И физико-химические методы анализа»

Стр 1 из 7Следующая ⇒

Химические методы

Анализа

Учебно-методическое пособие по решению задач

раздела дисциплины «Аналитическая химия

И физико-химические методы анализа»

для студентов-заочников

Химико-технологических специальностей

Минск 2003

УДК 543

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета.

Составители: А. Е. Соколовский, Г. Н. Супиченко

Научный редактор канд. хим. наук,

доцент Е. В. Радион

Рецензенты: доцент кафедры

общей и неорганической химии БГТУ, канд. хим. наук Т. Л. Залевская;

доцент кафедры аналитической химии БГУ, Н. А. Апостол

По тематическому плану изданий учебно-методической литературы университета на 2003 год. Поз. 65.

Для студентов-заочников химико-технологических специальностей.

«Белорусский государственный

технологический университет», 2003

составление, 2003

Введение

Настоящее методическое пособие разработано с целью оказания помощи студентам заочного факультета при решении задач контрольных заданий № 1 и № 2 по аналитической химии [1].

В нем даны примеры решения задач из основных разделов контрольных работ. При выборе примеров мы руководствовались опытом проверки заданий. Особое внимание уделяется задачам, в решении которых наиболее часто встречаются ошибки, и задачам, примеры решения которых редко встречаются в рекомендованной литературе. Напротив, примеры решения тех задач, с которыми студенты практически всегда справляются без ошибок, мы не приводим. В частности, задачи по статистической обработке результатов анализа подробно описаны в методическом пособии [2].

При разборе типовых задач даются краткие пояснения теоретического характера, основные формулы, общие алгоритмы и ход решения. Дать решения задач всех типов, встречающихся в контрольных работах, невозможно. Однако в приведенных примерах содержатся основные элементы решения практически любой задачи.

Значения физико-химических констант, используемых в методическом пособии, взяты по справочнику [3]. Им же мы рекомендуем пользоваться при выполнении контрольных заданий.

Контрольная работа № 1

РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ОСАДОК – РАСТВОР

Гетерогенная (неоднородная) система состоит из двух фаз: насыщенного раствора электролита и осадка. В этой системе устанавливается динамическое равновесие:

BaSO₄↓ D Ва²⁺ +

К этой равновесной системе применим закон действия масс, исходя из которого можно сформулировать правило произведения растворимости (ПР): произведение концентраций ионов труднорастворимого электролита в его насыщенном растворе есть величина постоянная при данной температуре:

= [Ва²⁺] · [ ]

Если в формуле имеются стехиометрические коэффициенты, то они входят в уравнение как показатели степени, в которые необходимо возвести концентрации ионов, например:

= [Са²⁺]³ ∙

Произведение растворимости характеризует растворимость вещества: чем больше значение ПР, тем больше растворимость.

При более точных расчетах необходимо вместо концентраций ионов использовать значения активностей, учитывающих электростатические взаимодействия между ионами.

Активности ионов пропорциональны концентрациям:

а = f ∙ С

Здесь f = а/С – коэффициент активности, зависящий от концентраций и зарядов всех ионов в растворе, а также от собственного заряда иона. Для нахождения коэффициентов активности сначала рассчитывают ионную силу раствора I по формуле

Здесь С_i и z_i – молярные концентрации и заряды всех ионов в растворе.

Значение коэффициента активности f_i данного иона можно вычислить по уравнению Дебая и Хюккеля:

если I < 0, 01;

если I < 0, 1,

или по формуле Дэвиса:

если I < 0, 2.

Обычно при решении задач значения коэффициентов активности не рассчитываются. Соответствующие расчеты выполняются, если необходимость их проведения указывается или подразумевается в условии задачи (подраздел 1.1.5 методических указаний [1]).

Расчет ПР по растворимости

Примеры 1–2 помогут Вам при решении задач № 1–5.

Пример 1. Вычислить произведение растворимости иодида серебра AgI, если растворимость этой соли при температуре 25°С равна 2, 865 ∙ 10^–6 г/л.

Решение. Химическое равновесие в насыщенном растворе AgI описывается уравнением

AgI↓ D Ag⁺ + I^–

Запишем выражение произведения растворимости для иодида серебра:

ПР_AgI = [Ag⁺] ∙ [I^–]

Вычислим растворимость иодида серебра (моль/л). Так как молярная масса AgI составляет 234, 772 г/моль, то концентрация AgI в растворе составит

[AgI] = 2, 865 ∙ 10^–6/234, 772 = 1, 22 ∙ 10^–8 моль/л.

При диссоциации каждого моля иодида серебра образуется 1 моль Ag⁺ и 1 моль I^–. Следовательно, их концентрации равны:

[Ag⁺] = [I^–] = [AgI] = 1, 22 ∙ 10^–8 моль/л.

Подставляя значения [Ag⁺] и [I^–] в уравнение произведения растворимости, получим:

ПР_Ag_I = 1, 22 ∙ 10^–8 ∙ 1, 22 ∙ 10^–8 = 1, 5 ∙ 10^–16.

Пример 2. Вычислить произведение растворимости Ag₂CrO₄, если в 100 мл насыщенного раствора его содержится 0, 002156 г.

Решение. Найдем растворимость хромата серебра (моль/л):

в 100 мл насыщенного раствора содержится 0, 002156 г соли

в 1000 мл ¾ » ¾ ¾ » ¾ ¾ » ¾ х г соли

x = 1000 ∙ 0, 002156/100= 0, 02156 г/л.

Молярная масса Ag₂CrO₄ равна 331, 73 г/моль, тогда растворимость Ag₂CrO₄ (моль/л) будет

[Ag₂CrO₄] = 0, 02156/331, 73 моль/л = 6, 5 ∙ 10^–5 моль/л.

Хромат серебра диссоциирует следующим образом:

Ag₂CrO₄↓ D 2Ag⁺ +

Тогда

[Ag⁺] = 2 ∙ 6, 5 ∙ 10^–5 = 1, 3 ∙ 10^–4 моль/л;

[ ] = 6, 5 ∙ 10^–5 моль/л;

= [Ag⁺]² [ ] = (1, 3 ∙ 10^–4)² ∙ 6, 5 ∙ 10^–5 ≈ 1, 1 ∙ 10^–11.

Одноименных ионов

Пример 6 поможет Вам при решении задач № 30–43.

Пример 6. Вычислить концентрацию ионов серебра в насыщенном растворе хлорида серебра, к 1 л которого прибавлено:

а) 1 ∙ 10^–4 моля КС1; б) 0, 1 моля KCl.

Решение.

a) Хлорид-ионы образуются при диссоциации хлорида серебра и при диссоциации хлорида калия. Тогда будем иметь:

[Ag⁺] ∙ ([Cl^–]_AgCl + [С1^–]_КС_l) = ПР_А_g_С_l = 1, 56 ∙ 10^–10

Так как [Ag⁺] = [Cl^–]_AgCl, то

[Ag⁺]² + [С1^–]_КС_l ∙ [Аg⁺] – 1, 56 ∙ 10^–10 = 0

Подставляя значение концентрации КСl и решая квадратное уравнение, получим:

[Ag⁺] = –10^–4/2 + = 1, 54 ∙ 10^–6 моль/л.

б) В данном случае значение [С1^–]_КС1 существенно превышает величину [Cl^–]_AgCl, поэтому величиной [Cl^–]_AgCl можно пренебречь. Тогда будем иметь

[Ag⁺]∙ [С1^–]_КС_l = ПР_А_g_С_l = 1, 56 ∙ 10^–10;

[Ag⁺] = ПР_А_g_С_l/ [С1^–]_КС_l = 1, 56 ∙ 10^–10/0, 1 = 1, 56 ∙ 10^–9моль/л.

РАВНОВЕСИЕ

Для обратимой окислительно-восстановительной полуреакции Ox + nē D Red зависимость окислительно-восстановительного потенциала Е от активностей окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм выражается уравнением Нернста:

где – стандартный окислительно-восстановительный потенциал. При 25^оС уравнение имеет следующий вид:

Если в окислительно-восстановительной полуреакции участвуют ионы водорода или OH^–, то в уравнение Нернста входят их концентрации в соответствующей степени:

или

Окислительно-восстановительная реакция (ОВР) является сочетанием двух полуреакций. Глубина протекания реакции определяется константой равновесия, которая может быть рассчитана по формуле

Здесь n – число электронов, участвующих в реакции окисления – восстановления (наименьшее общее кратное числа электронов, участвующих в реакции).

Расчет констант равновесия

РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

Реакцию комплексообразования можно представить в следующем виде:

Константа равновесия этого процесса называется константой устойчивости комплексного соединения и обозначается .

Контрольная работа № 2

Расчет количества осадителя

Пример 15 поможет Вам при решении задач № 51–66.

Пример 15. Какой объем 4 %-ного раствора Na₂HPO₄ необходим для практически полного осаждения Mn²⁺ из раствора, содержащего 0, 6452 г MnSO₄ · 4H₂O?

Решение. Запишем реакцию осаждения:

2MnSO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 2Na₂HPO₄ ® 2MnNH₄PO₄¯ + 2Na₂SO₄ + H₂SO₄

В соответствии со стехиометрией реакции рассчитаем необходимую массу Na₂HPO₄:

m(Na₂HPO₄) = 0, 6452 ∙ 141, 96 / 223, 06 = 0, 4106 г.

Рассчитаем массу 4 %-ного раствора Na₂HPO₄:

Принимая плотность раствора Na₂HPO₄ равной единице, так как w< 5%, находим необходимый объем осадителя:

V_р-ра (Na₂HPO₄) = 10, 27 мл.

Поскольку осадитель нелетучий, то для практически полного осаждения необходимо взять его полуторакратный избыток, т. е.

10, 27 ∙ 1, 5 = 15, 40 мл.

Способы титрования

Расчеты результатов анализа зависят от способов титрования. Различают методы прямого титрования, обратного и по заместителю.

В методе прямого титрования к некоторому объему анализируемого вещества (V_х) непосредственно добавляют титрант с известной молярной концентрацией эквивалента (С_Т). Определив объем титранта (V_Т) в т. э., рассчитывают молярную концентрацию эквивалента (С_х) или количество молей эквивалента анализируемого вещества (n_х) по закону эквивалентов:

С_х ∙ V_х = С_Т ∙ V_Т;

n_х = n_Т;

n_х = С_Т ∙ V_Т.

Массу определяемого вещества (m_x) рассчитывают по формуле

m_x = n_х ∙ M(¹/_ZX) ∙ c_Т ∙ V_Т ∙ M(¹/_ZX),

где M(¹/_Z X) – молярная масса эквивалента определяемого вещества.

Метод обратного титрования заключается в прибавлении к раствору анализируемого вещества избытка точно известного количества стандартного раствора В и после завершения реакции между ними титровании оставшееся количество вещества В раствором титранта С. Количество молей эквивалента определяемого вещества равно разности между количеством молей эквивалента веществ В и С:

n_х = n_В – n_С.

В методе титрования по заместителю к определяемому веществу добавляют реагент, вступающий с ним в реакцию. Затем один из продуктов взаимодействия (В) оттитровывают титрантом С. Количество молей эквивалента определяемого вещества при титровании заместителя всегда равно количеству молей эквивалента титранта:

n_х = n_В = n_С.

РАСЧЕТЫ РЕЗУЛЬТАТОВ

ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ЛИТЕРАТУРА

1. Аналитическая химия: Программа, методические указания и контрольные задания по одноименному курсу для студентов-заочников химико-технологических специальностей / Н. А. Коваленко, А. Е. Соколовский, Е. В. Радион. – Мн.: БГТУ, 2001.

2. Методические указания по курсу «Аналитическая химия» для студентов химико-технологических специальностей / В. А. Якубович, О. Н. Чудновская, Т. Л. Залевская и др. – Мн.: БТИ, 1987.

3. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии.– М.: Химия, 1989.

4. Васильев В. П. Аналитическая химия: В 2 т. Т. 1. – М.: Высшая школа, 1989.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................ Контрольная работа № 1

1. Равновесие в системе осадок - раствор.................... 1.1. Расчет ПР по растворимости......................... 1.2. Расчет растворимости осадков в воде.................. 1.3. Задачи на применение условия выпадения осадка....... 1.4. Расчет растворимости осадков в присутствии одноименных ионов.......................................... 1.5. Расчет растворимости осадка в присутствии разноименных ионов (солевой эффект).......................... 2. Кислотно-основное равновесие........................... 2.1. Расчет рН раствора по известным равновесным концентрациям растворенных веществ........................ 3. Окислительно-восстановительное равновесие............... 3.1. Расчет констант равновесия окислительно- восстановительных реакций.......................... 3.2. Расчет окислительно-восстановительного потенциала 4. Реакции комплексообразования........................... 4.1. Расчет равновесных концентраций ионов............... Контрольная работа № 2 5. Гравиметрический метод анализа......................... 5.1. Расчет результатов гравиметрического анализа.......... 5.2. Расчет количества осадителя.......................... 5.3. Расчет потерь осадка при промывании................. 6. Титриметрические методы анализа........................ 6.1. Способы выражения концентраций.................... 6.2. Определение фактора эквивалентности................. 6.3. Способы титрования................................ 7. Расчеты результатов титриметрического анализа............ 7.1. Кислотно-основное титрование........................ 7.2. Окислительно-восстановительное титрование............ 7.3. Комплексонометрическое титрование................... 8. Построение кривых титрования........................... 8.1. Титрование сильных кислот и оснований................ 8.2. Титрование слабой кислоты сильным основанием........ 8.3. Окислительно-восстановительное титрование........... Литература...............................................

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Составители:	Соколовский Александр Евгеньевич
Супиченко Галина Николаевна

Редактор Р.М.Рябая

Подписано в печать ……..2003. Формат 60·84/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 2, 7. Усл. кр.-отт. 2, 7. Уч.-изд. л. 2, 2.

Тираж 200 экз. Заказ.

Учреждение образования

«Белорусский государственный технологический университет».

220050. Минск, Свердлова, 13а. Лицензия ЛВ № 276 от 15.04.03.

Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного

технологического университета. 220050. Минск, Свердлова, 13.

Химические методы

Анализа

Учебно-методическое пособие по решению задач

раздела дисциплины «Аналитическая химия

и физико-химические методы анализа»

для студентов-заочников

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒