0.32

50

ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1 Плотности растворов сильных кислот при 20 С о

Плотность при 20ºС, г / см3

1.000 1.005 1.010 1.015 1.020 1.025 1.030 1.035 1.040 1.045 1.050 1.055 1.060 1.065 1.070 1.075 1.080 1.085 1.090 1.095 1.100 1.105 1.110 1.115 1.120 1.125 1.130 1.135 1.140 1.145 1.150 1.155

Концентрация кислоты, г / 100 г раствора (% масс.)

HCl 0.3600 1.360 2.364 3.374 4.388 5.408 6.433 7.464 8.490 9.510 10.52 11.52 12.51 13.50 14.49 15.48 16.47 17.45 18.43 19.41 20.39 21.36 22.33 23.29 24.25 25.22 26.20 27.18 28.18 29.17 30.14 31.14

HNO3 0.3296 1.255 2.164 3.073 3.982 4.883 5.784 6.661 7.530 8.398 9.259 10.12 10.97 11.81 12.65 13.48 14.31 15.14 15.95 16.76 17.58 18.39 19.19 20.00 20.79 21.59 22.38 23.16 23.94 24.75 25.48 26.24

H2SO4 0.2609 0.9856 1.731 2.485 3.242 4.000 4.746 5.493 6.237 6.956 7.704 8.415 9.129 9.843 10.56 11.26 11.96 12.66 13.36 14.04 14.73 15.41 16.08 16.76 17.43 18.09 18.76 19.42 20.08 20.73 21.38 22.03

Плоность при 20ºС, г / см3

1.160 1.165 1.170 1.175 1.180 1.185 1.190 1.195 1.200 1.205 1.210 1.215 1.220 1.225 1.230 1.235 1.240 1.245 1.250 1.255 1.260 1.265 1.270 1.275 1.280 1.285 1.290 1.295 1.300 1.305 1.310 1.315

Концентрация кислоты, г / 100 г раствора (% масс.)

HCl 32.14 33.16 34.18 35.20 36.23 37.27 38.32 39.37 40.00

HNO3 27.00 27.76 28.51 29.25 30.00 30.74 31.47 32.21 32.94 33.68 34.41 35.16 35.93 36.70 37.48 38.25 39.02 39.80 40.58 41.36 42.14 42.92 43.70 44.48 45.27 46.06 46.85 47.63 48.42 49.21 50.00 50.85

H2SO4 22.76 23.31 23.95 24.58 25.21 25.84 26.47 27.10 27.72 28.33 28.95 29.57 30.18 30.79 31.40 32.01 32.61 33.22 33.82 34.42 35.01 35..60 36.19 36.78 37.36 37.95 38.53 39.10 39.68 40.25 40.82 41.39

51 Продолжение табл.1 Плотность при 20ºС, г / см3

1.160 1.165 1.170 1.175 1.180 1.185 1.190 1.195 1.200 1.205 1.210 1.215 1.220 1.225 1.230 1.235 1.240 1.245 1.250 1.255 1.260 1.265 1.270 1.275 1.280 1.285 1.290 1.295 1.300 1.305 1.310 1.315 1.320 1.325 1.330 1.335 1.340

Концентрация кислоты, г / 100 г раствора (% масс.)

HNO3

H2SO4

27.00 27.76 28.51 29.25 30.00 30.74 31.47 32.21 32.94 33.68 34.41 35.16 35.93 36.70 37.48 38.25 39.02 39.80 40.58 41.36 42.14 42.92 43.70 44.48 45.27 46.06 46.85 47.63 48.42 49.21 50.00 50.85 51.71 52.56 53.40 54.27 55.13

22.76 23.31 23.95 24.58 25.21 25.84 26.47 27.10 27.72 28.33 28.95 29.57 30.18 30.79 31.40 32.01 32.61 33.22 33.82 34.42 35.01 35.60 36.19 36.78 37.36 37.95 38.53 39.10 39.68 40.25 40.82 41.39 41.95 42.51 43.07 43.62 44.17

Плотность при 20ºС, г / см3

1.345 1.350 1.355 1.360 1.365 1.370 1.375 1.380 1.385 1.390 1.395 1.400 1.405 1.410 1.415 1.420 1.425 1.430 1.435 1.440 1.445 1.450 1.455 1.460 1.465 1.470 1.475 1.480 1.485 1.490 1.495 1.500 1.505 1.510 1.515 1.520 1.525

Концентрация кислоты , г / 100 г раствора (% масс.)

HNO3

H2SO4

56.04 56.96 57.87 58.78 59.69 60.67 61.69 62.70 63.72 64.74 65.84 66.97 68.10 69.23 70.39 71.63 72.86 74.09 75.35 76.71 78.07 79.43 80.88 82.39 83.91 85.50 87.29 89.07 91.13 93.49 95.46 96.73 76.99 99.26

44.72 45.26 45.80 46.33 46.86 47.39 47.92 48.45 48.97 49.48 49.99 50.50 51.01 51.52 52.02 52.51 53.01 53.50 54.00 54.49 54.97 55.45 55.93 56.41 56.89 57.36 57.84 58.31 58.78 59.24 59.70 60.17 60.62 61.08 61.54 62.00 62.45

Плотность при 20ºС, г / см3

Концентрация H2SO4, г / 100 г раствора (% масс.)

1.530 1.535 1.540 1.545 1.550 1.555 1.560 1.565 1.570 1.575 1.580 1.585 1.590 1.595 1.600 1.605 1.610 1.615 1.620 1.625 1.630 1.635 1.640 1.645 1.650 1.655 1.660 1.665 1.670 1.675 1.680 1.685 1.690 1.695 1.700 1.705 1.710

62.91 63.36 63.81 64.26 64.71 65.15 65.59 66.03 66.47 66.91 67.35 67.79 68.23 68.66 69.09 69.53 69.96 70.39 70.82 71.25 71.67 72.09 72.52 72.95 73.37 73.80 74.22 74.64 75.07 75.49 75.92 76.34 76.77 77.20 77.63 78.06 78.49

52 Окончание табл.1 Плотность при 20ºС, г / см3

Концентрация H2SO4, г / 100 г раствора (% масс.)

Плотность при 20ºС, г / см3

Концентрация H2SO4, г / 100 г растворар(% масс.)

Плотность при 20ºС, г / см3

Концентрация H2SO4, г / 100 г раствора (% масс.)

Плотность при 20ºС, г / см3

Концентрация H2SO4, г / 100 г раствора (% масс.)

1.715 1.720 1.725 1.730 1.735 1.740 1.745

78.93 79.37 79.81 80.25 80.70 81.16 81.62

1.750 1.755 1.760 1.765 1.770 1.775 1.780

82.09 82.57 83.06 83.57 84.08 84.61 85.16

1.785 1.790 1.795 1.800 1.805 1.810 1.815

85.74 86.35 86.99 87.69 88.43 89.23 90.12

1.820 1.825 1.830 1.831 1.832 1.833 1.835

91.11 92.25 93.64 93.94 94.32 94.72 95.72

Таблица 2 Константы диссоциации некоторых слабых кислот и оснований Название Бензойная Молочная Муравьиная Уксусная Хлоруксусная Трихлоруксусная Азотистая Пропионовая Валериановая Угольная (К1, рК1) Угольная (К2, рК2) Фосфорная (К1, рК1) Фосфорная (К2, рК2) Фосфорная (К3, рК3) ЭДТА (К1, рК1) ЭДТА (К2, рК2) ЭДТА (К3, рК3) ЭДТА (К4, рК4) Аммиак Мочевина

Формула С6Н5СООН СН3СН(ОН)СООН НСООН СН3СООН СН2ClСООН СCl3СООН НNO2 СН3СН2СООН СН3 (СН2 )СООН Н2СО3 (СО2 + Н2О) Н2СО3 (СО2 + Н2О) Н3РО4 (орто) Н3РО4 (орто) Н3РО4 (орто)

NH3 + H2O CO(NH2)2 + H2O

Константа диссоциации К1 (25°С) 6.3 ⋅ 10 -5 1.5 ⋅ 10 -4 1.8 ⋅ 10 -4 1.74 ⋅ 10 -5 1.4 ⋅ 10 –3 2.0 ⋅ 10 –1 6.9 ⋅ 10 –4 1.3 ⋅ 10 -5 1.4 ⋅ 10 -5 4.5 ⋅ 10 –7 4.8 ⋅ 10 -11 7.1 ⋅ 10 -3 6.2 ⋅ 10 -8 5.0 ⋅ 10 -13 1.0 ⋅ 10 –2 2.1 ⋅ 10 –3 6.9 ⋅ 10 -7 5.5 ⋅ 10 –11 1.76 ⋅ 10 -5 1.5 ⋅ 10 -14

рК1 (25°С) 4.20 3.83 3.75 4.76 2.86 0.70 3.16 4.87 4.86 6.35 10.32 2.15 7.21 12.0 2.00 2.67 6.16 10.26 4.755 13.82

53

Таблица 3 Произведения растворимости малорастворимых в воде веществ ( при различных температурах ) Формула t,ºC Гидроксиды Al(OH)3 25 Co(OH)2 18 Cr(OH)3 17 Fe(OH)3 18 Fe(OH)2 18 Mg(OH)2 25 Mn(OH)2 18 Ni(OH)2 25 Sb(OH)2 Cu(OH)2 Zn(OH)2 20 Cd(OH)2 Pb(OH)2 Галогениды AgCl 25 AgBr 25 AgJ 25 PbCl2 25 PbBr2 25 PbJ2 25 HgCl2 HgBr2 HgJ2 Карбонаты Ag2CO3 25 BaCO3 25 CaCO3 20 MgCO3 PbCO3 SrCO3

25

25 25 Фторид CaF2 Роданид AgCNS -

ПР

6.2 ⋅10-12 8.1 ⋅10-9 3.8 ⋅10-9

Формула t,ºC Сульфиды 25 Ag2S 18 Ag2S3 CdS 18 18 CoS (β) CuS 25 FeS 25 HgS 18 MnS 18 18 NiS (γ) PbS 18 SnS ZnS Tl2S Sb2S2 Сульфаты 25 Ag2SO4 25 BaSO4 10 CaSO4 25 PbSO4 25 SrSO4 BaSO4 25 CaSO4 10 PbSO4 25 SrSO4 25 Хроматы 20 PbCrO4 BaCrO4

1.0 ⋅ 10-5

Ag2CrO4

1.9 ⋅ 10-33 1.6 ⋅ 10-18 5.4 ⋅10-31 3.8 ⋅10-38 4.8 ⋅10-16 5.0 ⋅ 10-12 4.0 ⋅10-14 1.6 ⋅10-14 4.0 ⋅10-12 2.2 ⋅ 10-20 1.0 ⋅10-17 5.7 ⋅10-15 2.5 ⋅10-16 1.6 ⋅ 10-10 7.7 ⋅10-13 1.5 ⋅10-16 2.4 ⋅10-4 1.1 ⋅ 10-6 8.7 ⋅10-9 6 ⋅ 10-14 5 ⋅ 10-18 1.5 ⋅ 10-24

7.5 ⋅10-14 1.6 ⋅ 10-9 4.0 ⋅10-11

CaC2O4 SrC2O4 CdC2O4

1.1 ⋅ 10-12

AgCN

Оксалаты Цианид -

ПР 1.6 ⋅ 10-49 4.0 ⋅ 10-29 3.6 ⋅ 10-29 2.0 ⋅ 10-27 8.5 ⋅ 10-45 3.7 ⋅ 10-19 4.0 ⋅ 10-53 1.4 ⋅ 10-15 2.0 ⋅ 10-28 1.1 ⋅ 10-29 1.0 ⋅ 10-28 1.0 ⋅ 10-24 1.0 ⋅ 10-22 4.0 ⋅10-29 7.7 ⋅10-5 1.1 ⋅ 10-10 6.1 ⋅ 10-5 2.2 ⋅ 10-8 2.8 ⋅10-7 1.1 ⋅ 10-10 6.1 ⋅ 10-5 2.2 ⋅ 10-8 2.8 ⋅10-7 1.8 ⋅10-14 1.2 ⋅ 10-10 4 ⋅ 10-12 2.3 ⋅10-9 5.6 ⋅10-8 1.5 ⋅10-8 7 ⋅ 10-15

54

Таблица 4 Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (Е°) по отношению к потенциалу стандартного водородного электрода при 298ºК Е°, В

Реакция

Е°, В

K+ + е- → Ko Mg2+ + 2е- → Mgo Al3+ + 3е- → Alo As + 3H2O +3е- → AsH3 + 3OHMn2+ + 2е- → Mno SO42- + H2O + 2е- → SO32- + 2OHZn2+ + 2е- → Zno

- 2.92 - 2.37 - 1.70 - 1.37 - 1.18 - 0.93 - 0.76

H3AsO4 + 2H+ +2е- → HAsO2 + 2H2O O2 + 2H+ +2е- → H2O2 Fe3+ + е- → Fe2+ Ag+ + е- → Ago Cu2+ + J- + е- → CuJ↓ ClO- + H2O + 2е- → Cl- + 2OHNO3- + 4H+ + 3е- → NO + 2H2O

+ 0.56 + 0.68 + 0.77 + 0.80 + 0.86 + 0.88 + 0.96

AsO43- + 2H2O +2е- → AsO2- + 4OHAsO2- + 2H2O +3е- → As + 4OHAs + 3H+ +3е- → AsH3↑ Fe3+ + 3е- → Feo Fe2+ + 2е- → Feo

- 0.71 - 0.68 - 0.60 - 0.036 - 0.47

Br2 + 2е- → 2BrIO3- + 6H+ + 6е- → I- + 3H2O 2IO3- + 12H+ + 10е- → I2 + 6H2O O2 + 4H+ + 4е- → 2H2O Cr2O72-+ 14H+ + 6е → 2Cr3+ + 7H2O Cl2 + 2е- → 2ClClO3- + 6H+ + 6е- → Cl- + 3H2O Ce(SO4)32- + е- → Ce3+ + 3SO422ClO3- + 12H+ + 10е- → Cl2 + 6H2O MnO4- + 8H+ + 5е- → Mn2+ + 4H2O 2HClO + 2H+ + 2е- → Cl2+ H2O MnO4- + 4H+ + 3е- → MnO2 + 2H2O Ce4+ + е- → Ce3+ H2O2 + 2H+ + 2e- → 2H2O NaBiO3↓ + 6H+ + 2e- → Na + + Bi3+ + 3H2O F2 + 2e- → 2F-

+ 1.07 + 1.09 + 1.19 + 1.23 + 1.33

Реакция

- 0.14 Sn2+ + 2е- → Sno 2CrO4 + 4H2O + 3е → Cr(OH)3 + 5OH - 0.13 - 0.13 Pb2+ + 2е- → Pbo + 0.00 2H + 2е → H2 + 0.153 Cu2+ + е- → Cu+ + 22+ 0.22 SO4 + 2H + 2е → SO3 + H2O + + 0.247 HAsO2 + 3H +3е → As + 2 H2O + 0.34 Cu2+ + 2е- → Cuo + 0.40 2ClO + 2H2O + 2е → Cl2 + 4OH + 0.40 O2 + 2H2O + 4е → 4OH I2 + 2е- → 2I-

+ 0.54

+ 1.36 + 1.45 + 1.44 + 1.47 + 1.52 + 1.63 + 1.69 + 1.76 + 1.77 + 1.80 + 2.87

55

Таблица 5 Логарифм константы устойчивости некоторых комплексных ионов в водных растворах при 25ºС Комплексный ион [Ag(NH3)2]+ [Ag(NO2)2][Ag(S2O3)2]3[HgCl4]2[HgBr4]2[Hg(CN)4]2[Cd(NH3)4]2+ [Cd(CN)4]2[Cu(NH3)4]2+ [Cu(CN)4]3[Ni(NH3)6]2+

Логарифм константы устойчивости lgK 7.23 2.83 13.46 15.22 21.00 38.97 6.56 17.11 12.03 30.3 7.47

Таблица 6 Константы устойчивости некоторых комплексов ионов металлов с ЭДТА при 293ºС и I = 0.1 Катион +

Ag Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+ Cd2+ Hg2+ Pb2+ Al3+ Fe3+ V3+ Th4+

KMY

7

2.1 ⋅ 10 4.9 ⋅ 108 5.0 ⋅ 1010 4.3 ⋅ 108 5.8 ⋅ 107 6.2 ⋅ 1013 2.1 ⋅ 1014 2.0 ⋅ 1016 4.2 ⋅ 1018 6.3 ⋅ 1018 3.2 ⋅ 1016 2.9 ⋅ 1016 6.3 ⋅ 1021 1.1 ⋅ 1018 1.3 ⋅ 1016 1.3 ⋅ 1054 7.9 ⋅ 1025 1.6 ⋅ 1023

lg KMY 7.23 8.69 10.70 8.63 7.76 33.79 14.33 16.31 18.62 18.80 16.50 16.46 21.80 18.04 16.13 25.1 25.9 23.2

56

СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1.1. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.1.Основные этапы проведения анализа. Метрологические основы аналитической химии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.2.Вычисления в количественном анализе . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В РЕАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 1.3. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.3.1. Основные теоретические концепции кислот и оснований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.2. Расчеты концентраций водородных ионов в растворах электролитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.3.3. Кислотно-основное титрование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4. РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.1. Основные понятия и использование комплексных соединений в анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.2. Комплексонометрическое титрование . . . . . . . . . . . . . . .9 1.5. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5.1. Применение окислительно-восстановительных реакций в анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5.2. Окислительно-восстановительное титрование . . . . . . .10 1.6. РЕАКЦИИ ОСАЖДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.6.1. Равновесие в системе осадок – раствор . . . . . . . . . . . . .11 1.6.2. Гравиметрический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 1.6.3. Титриметрический анализ по методу осаждения . . . . .12 1.7. МЕТОДЫ МАСКИРОВАНИЯ, РАЗДЕЛЕНИЯ, ВЫДЕЛЕНИЯ, КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ И ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

57

2. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.1. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.1. Расчет концентраций водородных ионов в растворах электролитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 2.1.1.1. Расчет рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований. Задача №1. . . . . . . . . . . . 21 2.1.1.2. Расчет рН в буферных растворах. Задача №2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 2.1.1.3. Расчет рН в растворах гидролизующихся солей. Задача №3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 2.1.2. Расчеты в кислотно-основном титровании . . . . . . . . .24 2.1.2.1. Приготовление растворов кислот и оснований. Задача №4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.2.2. Расчеты при построении кривых кислотноосновного титрования. Задача № 5 . . . . . . . . 25 2.1.2.3. Расчеты результатов кислотно-основного титрования. Прямое и обратное титрование. Задача № 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 2.2. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1. Расчеты равновесных концентраций в системе осадок – раствор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1.1. Расчет растворимости осадков в воде и в присутствии ионов, одноименных с осадком. Задача №1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1.2. Расчет растворимости с учетом влияния конкурирующих равновесий. Задача №2. . . . 30 2.2.2. Расчеты в гравиметрическом анализе . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2.1. Вычисление гравиметрического фактора. Задача №3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2.2. Расчет количества осадителя. Задача №4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.2.3. Расчет потерь при осаждении и промывании. Задача №5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.2.4. Расчет навески и результатов гравиметрического анализа. Задача №6 . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.3. Расчеты в окислительно – восстановительном, осадительном и комплексонометрическом титровании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.3.1. Приготовление рабочих растворов. Задача №7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

58

2.2.3.2. Расчеты при построении кривых титрования. Задача №8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 2.2.3.3.Расчеты результатов окислительно-восстановительного, осадительного и комплексонометрического титрования . . . . . . . . . . . 42 2.2.3.3.1. Прямое титрование. Задача №9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.2.3.3.2. Обратное титрование и титрование по замещению. Задача №10 . . 45 2.2.4. Расчеты равновесных концентраций в растворах комплексных соединений. Маскирование. Задача № 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 ПРИЛОЖЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

59

ЛР № 020308 от 14.02.97. Редактор А.В.Алехина  Подписано в печать 01.10 .02. Формат 60х84 1/16. Б.кн.-журн.

П.л.

Б.л. 2,625.

РТП РИО СЗТУ.

Тираж 200. Заказ .  Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5.