Как найти соль в аналитической химии

59

2. Этанол и другие спирты в присутствии концентрированной серной кислоты с ацетат-ионами образуют сложные эфиры с характерным запахом (этилацетат, амилацетат и др.):

2CH3COONa + H2SO4 = 2CH3COOH + Na2SO4,

O

H2SO4

O

H3 – C

+ HO – C2H5

=== CH3 – C

+ H2O .

ОН

ОС2Н5

Опыт. К 4-5 каплям раствора CH3COONa прибавить 3-4 капли концентрированного раствора H2SO4 и равный объем этанола, нагреть на водяной бане 2-3 мин и затем быстро вылить раствор в стакан с холодной водой.

3. Хлорид железа (III) с ацетат-ионами дает ацетат железа (III) краснобурого цвета, который при разбавлении и нагревании гидролизуется с образованием красно-бурого осадка ацетата дигидроксожелеза (III):

FeCl3 + 3CH3COONa = Fe(CH3COO)3 + 3NaCl,

3Fe(CH3COO)3 + 2H2O = [Fe3(CH3COO)6(OH)2]CH3COO (T) + 2CH3COOH .

Реакции мешает присутствие ионов SO32-, CO32-, PO43-, которые с ионом Fe3+ дают подобные осадки.

Опыт. К 2–3 каплям раствора CH3COONa прибавить равный объем раствора FeCl3, разбавить раствора в 2–3 раза и нагреть.

Анализируемый объект может быть индивидуальным веществом или смесью веществ, по агрегатному состоянию – твердым, жидким или газообразным, по структуре – однородным или неоднородным. Твердые вещества могут быть представлены, например, металлами, сплавами, рудами, продуктами производства, жидкие – жидкостями и растворами, газообразные – индивидуальными газами или их смесями.

Для анализа твердого вещества (сухой соли) отбирают небольшое его количество 0,1 – 0,2 г.

Обращают внимание на цвет и запах кристаллов соли. Бесцветные или

белые кристаллы свидетельствуют об отсутствии солей окрашенных ионов

(Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, CrO42-, Cr2O72-).

Запах – важный признак некоторых солей слабых оснований или слабых кислот. Например, твердый (NH4)2CO3 пахнет аммиаком, NaHSO3 – сернистым газом и т. д.

Исследуемую пробу измельчают в фарфоровой ступке и делят на три части: с одной – проводят предварительные испытания, вторую – используют для систематического анализа, третью – оставляют для контроля.

Из предварительных испытаний, предшествующих систематическому анализу, чаще всего проводят окрашивание пламени, действие кислот на испытуемое вещество, подбор растворителя, определение рН раствора.

60

Для окрашивания пламени достаточно отобрать небольшое количество измельченного сухого образца (с просяное зернышко).

Полезно проверить действие серной кислоты на пробу. Вначале к части анализируемого вещества на холоду приливают 1 М раствор H2SO4, при этом наблюдают выделение газов:

СО2 (газ без запаха, вызывающий помутнение известковой воды) – при анализе карбонатов;

SO2 (газ с запахом горящей серы) – при анализе сульфитов и тиосульфатов;

H2S (газ с запахом тухлых яиц) – при анализе сульфидов; СН3СООН – при анализе ацетатов.

Если на анализируемое вещество подействовать концентрированной серной кислотой (осторожно! разбрызгивание!), помимо перечисленных газов, выделяющихся более интенсивно, могут дополнительно выделяться:

HCl и Cl2 (газ с характерным резким запахом) – при анализе хлоридов, HBr и Br2 (желто-бурый газ) – при анализе бромидов,

I2 (фиолетовые пары) – при анализе иодидов, NO2 (бурые пары) – при анализе нитратов.

Испытание на растворимость и подбор растворителя проводят с небольшими порциями вещества (10 – 15 мг), при этом растворители (15 – 20 капель) приливают в следующей последовательности (сначала при комнатной температуре, затем при нагревании):

вода, 2 М СН3СООН,

2 М HCl, HNO3, H2SO4, конц. HCl,

конц. HNO3, «царская водка».

Определение рН среды в водном растворе соли проводят с помощью универсальной или другой индикаторной бумаги. Если реакция среды щелочная, то могут присутствовать катионы I группы, а также CO32-, B4O72-, S2-, PO43-, CH3COO, AsO43-, AsO33-. Если реакция среды кислая, то отсутствуют СО32-, S2-, SO32-, S2O32-. Нейтральная реакция среды указывает, что в растворе могут быть соли сильных кислот и сильных оснований (KCl, Na2SO4) или соли слабых кислот и слабых оснований (CH3COONH4 и т. п.). В процессе анализа эти выводы подтверждают соответствующими реакциями.

61

Анализ соли, растворимой в воде

Вторую часть измельченной пробы растворяют в дистиллированной воде, добавляя ее порциями при перемешивании до полного растворения. Если растворение на холоде идет медленно, нагревают на водяной бане. Если при растворении образуется мутный раствор (или осадок), что возможно при гидролизе некоторых солей (Al3+, Fe3+, Sn2+, Sn(IV), Cr3+ и особенно Sb(III) и Bi3+), к отдельной порции взмученного раствора с осадком прибавляют 1–2 капли раствора HNO3 до полного растворения мути. Этот раствор используют для анализа катионов. При анализе анионов введенный с кислотой анион NO3открывается в отдельной порции раствора, полученного подкислением другой кислотой.

После растворения пробы отмечают цвет раствора. При анализе инди-

видуального вещества в растворе желтого цвета возможно присутствие Fe3+, зеленого – Ni2+, голубого – Cu2+, розового – Со2+ и т. д.

Исследуемый раствор делят на три части для обнаружения катиона, аниона и проверочных испытаний. Вначале открывают катион, затем анион. Для обнаружения катиона предварительно устанавливают его групповую принадлежность, для чего проводят испытания с групповыми реагентами.

Проба на катион I группы

К3–4 каплям исследуемого раствора прибавляют 2–3 капли раствора

Na2CO3. Если осадок не выпал, в растворе присутствуют катионы I группы. Если осадок образовался, возможно присутствие катиона II – VI групп.

Проба на катион II группы.

К3–4 каплям исследуемого раствора прибавляют 2–3 капли 2М раствора HCl. Образование белого осадка указывает на присутствие катиона II группы.

Проба на катион III группы.

К3 – 4 каплям раствора прибавляют столько же 1 М раствора H2SO4 и C2H5OH. Образование осадка белого цвета подтверждает присутствие катиона III группы.

Если осадок образуется с раствором HCl и с раствором H2SO4, то это может быть катион свинца (PbCl2, PbSO4).

Проба на катион IV группы

Кнескольким каплям раствора прибавляют по каплям избыток раствора NaOH. Растворение первоначально выпавшего осадка указывает на присутствие катиона IV группы (обратите внимание на цвет осадка). Если осадок в избытке щелочи не растворился, его исследуют на присутствие катиона V или VI группы.

Следует учесть возможность растворения Сu(OH)2.

62

Проба на катион V или VI группы

К полученному осадку гидроксида прибавляют концентрированный раствор аммиака. Растворение осадка указывает на присутствие катиона VI группы (обратите внимание на цвет раствора).

Если осадок растворяется в избытке щелочи и избытке аммиака, то это может быть Zn(OH)2.

Если осадок не растворился, в исследуемом растворе – катион V груп-

пы.

Установив принадлежность катиона к определенной аналитической группе, с помощью дробного метода открывают его характерными селективными реакциями.

Обнаружение аниона

Определение катиона облегчает обнаружение в исследуемом растворе аниона. Из анализа можно исключить те анионы, которые с обнаруженным катионом образуют нерастворимые в воде соли. Реакция среды раствора также дает информацию о возможном характере аниона. Например, если соль хорошо растворяется в воде и в нейтральном водном растворе обнаружен катион Ba2+, то этот раствор не может содержать анионы SO42-, CO32-, SO32-, В4О72-, РО43- (8ВаS2O3 образуется только из концентрированных растворов).

Определяют принадлежность аниона к аналитической группе по реакциям с BaCl2 и AgNO3, затем открывают его с помощью соответствующих реактивов.

Обнаружив катион и анион, можно представить формулу анализируемой соли.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что необходимо предпринять, если в процессе растворения соли в воде раствор мутнеет?

2.При действии на соль кислоты наблюдается бурное выделение газа. Присутствие каких анионов можно предполагать в первую очередь?

3.В составе растворимой в воде соли обнаружен катион Ва2+. Какие анионы в составе соли заведомо отсутствуют?

4.При анализе растворимой в воде соли открыт катион Ag+. Какие анионы заведомо отсутствуют?

5.Соль растворима в воде. При действии на ее раствор щелочи образуется гидроксид белого цвета, растворимый как в избытке щелочи, так и в растворе аммиака. Какой катион входит в состав соли?

6.Соль растворима в воде. При действии на ее раствор HCl и H2SO4 выпадают осадки белого цвета. Какой катион входит в состав соли?

7.Водный раствор соли имеет нейтральную реакцию. Какие анионы могут входить в состав соли, если обнаружен катион NH4+?

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

СОЛЬ 1.

имеется пробирка с сухой солью. соль хлопьеобразная рыжего цвета. очень хорошо растворяется в воде. ее растов цвета яблочного сока. рН= 7-8. про добавлении раствору соли азотной кислоты на несколько секунд появляется синее кольцо и раствор становится бесцветным.

Синее кольцо? Непонятно, но здорово. Это ведь неорганическая соль? Из синих колец припоминается только пероксид хрома, но это не тот случай. В любом случае одной реакции с азоткой мало, описанные наблюдения – реакция или только на катион, или только на анион (что скорее), и для “точной формулы” этого недостаточно. Может ещё какие подробности?

СОЛЬ 2.

белый довольно мелкий порошок. не очень быстро растворяется в воде. в 6 молярной азотной кислоте растворяется с шипением. при карбонатной вытяжке раствора этой соли появляется осадок белого цвета. рН= 6-7. ее раствор с нитратом бария в кислой среде дает белый как творожистый осадок который быстро оседает; с нитратом серебра а азотной кислоте дает белый слегка густованый раствор как в тумане; с нитратом стронция дает бесцветный раствор.

С нитратом бария в сильнокислой среде осадок из неорганики даёт почти исключительно сульфат (есть ещё селенат, но это экзотика). Вопрос: а чем подкисляли, азоткой, или, может быть, уксуской? В слабокислой среде перечень нерастворимых солей бария резко расширяется.

Если под “белый слегка густованый раствор как в тумане” имелась в виду опалесценция, это очень похоже на сульфат серебра, но тогда непонятно со стронцием – там тоже должен был быть осадок.

Белый осадок с карбонатом даёт практически всё, что угодно, кроме натрия, калия, аммония и окрашенных катионов (рубидий и цезий не в счёт).

Шипение может быть вызвано наличием кислотных остатков летучих кислот, но никак не сульфата, наличие которого почти доказано. Двойная соль? Как вариант: плохо хранившийся сульфит, наполовину окисленный в сульфат, результат – обе качественные реакции.

С растворением тоже не всё понятно – медленно может растворяться, к примеру, и NaCl на холоду (35 г/100 мл), и CaSO4 (0,2 г/100 мл). Какое количество соли растворилось в каком количестве воды? (примерно)

Одним словом, чуть-чуть поподробнее, если можно. В т.ч. и о качестве реактивов.

2.2.8.Анализ
солей

Анализируемый объект
может быть индивидуальным веществом
или смесью веществ, по агрегатному
состоянию – твердым, жидким или
газообразным, по структуре – однородным
или неоднородным. Твердые вещества
могут быть представлены, например,
металлами, сплавами, рудами, продуктами
производства, жидкие – жидкостями и
растворами, газообразные – индивидуальными
газами или их смесями.

Для анализа твердого
вещества (сухой соли) отбирают небольшое
его количество 0,1 – 0,2 г.

Обращают внимание на цвет
и запах кристаллов соли. Бесцветные или
белые кристаллы свидетельствуют об
отсутствии солей окрашенных ионов
(Cu2+, Ni2+,
Co2+, Fe2+,
Fe3+, Mn2+,
CrO42-,
Cr2O72-).

Запах – важный признак
некоторых солей слабых оснований или
слабых кислот. Например, твердый (NH4)2CO3
пахнет аммиаком, NaHSO3
– сернистым газом и т.д.

Исследуемую пробу
измельчают в фарфоровой ступке и делят
на три части: с одной – проводят
предварительные испытания, вторую –
используют для систематического анализа,
третью – оставляют для контроля.

Из предварительных
испытаний, предшествующих систематическому
анализу, чаще всего проводят окрашивание
пламени, действие кислот на испытуемое
вещество, подбор растворителя, определение
рН раствора.

Для окрашивания пламени
достаточно отобрать небольшое количество
измельченного сухого образца (с просяное
зернышко).

Полезно проверить действие
серной кислоты на пробу. Вначале к части
анализируемого вещества приливают 1М
раствор H2SO4,
при этом наблюдают выделение газов:

CO2
(газ без запаха, вызывающий помутнение
известковой воды) – при анализе
карбонатов;

2
(газ с запахом горящей серы) – при анализе
сульфитов и тиосульфатов;

H2S
(газ с запахом тухлых яиц) – при анализе
сульфидов;

CH3COOН
– при анализе ацетатов.

Если на анализируемое
вещество подействовать концентрированной
серной кислотой (осторожно! разбрызгивание!),
помимо перечисленных газов, выделившихся
более интенсивно, могут дополнительно
выделяться:

HCl
и Cl2
(газ с характерным резким запахом) –
при анализе хлоридов;

HBr
и Br2
(желто-бурый газ) – при анализе бромидов,

J2
(фиолетовые пары) – при анализе иодидов,

NO2
(бурые пары) – при анализе нитритов.

Испытание на растворимость
и подбор растворителя проводят с
небольшими порциями вещества (10 – 15
мг), при этом растворители (15 – 20 капель)
приливают в следующей последовательности
(сначала при комнатной температуре,
затем при нагревании):

вода,

2M CH3COOН,

2M HCl, HNO3,
H2SO4,

конц. HCl,

конц. HNO3,
«царская водка».

Определение рН среды в
водном растворе соли проводят с помощью
универсальной или другой индикаторной
бумаги. Если реакция среды щелочная, то
могут присутствовать катионы I группы,
а также CO32-,
B4O72-,
S2-,
PO43-,
CH3COO,
AsO43-,
AsO33-.
Если реакция среды кислая, то отсутствуют
CO32-,
S2-,
SO32-,
S2O32-.
Нейтральная реакция среды указывает,
что в растворе могут быть соли сильных
кислот и сильных оснований (KCl, Na2SO4)
или соли слабых кислот и слабых оснований
(CH3COONН4
и т.п.). В процессе анализа
эти выводы подтверждают соответствующими
реакциями.

Анализ соли, растворимой в воде

Вторую часть измельченной
пробы растворяют в дистиллированной
воде, добавляя ее порциями при перемешивании
до полного растворения. Если растворение
при комнатной температуре идет медленно,
нагревают на водяной бане. Если при
растворении образуется мутный раствор
(или осадок), что возможно при гидролизе
некоторых солей (Al3+,
Fe3+,
Sn(IV),
Cr3+
и особенно Sb(III)
и Bi3+),
к отдельной порции взмученного раствора
с осадком прибавляют 1-2 капли раствора
HNO3
до полного растворения мути. Этот раствор
используют для анализа катионов. При
анализе анионов введенный с кислотой
анион NO3
открывается в отдельной
порции раствора, полученного подкислением
другой кислотой.

После растворения пробы
отмечают цвет раствора. При анализе
индивидуального вещества в растворе
желтого цвета возможно присутствие
Fe3+,
зеленого –
Ni2+,
голубого – Cu2+,
розового – Co2+
и т.д.

Исследуемый раствор делят
на три части для обнаружения катиона,
аниона и проверочных испытаний. Вначале
открывают катион, затем анион. Для
обнаружения катиона предварительно
устанавливают его групповую принадлежность,
для чего проводят испытания с групповыми
реагентами.

Проба на
катион I группы

К 3-4 каплям исследуемого
раствора прибавляют 2-3 капли раствора
Na2CO3
или Na2HPO4.
Если осадок не выпал, в растворе
присутствуют катионы I группы. Если
осадок образовался, возможно присутствие
катионов II – VI групп.

Проба на катион II группы

К 3-4 каплям исследуемого
раствора прибавляют 2-3 капли 2М раствора
HCl. Образование белого осадка указывает
на присутствие катиона II группы.

Проба на катион III группы

К 3-4 капли исследуемого
раствора прибавляют 2-3 капли 2М раствора
H2SO4
и C2H5OH.
Образование белого осадка подтверждает
присутствие катиона III группы.

Если осадок образуется
с раствором HCl и с раствором H2SO4,
то это может быть катион свинца.

Проба на катион IV группы

К нескольким каплям
раствора прибавляют по каплям избыток
раствора NaOH. Растворение первоначально
выпавшего осадка указывает на присутствие
катиона IV группы (обратите внимание на
цвет осадка). Если осадок в избытке
щелочи не растворился, его исследуют
на присутствие катиона V и VI группы.

Следует учесть возможность
растворения Cu(OH)2.

Проба на катион V и VI группы

К полученному осадку гидроксида
прибавляют концентрированный раствор
аммиака. Растворение осадка указывает
на присутствие катиона VI группы (обратите
внимание на цвет раствора).

Если осадок растворился
в избытке щелочи и избытке аммиака, то
это может быть Zn(OH)2.

Если осадок не растворился,
в исследуемом растворе – катион V группы.

Установив принадлежность
катиона к определенной аналитической
группе, с помощью дробного метода
открывают его характерными селективными
реакциями.

Обнаружение аниона

Определение катиона
облегчает обнаружение в исследуемом
растворе аниона. Из анализа можно
исключить те анионы, которые с обнаруженным
катионом образуют нерастворимые в воде
соли. Реакция среды раствора также дает
информацию о возможном характере аниона.
Например, если соль хорошо растворяется
в воде и в нейтральном водном растворе
обнаружен катион Ba2+,
то этот раствор не может содержать
анионы SO42-,
CO32-,
SO32-,
B4O72-,
PO43-
(BaS2O3
образуется только из концентрированных
растворов).

Определяют принадлежность
аниона к аналитической группе по реакциям
с BaCl2
и AgNO3,
затем открывают его с помощью
соответствующих реактивов.

Обнаружив катион и анион,
можно представить формулу анализируемой
соли.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Что
    необходимо предпринять, если в процессе
    растворения соли в воде раствор мутнеет?

  2. При
    действии на соль кислоты наблюдается
    бурное выделение газа. Присутствие
    каких анионов можно предполагать в
    первую очередь?

  3. В
    составе растворимой соли обнаружен
    катион Ba2+.
    Какие анионы в составе соли заведомо
    отсутствуют?

  4. При
    анализе растворимой в воде соли открыт
    катион Ag+.
    Какие анионы заведомо отсутствуют?

  5. Соль
    растворима в воде. При действии на ее
    раствор щелочи образуется гидроксид
    белого цвета, растворимый как в избытке
    щелочи, так и в растворе аммиака. Какой
    катион входит в состав соли?

  6. Соль
    растворима в воде. При действии на ее
    раствор HCl и H2SO4
    выпадают осадки белого цвета. Какой
    катион входит в состав соли?

  7. Водный
    раствор соли имеет нейтральную реакцию.
    Какие анионы могут входить в состав
    соли, если обнаружен катион NH4+?

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

КОЛИЧЕСТВЕННОГО
АНАЛИЗА

3.1. Задачи количественного
анализа

Если при помощи качественного анализа
устанавливают, из каких элементов (или
ионов) состоит исследуемое вещество,
то задачей количественного анализа
является определение количественного
содержания элементов, ионов или химических
соединений, входящих в состав исследуемых
веществ и материалов.

На основании данных
количественного анализа определяют
качество веществ, которое зависит от
количественного содержания основных
компонентов и примесей. Это, в свою
очередь, позволяет установить пригодность
веществ к применению. Например, качество
пищевых продуктов значительно снижается
при содержании примесей нитрат-ионов
выше допустимых пределов.

С помощью количественного
анализа проверяют правильность ведения
технологических процессов производства,
проводя химический контроль на каждой
его стадии. Ни один материал не поступает
в производство и ни одна готовая продукция
не выпускается без данных химического
контроля. Используя результаты химического
анализа, проводят технологические
расчеты. Количественный анализ позволяет
определить соответствие характеристик
вещества, материалов, потребительских
товаров требованиям нормативно-технических
документов.

Проведение анализа обычно
складывается из нескольких этапов.
Проба, которая поступила на анализ в
лабораторию, лабораторная
проба
, хотя и является
представительной пробой неоднородного
образца, требует часто некоторой
дополнительной подготовки к анализу
(подробнее отбор и подготовка проб к
анализу описаны в учебном пособии
«Физико-химические свойства и методы
контроля качества потребительских
товаров»). Это связано главным образом
с дополнительным измельчением и
перемешиванием.

Результаты анализа чаще
всего выражают в виде массовой доли (в
%) компонента в образце. Поэтому взятая
для анализа проба должна быть измерена
по массе или объему. Затем лабораторную
пробу растворяют, проводят соответствующие
методу анализа реакции и операции и
измеряют аналитический сигнал.

Количественный анализ
должен быть проведен с достаточной
точностью. Точность анализа – это
собирательная характеристика метода
или методики, включающая их правильность
и воспроизводимость. Когда говорят о
высокой точности, предполагают, что
результаты правильные и разброс данных
анализа незначителен. Точность часто
характеризуют относительной погрешностью
(ошибкой) определения в процентах.

Требования к точности
анализа обычно определяются целью и
задачами анализа. Например, при текущем
контроле многих химических производств
определение компонентов можно проводить
с погрешностью 10-15%. В том случае, когда
важно более точно знать как содержание
основного компонента, так и содержание
вредных примесей (в пищевой, фармацевтической
промышленности), погрешность не должна
быть выше 0,1-1%.

3.2. Принципы и методы количественных
определений

Методы количественного анализа
базируются на законах сохранения массы
вещества, постоянства состава и
эквивалентов.

При количественном
измерении определяют интенсивность
аналитического сигнала
,
т.е. численное значение свойства,
связанное с содержанием анализируемого
компонента. Для получения правильных
результатов анализа между интенсивностью
аналитического сигнала и содержанием
определяемого компонента в пробе должна
существовать однозначная функциональная
зависимость. Обычно и выбор оптимальных
условий для проведения количественного
анализа тем или иным способом определяется
именно этими требованиями.

В физических и
физико-химических (инструментальных)
методах анализа измеряют интенсивность
физического свойства, которое
пропорционально количеству (концентрации)
вещества. Данная группа методов
рассматривается в учебном пособии
«Физико-химические свойства и методы
контроля качества потребительских
товаров».

В основе химических
методов определения лежат химические
реакции: кислотно-основного и
окислительно-восстановительного
взаимодействия, комплексообразования
и осаждения малорастворимых соединений.
Наибольшее значение среди химических
методов имеют гравиметрический и
титриметрический. Эти методы называют
классическими. Они остаются непревзойденными
по точности (погрешность составляет
0,1-0,2%) по сравнению с современными
инструментальными методами (погрешность
2-5%). Основная область применения
гравиметрии и титриметрии – определение
больших и средних количеств веществ.
Гравиметрический
анализ основан на точном
измерении массы определяемого компонента,
выделенного или в химически чистом
состоянии, или в виде соединения точно
известного состава. Поэтому интенсивностью
аналитического сигнала в гравиметрии
является масса высушенного или
прокаленного осадка. Титриметрический
анализ основан на измерении объема
раствора реактива точно известной
концентрации, израсходованного на
реакцию с данным количеством определяемого
вещества. Аналитическим сигналом в этом
методе является объем реактива. Используя
закон эквивалентов, по количеству
продуктов реакции (массе осадка) в
гравиметрии и по объему реагента точно
известной концентрации в титриметрии
рассчитывают концентрацию (или массу)
определяемого вещества.

В ряде случаев используют
не прямые, а косвенные методы. Это значит,
что измеряется непосредственно не
интенсивность аналитического сигнала
определяемого компонента, а интенсивность
сигнала другого компонента или продукта
реакции, находящегося в системе в
количестве, эквивалентном определяемому
компоненту (метод замещения). Часто
используют и другой косвенный метод –
измерение интенсивности аналитического
сигнала избытка реагента, оставшегося
в системе после завершения реакции с
определяемым компонентом (например,
метод обратного титрования в
титриметрическом анализе). В гравиметрическом
анализе иногда измеряют массу образца
до и после удаления определяемого
компонента (например, определение влаги
путем высушивания в сушильном шкафу).

3.3. Правила вычислений в
количественном анализе

При проведении химического
анализа необходимо очень внимательно
выполнять вычисления. Математическая
ошибка, допущенная в числовых значениях,
равносильна ошибке в анализе.

Числовые значения можно
разделить на точные
и приближенные.
К точным можно отнести, например,
порядковый номер элемента в периодической
таблице, число выполненных определений.
К приближенным величинам относятся
результаты, полученные при любых
измерениях, например массы вещества
или объема раствора в количественном
анализе. Точность
приближенного числа

определяется количеством
значащих цифр
или числом
десятичных знаков
.

Значащими цифрами
приближенного числа называются все
цифры, начиная с первой слева, отличной
от нуля, до последней, за правильность
которой можно ручаться. Нули, стоящие
в середине числа, являются значащими
цифрами. Например, в числах 0,00235 и 324,00
по три значащих цифры, а в числе 625,306 –
шесть значащих цифр.

Десятичными знаками
числа называют цифры,
стоящие справа от запятой, отделяющий
его целую часть. Так в числе 325,302 три
десятичных знака, в числе 0,00235 – пять,
в числе 324,00 – два.

Результат измерения
следует представлять так, чтобы он
отражал точность измерения. Так, при
взвешивании на аналитических весах,
точность которых ±
0,0001 г, результат взвешивания должен
быть представлен с той же точностью.
Например, если масса бюкса с навеской
составляет 24,6712 г, ее нельзя представить
как 24,67 г или 24,67120 г, поскольку в первом
случае это означало бы, что взвешивание
проведено с точностью лишь до сотых
долей грамма, а во втором – до стотысячных
долей грамма, т.е. с точностью, которую
не могут обеспечить используемые в
данном случае весы.

Все числовые величины,
измеренные непосредственно или полученные
из них путем соответствующих вычислений,
должны содержать столько значащих цифр,
чтобы лишь последняя была сомнительной,
а предпоследняя – достоверной. В нашем
примере, когда используются весы с
точностью взвешивания ± 0,0001 г, вполне
достоверной является тысячная доля
грамма, а сомнительной – десятитысячная
(24,6711 или 24,6713 г).

При измерении объема по
бюретке в титриметрическом анализе
точность составляет ± 0,03 см3,
поэтому результат должен быть представлен,
например, так: 19,53 см3
или 20,36 см3,
но не 19,5 см3
или 20,363 см3;
достоверной величиной при этом измерении
является десятая доля см3,
а сомнительная – сотая. Если же на
титрование пошло, например, ровно
девятнадцать см3,
то результат должен быть записан так:
19,00 см3. В
этом случае оба нуля – значащие цифры,
так как лишь второй из них – сомнительная
цифра, а первая – достоверная.

Для получения результатов
определения на основании измеренных
величин часто приходится проводить
дополнительные вычисления, связанные
со сложением, вычитанием, делением и
умножением величин, имеющих разное
число значащих цифр. Во всех случаях
результат должен быть представлен с
точностью той величины, которая измерена
с наименьшей точностью.

Пример. При
определении меди в сплаве иодометрическим
методом на титрование аликвоты 10,00 см3
раствора, полученного растворением
навески 0,2000 г в мерной колбе вместимостью
100,0 см3,
израсходовано 8,53 см3
0,01000 М раствора тиосульфата натрия.
Вычислить массовую долю (в %) меди в
сплаве (эквивалентная масса меди равна
63,54 г/моль).

Решение:
.

Наименьшее количество
значащих цифр содержится в числе 8,53;
поэтому округляем результат до сотых
долей процента: 27,10 %.

При проведении химического
анализа точность вычислений определяется
ГОСТом или ТУ (техническими условиями).
Если точность анализа не оговаривается
заранее, то следует иметь в виду, что
концентрация (молярная, нормальная, а
также титр) вычисляется до четвертой
значащей цифры, не считая нулей после
запятой, (например, Т(NaOH) = 0,004014 г/см3),
масса – до четвертого знака после
запятой, массовая доля в процентах –
до сотых долей.

3.4. Погрешность количественных
определений

Как и в любом измерении, в результатах
аналитического определения всегда
содержится некоторая погрешность.
Оценка погрешности результата является
частью анализа, а сама погрешность –
его очень важной характеристикой. В
связи с этим рассмотрение основных
методов анализа включает и их
метрологические характеристики.

По способу вычисления погрешности можно
подразделить на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность Dабс
равна разности среднего измерения
величины х и истинного значения этой
величины х
ист:

Dабс= х –
х
ист.

В отдельных случаях, если это необходимо,
рассчитывают погрешность единичных
определений:

D = xi
xист.

В зависимости от того, завышают или
занижают результат анализа, погрешности
могут быть положительными и отрицательными.

Отношение абсолютной
погрешности измерения к истинному
значению измеряемой величины называется
относительной погрешностью измерения
D
отн.

Решение задач по аналитической химии

Прежде чем изучать готовые решения задач, нужно знать теорию, поэтому для вас я подготовила сначала очень краткую теорию по предмету «химия», после которого, чуть ниже размещены подробные решения задач.

Эта страница подготовлена для школьников и студентов любых специальностей.

Если что-то непонятно — вы всегда можете написать мне в WhatsApp и я вам помогу!

Аналитическая химия

Аналитическая химия — наука, развивающая теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического состава веществ. Проведение химического анализа в настоящее время заключается в получении информации о составе и природе вещества. wikipedia.org/wiki/Аналитическая_химия

В зависимости от задач, аналитическая химия подразделяется на качественный анализ, нацеленный на определение того, что (или какие вещества), в какой форме находится в образце, и количественный анализ, нацеленный на определение сколько данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и др.) находится в образце.

В задачи качественного анализа входит:

  • установление присутствия (обнаружение, открытие) в пробе тех или иных компонентов (молекул, атомов, ионов);
  • идентификация веществ и компонентов в пробе неизвестного состава (установление их аналогии соответствующим эталонам).

Задачи количественного анализа — определение содержания или концентрации компонентов в пробе.

Титриметрический метод анализа ионная сила, активность, коэффициент активности

Произведение активностей гидроксильных ионов и ионов водорода в водных растворах при данной температуре — величина постоянная:

Решение задач по аналитической химии

При проведении расчетов следует различать действительную (или истинную), обозначаемую обычно буквой с, и эффективную (или активную) концентрацию, обозначаемую буквой а. Обе концентрации имеют размерность моль/л и связь между ними осуществляется посредством коэффициента активности

Решение задач по аналитической химии

Коэффициент активности характеризует степень отклонения системы от идеальной из-за электростатических взаимодействий ионов, участвующих в реакции, с посторонними (или собственными, если их концентрация очень высока) ионами. В идеальной системе (в разбавленных растворах сильных электролитов, когда Решение задач по аналитической химии) Решение задач по аналитической химии и коэффициент активности равен единице.

Это означает, что электростатическое взаимодействие отсутствует.

В растворах с большей концентрацией Решение задач по аналитической химии. Величина коэффициента активности, а значит и активности, зависит от заряда и ионной силы, создаваемой всеми ионами в растворе. Ионная сила Решение задач по аналитической химии равна полусумме произведения концентрации всех ионов в растворе на квадрат их заряда:

Решение задач по аналитической химии

где Решение задач по аналитической химии — концентрация (в молях на литр); Решение задач по аналитической химии— заряд иона.

В растворах слабых электролитов Решение задач по аналитической химии. Зная Решение задач по аналитической химии, можно рассчитать коэффициент активности по формулам Дебая-Хюкксля:

Решение задач по аналитической химии

Но чаще всего для определения коэффициента активности Решение задач по аналитической химии пользуются справочными таблицами (см. приложение). Зная коэффициент активности, можно оценить активность иона или электролита в растворе.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Для облегчения расчетов можно пользоваться следующими допущениями.

  1. Коэффициенты активности ионов одинакового заряда независимо от радиуса иона примерно равны. Поэтому в справочниках часто приводятся усредненные величины коэффициентов активности для одно-, двух-, трех- и четырехзарядных ионов.
  2. Коэффициенты активности нейтральных частиц в разбавленных растворах электролитов принимают равными единице.
  3. Очень разбавленные или насыщенные растворы малорастворимого электролита можно считать идеальными.

Задача №1

Рассчитайте активность иона натрия и сульфат-иона в растворе, в одном литре которого содержится 0,005 моль Решение задач по аналитической химии и 0,02 моль Решение задач по аналитической химии

Решение:

Записываем процесс ионизации сильного электролита:

Решение задач по аналитической химии

и определяем концентрацию каждого иона:

Решение задач по аналитической химии

Ионизацией молекул Решение задач по аналитической химии пренебрегаем, так как Решение задач по аналитической химии является слабым электролитом и не участвует в создании ионной силы. Рассчитываем ионную силу раствора:

Решение задач по аналитической химии

По табл. 1 приложения определяем приближенные значения Решение задач по аналитической химии и вычисляем активности ионов:

Решение задач по аналитической химии

Задача №2

Рассчитайте коэффициент активности для 0,1 М раствора гидроксида натрия и сравните его с экспериментально найденной величиной 0,764.

Решение:

Рассчитаем ионную силу раствора:

Решение задач по аналитической химии

По формуле Дсбая-Хюккеля находим Решение задач по аналитической химии:

Решение задач по аналитической химии

Как видно, в данном случае рассчитанное и экспериментально найденное значения коэффициента активности близки; различие составляет 0,8 %.

Часто при расчетах сложных равновесий коэффициенты активности принимают равными единице. В этих случаях рассчитанные величины коэффициентов активности могут быть далекими от истинных; влияние химических факторов гораздо больше, чем электростатических сил, поэтому пренебрежение последними при расчетах сложных равновесий не вносит ощутимой погрешности в результаты.

Расчет эквивалентных масс

В основе объемного анализа лежит закон эквивалентов, согласно которому вещества реагируют друг с другом в строго определенных (эквивалентных) соотношениях.

Химический эквивалент — реальная или условная частица вещества в кислотно-основной реакции химически равноценна одному иону Решение задач по аналитической химии, а в окислительно-восстановительной реакции — одному электрону.

Реальная частица — ион, атом или молекула, условная частица — определенная часть (половина, треть и т.д.) иона, атома или молекулы.

В общем случае эквивалент любого вещества X обозначают следующим образом: Решение задач по аналитической химии число эквивалентности.

Число эквивалентности Решение задач по аналитической химии — число ионов Н+ в кислотноосновной реакции или число электронов в окислительно-восстановительной реакции, которое химически равноценно одной частице вещества X.
Фактор эквивалентности Решение задач по аналитической химии — число, которое показывает, какая доля реальной частицы X эквивалентна одному иону Н+ в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.
Химическое количество эквивалента вещества XРешение задач по аналитической химии — величина, численно равная отношению массы вещества X к молярной массе его эквивалента. Единица измерения — моль.

Расчет эквивалентов при использовании различных методов объемного анализа производится на основании конкретных химических реакций.

Так, в случае метода нейтрализации число эквивалентов рассчитывается по числу Решение задач по аналитической химии или Решение задач по аналитической химии-ионов, вступающих во взаимодействие.

Задача №3

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Задача №4

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Задача №5

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Если применяют метод осаждения, молекулярную массу делят на число зарядов иона, участвующего в образовании осадка, и получают массу, эквивалентную (Мэ).

Задача №6

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Задача №7

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

В случае методов окисления-восстановления величина эквивалента окислителя равна молекулярной (ионной) массе окислителя, деленной на число приобретенных электронов. Эквивалент восстановителя равен молекулярной (ионной) массе восстановителя, деленной на число отданных электронов.

Задача №8

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

В косвенных определениях эквивалент определяемого вещества равен эквиваленту титруемого заместителя.

Задача №9

Для определения кальция методом перманганатометрии кальций осаждают в виде Решение задач по аналитической химии. Осадок отделяют от раствора, растворяют в соляной кислоте и титруют выделившуюся щавелевую кислоту перманганатом калия в кислой среде:

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Так как в осадке количество эквивалентов кальция равно количеству эквивалентов щавелевой кислоты, то

Решение задач по аналитической химии

Способы выражения концентрации

Способ выражения концентрации в объемном анализе зависит от назначения раствора и характера компонентов, образующих раствор.

Концентрация растворов неорганических веществ в воде, которые используются в качестве рабочих для титрования, выражается в грамм-эквивалентах на 1 л раствора (молярная концентрация эквивалента, н.), в молях на 1 л раствора (молярные растворы, М), в молях на 1 кг растворителя (молярьные растворы, Решение задач по аналитической химии), через титр рабочего раствора (Решение задач по аналитической химии) и титр рабочего раствора по определяемому веществу (Решение задач по аналитической химии).

Концентрация растворов, использующихся для вспомогательных операций (создания определенной среды, сдвига равновесия реакции в нужную сторону, подавления гидролиза и пр.), выражается в граммах на 100 г или 100 мл раствора (процентные растворы — массовая или объемная доля растворенного вещества). Концентрацию растворов двух неограниченно смешивающихся компонентов выражают в мольных долях.

Концентрация, выраженная в процентах, показывает, какое весовое (объемное) количество вещества содержится в 100 г раствора.

Массовая доля растворенного вещества Решение задач по аналитической химии выражается в долях единицы, процентах (%), миллионных долях (млнРешение задач по аналитической химии). Массовая доля численно равна отношению массы растворенного вещества Решение задач по аналитической химии к общей массе раствора:

Решение задач по аналитической химии

Объемная доля растворенного вещества Решение задач по аналитической химии выражается в долях единицы, процентах (%) и численно равна отношению объема жидкого или газообразного вещества Решение задач по аналитической химии к общему объему раствора V:

Решение задач по аналитической химии

Задача №10

Вычислить концентрацию раствора хлорида натрия, приготовленного растворением 12,8 г соли в 250 мл воды.

Решение:

Решение задач по аналитической химии

Для перехода от массы к его объему используют зависимость Решение задач по аналитической химии.

Тогда

Решение задач по аналитической химии

Концентрация, выраженная в молях, показывает, какое количество молей вещества растворено в 1 л раствора, и называется молярной концентрацией вещества Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Задача №11

В 300 мл раствора содержится 40 г сульфата натрия. Определите молярную концентрацию раствора.

Решение:

1 способ

Решение задач по аналитической химии

Найдем количество соли:

Решение задач по аналитической химии

Рассчитаем молярную концентрацию раствора: в 300 г раствора — 0,28 моль вещества, в 1000 г раствора — х моль вещества.

Решив пропорцию, получим х = 0,93 моль.

См = 0,93 моль/л.

Решение:

II способ
Молярную концентрацию раствора также можно рассчитать по формуле, подставив соответствующие значения:

Решение задач по аналитической химии

Концентрация раствора, выраженная через моляльность Решение задач по аналитической химии, рассчитывается по аналогичной формуле, только вместо объема раствора берется масса растворителя (1 кг):

Решение задач по аналитической химии

Разница между молярностью и моляльностью разбавленных растворов незначительна. Однако в тех случаях, когда измерения проводят при различных температурах, рекомендуется концентрацию выражать в моляльностях, так как моляльность раствора нс изменяется при изменении температуры.
Молярная концентрация эквивалента вещества (эквивалентная концентрация Решение задач по аналитической химии показывает, какое количество грамм-эквивалентов вещества растворено в 1 л раствора:

Решение задач по аналитической химии

где Решение задач по аналитической химии — масса эквивалентная:

Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Грамм-эквивалент Решение задач по аналитической химии в данном случае равен значению молярной массы вещества, выраженной в граммах (1 моль).

Решение задач по аналитической химии

Грамм-эквивалент Решение задач по аналитической химии здесь равен половине значения молярной массы вещества (1/2 моль).

Решение задач по аналитической химии

Грамм-эквивалент Решение задач по аналитической химии в этом случае равен 1/3 значения молярной массы вещества (1/3 моль).

Задача №12

Рассчитать эквивалентную концентрацию раствора гидроксида калия, приготовленного растворением 11,2 г препарата в 200 мл воды. Плотность полученного раствора равна 1,04 г/мл.

Решение:

I способ
Эквивалентная масса КОН в реакциях нейтрализации равна его молекулярной массе. Поэтому концентрацию раствора можно рассчитать по формуле

Решение задач по аналитической химии

где масса раствора равна 200 + 11,2 = 211,2 г.

Решение:

II способ
Рассчитаем массу полученного раствора:

Решение задач по аналитической химии

Объем полученного раствора составляет

Решение задач по аналитической химии

Определяем количество гидроксида калия, растворенного в воде. Эквивалентная масса Решение задач по аналитической химии в реакциях нейтрализации равна молекулярной массе. Поэтому Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Эквивалентная концентрация раствора гидроксида калия равна

Решение задач по аналитической химии

Задача №13

Рассчитать эквивалентную концентрацию раствора перманганата калия, приготовленного растворением 18 г препарата, предназначенного для титрования в кислой среде, в 250 мл воды.

Решение:

В кислой среде ион марганца восстанавливается из семи — до двухзарядного, т.е. в реакции окисления-восстановления участвуют 5 электронов. Поэтому Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Концентрация, выраженная через титр, показывает, какое количество растворенного вещества в граммах содержится в 1 мл рабочего раствора. Титр рассчитывается по формуле

Решение задач по аналитической химии

Задача №14

Рассчитайте титр 0,08 н раствора соляной кислоты.

Решение:

Эквивалентная масса соляной кислоты равна молекулярной массе Решение задач по аналитической химии, поэтому

Решение задач по аналитической химии

Титр по определяемому веществу показывает, какое количество определяемого вещества (в граммах) эквивалентно одному миллилитру рабочего раствора данной концентрации:

Решение задач по аналитической химии

Задача №15

Рассчитать титр 0,1 н раствора едкого натрия по уксусной кислоте.

Решение:

Решение задач по аналитической химии

Молярная доля растворенного вещества Решение задач по аналитической химии — выражается в долях единицы или процентах (%) и численно равна отношению химического количества растворенного вещества Решение задач по аналитической химии к суммарному числу моль всех компонентов раствора Решение задач по аналитической химии:

Решение задач по аналитической химии

Число молей каждого компонента равно Решение задач по аналитической химии

где Решение задач по аналитической химии — масса компонентов; Решение задач по аналитической химии — молекулярная масса.

Решение задач по аналитической химии

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задача №16

К 200 мл воды добавлено 350 мл этилового спирта. Рассчитать количество мольных долей каждого компонента смеси.

Решение:

Мольная доля воды

Решение задач по аналитической химии

Мольная доля спирта

Решение задач по аналитической химии

Перевод значений концентрации раствора из одних единиц в другие

Если концентрация выражена в весовых процентах Решение задач по аналитической химии (%), то для перехода к концентрации, выраженной через молярную концентрацию эквивалентов, можно использовать формулу

Решение задач по аналитической химии

Задача №17

Рассчитать молярную концентрацию эквивалентов 12 %-ного раствора серной кислоты Решение задач по аналитической химии

Решение:

Масса, эквивалентная серной кислоте, равна 49, так как Решение задач по аналитической химии

Масса раствора равна Решение задач по аналитической химии

Рассчитаем, сколько Решение задач по аналитической химии содержится в 1085 г раствора:

12 г Решение задач по аналитической химии содержится в 100 г раствора;

х г Решение задач по аналитической химии содержится в 1085 г раствора.

Решение задач по аналитической химии

Молярную формуле концентрацию эквивалентов можно рассчитать по формуле

Решение задач по аналитической химии

Для перехода от процентной концентрации к молярной используют аналогичную формулу, в которую вместо эквивалентной массы подставляют молекулярную массу растворенного вещества.

Задача №18

Рассчитать молярность 13,7 %-ного раствора углекислого натрия, плотность которого 1,145.

Решение:

Масса раствора равна

Решение задач по аналитической химии

Рассчитаем, сколько г Решение задач по аналитической химии содержится в 1145 г раствора:

13,7 г Решение задач по аналитической химии содержится в 100 г раствора;

х г Решение задач по аналитической химии содержится в 1145 г раствора.

Решение задач по аналитической химии

Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле, подставив соответствующие значения:

Решение задач по аналитической химии

Для вычисления моляльности раствора, содержащего Решение задач по аналитической химии вещества, используем формулу

Решение задач по аналитической химии

Задача №19

Рассчитать моляльность 8 %-ного раствора азотной кислоты.

Решение:

8 г азотной кислоты находится в (100-8) г растворителя; х г азотной кислоты находится в 1000 г растворителя.

Решение задач по аналитической химии

Найдем количество моль азотной кислоты, растворенной в 1000 г растворителя:

Решение задач по аналитической химии

Моляльную концентрацию можно рассчитать по формуле, подставив соответствующие значения:

Решение задач по аналитической химии

Растворы готовят из навесок, если исходное вещество твердое, или методом разбавления, если вещество находится в виде раствора. Основная расчетная формула, применяющаяся при приготовлении растворов методом разбавления:

Решение задач по аналитической химии

где Решение задач по аналитической химии — молярная концентрация эквивалентов и объем исходного раствора; Решение задач по аналитической химии — молярная концентрация эквивалентов и объем приготовленного раствора.

Задача №20

Рассчитать, какое количество 2,0 н серной кислоты необходимо взять для приготовления 300 мл 0,07 н раствора.

Решение:

Решение задач по аналитической химии

Массу навески (в г) для приготовления определенного объема V раствора с заданной молярной концентрацией эквивалентов рассчитывают по формуле.

Решение задач по аналитической химии

где Решение задач по аналитической химии — нормальная концентрация рабочего раствора; Решение задач по аналитической химии — масса эквивалентная определяемого вещества; V — объем раствора определяемого вещества.

Расчет значений ph в растворах электролитов

Для сильной кислоты

Решение задач по аналитической химии

для сильного основания

Решение задач по аналитической химии

для слабой кислоты

Решение задач по аналитической химии

для слабого основания

Решение задач по аналитической химии

для буферной смеси (кислой)

Решение задач по аналитической химии

для буферной смеси (щелочной)

Решение задач по аналитической химии

для соли сильного основания и слабой кислоты

Решение задач по аналитической химии

для соли слабого основания и сильной кислоты

Решение задач по аналитической химии

для соли слабого основания и слабой кислоты

Решение задач по аналитической химии

для смеси двух слабых кислот, если Решение задач по аналитической химии,

Решение задач по аналитической химии

для смеси двух слабых кислот, если Решение задач по аналитической химии

Решение задач по аналитической химии

Сильные кислоты и основания

Задача №21

Рассчитать Решение задач по аналитической химии 0,01 н, раствора соляной кислоты.

Решение:

Решение задач по аналитической химии

Ионная сила Решение задач по аналитической химии 0,01 н раствора соляной кислоты равна

Решение задач по аналитической химии

Поэтому коэффициент активности можно рассчитать по расширенному уравнению Дсбая-Хюккеля или найти в соответствующей справочной литературе.

Для

Решение задач по аналитической химии

Если рассчитать значение pH без учета коэффициента активности, получаем Решение задач по аналитической химии; Разница составляет Решение задач по аналитической химии.

Задача №22

Рассчитать pH в 0,02 М растворе NaOH.

Решение:

Решение задач по аналитической химии

Слабые кислоты и основания

В водном растворе слабая кислота диссоциирует согласно уравнению

Решение задач по аналитической химии

Применим закон действующих масс:

Решение задач по аналитической химии , так как Решение задач по аналитической химии

или

Решение задач по аналитической химии

Аналогично выводится уравнение для расчета Аналитическая химия задачи с решением в слабых основаниях:

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №23

Рассчитать pH в 0,1 М растворе уксусной кислоты.

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

Уксусная кислота — слабый электролит, Аналитическая химия задачи с решением,

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №24

Рассчитать pH в 0,02 М растворе Аналитическая химия задачи с решением.

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением — слабый электролит, Аналитическая химия задачи с решением.

В формулу подставляем значения и получаем

Аналитическая химия задачи с решением

Гидролиз катионов и анионов

Помимо кислот и оснований, растворы которых отличаются соответственно кислой и щелочной реакцией, растворы многих солей также имеют кислую или щелочную реакцию.

Водные (и неводные) растворы солей подвергаются гидролизу.

Кислая среда характерна для растворов солей, образованных катионами слабых оснований и анионами сильных кислот (Аналитическая химия задачи с решением):

Аналитическая химия задачи с решением

Применим закон действующих масс:

Аналитическая химия задачи с решением

Умножим и разделим левую часть уравнения на [Аналитическая химия задачи с решением], получим

Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Из уравнения следует, что

Аналитическая химия задачи с решением

тогда

Аналитическая химия задачи с решением

Щелочная среда характерна для растворов солей, образованных катионами сильных оснований и анионами слабых кислот (Аналитическая химия задачи с решением):

Аналитическая химия задачи с решением

Аналогично выводится уравнение для расчета [Аналитическая химия задачи с решением]. В результате получим

Аналитическая химия задачи с решением

Буферные растворы

Растворы, содержащие одновременно какую-либо слабую кислоту и ее соль и оказывающие буферное действие (способность поддерживать постоянное значение pH), называются кислыми буферными растворами (pH < 7).

Например:

  • ацетатный буфер Аналитическая химия задачи с решением
  • формиатный буфер Аналитическая химия задачи с решением

Растворы, содержащие одновременно какое-либо слабое основание и его соль и оказывающие буферное действие, называются основными буферными растворами (pH > 7).

Например:

аммиачно-аммонийный буфер Аналитическая химия задачи с решением

В буферном растворе содержится слабая кислота Аналитическая химия задачи с решением и ее соль МсАп. Запишем выражение для константы ионизации:

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — слабая кислота. Она присутствует в растворе почти исключительно в виде неионизированных молекул, так как одноименные ионы (Аналитическая химия задачи с решением) практически полностью подавляют ее ионизацию, т. е. [Аналитическая химия задачи с решением] = Аналитическая химия задачи с решением.

С другой стороны, поскольку соль Аналитическая химия задачи с решением диссоциирована полностью, а кислота ионизирована очень слабо, почти все имеющиеся в растворе Аналитическая химия задачи с решением — анионы получены в результате ионизации соли, причем каждая молекула соли дает один анион Аналитическая химия задачи с решением.

Отсюда следует, что Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Аналогично выводится уравнение для расчета pH в щелочном буферном растворе:

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №25

Рассчитать pH раствора, полученного при титровании 100 мл 0,08 н раствора уксусной кислоты 15 мл 0,1 н раствора едкого натра.

Решение:

При титровании до точки эквивалентности образуется буферная смесь, состоящая из неоттитрованной Аналитическая химия задачи с решением и образовавшегося Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Построение кривых титрования

При использовании метода нейтрализации кривые титрования строятся в координатах pH — количество прибавленного рабочего раствора (мл).

Задача №26

Построить кривую титрования 100 смАналитическая химия задачи с решением 0,1 н раствора Аналитическая химия задачи с решением 0,1 н раствором Аналитическая химия задачи с решением.

Решение:

Определяем pH в точках кривой титрования.

1. До начала титрования. В растворе находится слабое основание Аналитическая химия задачи с решением. Для вычисления pH используем формулу для слабых оснований:

Аналитическая химия задачи с решением

2. При титровании до точки эквивалентности. В титриметрической смеси присутствуют неоттитрованный Аналитическая химия задачи с решением и образовавшаяся при титровании соль Аналитическая химия задачи с решением. Кислотно-основная пара Аналитическая химия задачи с решением обладает буферными свойствами, pH в таких растворах вычисляют по формуле

Аналитическая химия задачи с решением

Оттитрованная часть основания превратилась в соль, поэтому отношение Аналитическая химия задачи с решением равно отношению числа миллилитров оттитрованного основания (или к равному ему числу миллилитров прибавленной кислоты).

В момент, когда оттитровано 50 % основания:

Аналитическая химия задачи с решением

Прибавлено 90 % кислоты: Аналитическая химия задачи с решением

Прибавлено 99 % кислоты: Аналитическая химия задачи с решением

Прибавлено 99,9 % кислоты: Аналитическая химия задачи с решением

3. В точке эквивалентности Аналитическая химия задачи с решением полностью оттитрован и переведен в соль Аналитическая химия задачи с решением, которая подвергается гидролизу по катиону. pH в растворе этой соли можно вычислить с использованием формулы Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

4. После точки эквивалентности в растворе появляется избыток 0,1 мл сильной кислоты Аналитическая химия задачи с решением:

Аналитическая химия задачи с решением

Избыток соляной кислоты 1 мл:

Аналитическая химия задачи с решением

Избыток соляной кислоты 10 мл:

Аналитическая химия задачи с решением

Избыток соляной кислоты 100 мл:

Аналитическая химия задачи с решением

Область скачка титрования лежит в пределах значений pH от момента, когда осталось 0,1 мл неоттитрованного свободного основания, до момента, когда прибавлено 0,1 мл сильной кислоты (в интервале pH 6,24-4,3).

Точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтрализации, из-за гидролиза соли она сдвинута в слабо-кислую область (pH = 5,12).

Для определения точки эквивалентности в процессе титрования нужно применить индикатор метиловый красный (pH = 4,2 — 6,2) или метиловый оранжевый (pH = 3,1 — 4,0). При использовании метилового оранжевого погрешность будет больше.

Ошибки титрования

Задача №27

Рассчитаем, чему равна индикаторная ошибка титрования 0,1 н раствора Аналитическая химия задачи с решением 0,1 и раствором Аналитическая химия задачи с решением с различными индикаторами:

а) метиловым красным;

б) фенолфталеином;

в) метиловым оранжевым.

Решение:

Величина pH в точке эквивалентности равна 5,12.

а) При титровании Аналитическая химия задачи с решением с метиловым красным титрование заканчивается при pH = 6,2 вместо 5,12, поэтому возникает Аналитическая химия задачи с решением — ошибка:

Аналитическая химия задачи с решением

б) С фенолфталеином — при pH = 9. В растворе находится некоторое количество неоттитрованного Аналитическая химия задачи с решением, т. е. необходимо рассчитать основную ошибку:

Аналитическая химия задачи с решением

Из расчетов видно, что недотитрованного Аналитическая химия задачи с решением останется в растворе 35,9 %.

в) При титрованииАналитическая химия задачи с решением с метиловым оранжевым титрование заканчивается при pH = 4 вместо 5,12, поэтому возникает Аналитическая химия задачи с решением — ошибка:

Аналитическая химия задачи с решением

Как видно из расчетов, наименьшую погрешность мы получим при титровании в присутствии метилового красного, наибольшую — с фенолфталеином. Индикатор метиловый оранжевый тоже пригоден, погрешность лежит в пределах допустимой нормы.

Расчет результатов анализа проводят на основании закона эквивалентности.

В точке эквивалентности объемы исследуемого и рабочего растворов пропорциональны их нормальностям:

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — объем и молярная концентрация эквивалентов рабочего раствора; Аналитическая химия задачи с решением — объем и молярная концентрация эквивалентов исследуемого раствора.

Поэтому по количеству эквивалентов рабочего раствора, затраченного на титрование, можно рассчитать количество эквивалентов исследуемого вещества.

Результаты прямого титрования в граммах рассчитываются по формуле

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — молярная концентрация эквивалентов рабочего раствора; Аналитическая химия задачи с решением -масса эквивалентная определяемого вещества; Аналитическая химия задачи с решением аликвотная часть исследуемого раствора, взятая для титрования; Аналитическая химия задачи с решением — исходный объем раствора определяемого вещества; Аналитическая химия задачи с решением — навеска определяемого вещества.

Задача №28

На титрование раствора КОН до точки эквивалентности ушло 12 мл 0,08 н раствора соляной кислоты. Сколько граммов едкого кали содержится в растворе?

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №29

Рассчитать процентное содержание Аналитическая химия задачи с решением в препарате, если на титрование 10 мл раствора соды, приготовленного растворением 2,0202 г навески ее в 250 мл воды, ушло 12 мл 0,1 и раствора соляной кислоты.

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

Окислительно — восстановительные реакции

Уравнение Нернста

В редоксометрии используются реакции окисления — восстановления, связанные с переходом электронов от одного иона (молекулы) к другому.

Окислитель — вещество, атомы которого принимают электроны, превращается в ионы с более низкой степенью окисления (процесс восстановления).

Восстановитель — вещество, атомы которого отдают электроны, превращается в ионы с более высокой степенью окисления (процесс окисления). Следует говорить не об отдельном окислителе или восстановителе, а об окислительно-восстановительных системах:

Аналитическая химия задачи с решением

Для того чтобы в приведенных схемах реакция протекала слева направо, необходимо, чтобы Аналитическая химия задачи с решением был более сильным восстановителем, чем образованная из Аналитическая химия задачи с решением его сопряженная форма Аналитическая химия задачи с решением. Согласно всему сказанному Аналитическая химия задачи с решением, являются соответственно окислительно-восстановительными системами.

Представить направление окислительно-восстановительной реакции можно, только зная количественную характеристику относительной силы окислительно-восстановительной системы. Такой характеристикой является величина окислительно-восстановительного потенциала.

Значение окислительно-восстановительного потенциала зависит от величины стандартного окислительно-восстановительного потенциала Е° концентрации и реакции среды. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением— стандартный окислительно-восстановительный потенциал; R -газовая постоянная (8,313 дж/(моль- град); Т — абсолютная температура, К; F — число Фарадея (96 500 кулон/г-экв); n — число электронов (теряемых или получаемых).

Если подставить числовые значения констант и от натурального перейти к десятичному, то для комнатной температуры (20 °C) получим:

Аналитическая химия задачи с решением

Очень часто превращение окисленной формы анионов кислородосодержащих кислот в восстановленную сопровождается глубоким изменением их состава и происходит при участии Аналитическая химия задачи с решением-ионов:

Аналитическая химия задачи с решением

Константа равновесия

Возможность изменения направления реакций окисления — восстановления на прямо противоположное является, очевидно, следствием обратимости этих реакций. Обратимые реакции, как известно, приводят к установлению химического равновесия. Константу равновесия нетрудно рассчитать, зная стандартные потенциалы обеих окислительно-восстановительных пар.

Сделаем такой расчет для реакции:

Аналитическая химия задачи с решением

константа равновесия которой равна

Аналитическая химия задачи с решением

Напишем прежде всего выражения для окислительно-восстановительных потенциалов пар Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

В результате течения реакции эти потенциалы сравняются и устанавливается равновесие:

Аналитическая химия задачи с решением

Решив это уравнение, получим

Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Найденный результат показывает, что в состоянии равновесия произведение концентраций Аналитическая химия задачи с решением раз превышает произведение концентраций Аналитическая химия задачи с решением

Другими словами, большое числовое значение константы равновесия свидетельствует о том, что соответствующая реакция протекает практически до конца.

Используя приведенное вычисление константы равновесия К, получим для любого обратимого окислительно-восстановительного процесса (при 20 °C) следующее уравнение:

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — стандартные потенциалы пар, соответствующих взятым окислителю Аналитическая химия задачи с решением и восстановителю Аналитическая химия задачи с решением; n — число электронов.

Из формулы видно, что константа равновесия должна быть тем больше, чем больше разность стандартных потенциалов обеих пар.

Если разность велика, реакция идет практически до конца. Наоборот, при малой разности потенциалов химическое превращение взятых веществ до конца не дойдет. Для использования подобной реакции необходимо подобрать концентрации участвующих в ней веществ или ионов так, чтобы реакция протекала более полно до конца.

Построение кривых титрования

При редоксиметрическом титровании концентрации участвующих в реакции веществ или ионов все время изменяются.

Должен, следовательно, изменяться и окислительно-восстановительный потенциал раствора (Е) подобно тому, как при титровании по методу кислотноосновного титрования все время изменяется pH раствора.

Если величины окислительно-восстановительных потенциалов, соответствующие различным моментам титрования, наносить на график, то получаются кривые титрования, аналогичные кривым, получаемым по методу кислотно-основного титрования.

Комплексонометрия

Циклические комплексные соединения с полидентантными лигандами называются хелатами. Хелаты, в которых замыкание цикла сопровождается вытеснением из кислотных групп лиганда одного или нескольких протонов ионом металла, называют внутрикомплексными соединениями.

Органические реагенты, которые образуют с ионами металлов устойчивые и растворимые в воде внутрикомплексные (клешневидные, хелатные) соединения, называются комплексонами. Образующиеся при этом соединения называются комплексонатами.

В молекуле комплексонов должны присутствовать группы:

основные: Аналитическая химия задачи с решением:

кислотные: Аналитическая химия задачи с решением Аналитическая химия задачи с решением

Хорошо известными комплексонами являются производные аминокарбоновых кислот. Простейший из них — комплексон I.

Комплексон I — это трехосновная нитрилотриуксусная кислота (НТА):

Аналитическая химия задачи с решением

Наибольшее значение имеет этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) — комплексон II:

Аналитическая химия задачи с решением

На практике применяют ее двунатрисвую соль, комплексон III или трилон Б (Аналитическая химия задачи с решением):

Аналитическая химия задачи с решением

Образующиеся при этом соединения очень прочны, отличаются достаточно малыми величинами Аналитическая химия задачи с решением, (например, для Аналитическая химия задачи с решениемАналитическая химия задачи с решением):

Аналитическая химия задачи с решением

Очень важно для анализа то, что почти со всеми ионами металлов в различных условиях образуются комплексные соединения строго определенного состава, а именно такие, в которых отношение ионов металла к лиганду равно 1:1.

При комплексонометрических титрованиях нужно иметь в виду, что ЭДТА- четырехосновная кислота. Ступенчатые константы ее ионизации отвечают значениям рК = 2,0; 2,7; 6,2; 10,3. В образующихся комплексах ионы металла замещают водородные ионы двух или более карбоксильных групп реагента. Поэтому pH раствора имеет большое значение при титровании комплексоном III.

В качестве индикаторов в комплексонометрии применяют так называемые металлиндикаторы, которые позволяют визуально определять точку конца титрования. Металлиндикаторы — органические красители, образующие окрашенные комплексные соединения с ионами металла, менее прочные, чем комплекс металла с комплексоном (Аналитическая химия задачи с решением).

В качестве примера металлиндикатора можно рассмотреть эрио-хром черный Т (сокращенно ЭХЧ-Т), который очень широко применяется в комплексонометрии. Анион индикатора, который можно обозначить как Аналитическая химия задачи с решением, имеет формулу
Этот ион проявляет себя как кислотно-основной индикатор:

Аналитическая химия задачи с решением

При pH = 7-11, когда индикатор имеет синий цвет, многие ионы металлов образуют комплексы красного цвета, например такие ионы, как Аналитическая химия задачи с решением и др. Реакции Аналитическая химия задачи с решением и Аналитическая химия задачи с решением с индикатором можно представить уравнением

Аналитическая химия задачи с решением

Следовательно, если в раствор, например, соли кальция, при pH = 7-11 ввести эриохром черный Т, то раствор окрасится в красный цвет; если этот раствор титровать раствором комплексона Ш, который с Аналитическая химия задачи с решением дает бесцветный, более прочный комплекс Аналитическая химия задачи с решением с индикатором, то в конечной точке титрования раствор примет синий цвет.

Аналитическая химия задачи с решением

Гравиметрический метод анализа

Весовой анализ основан на законе сохранения веса веществ при химических превращениях. Анализ включает несколько стадий, основные из которых следующие:

  1. превращение определяемого компонента в труднорастворимое соединение;
  2. количественное отделение осадка от маточного раствора;
  3. отмывание его от соосаждаемых примесей;
  4. термическая обработка осадка;
  5. взвешивание полученной весовой формы.

Одним из важнейших теоретических вопросов весового анализа является равновесие между осадком и его насыщенным раствором.

Равновесие в насыщенных растворах описывают исходя из правила растворимости. Если осадок переходит в раствор по схеме

Аналитическая химия задачи с решением

Правило произведения растворимости выражается следующим образом:

Аналитическая химия задачи с решением

а так как

Аналитическая химия задачи с решением

то

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — средний коэффициент активности, который согласно предельному закону Дебая и Хюккеля учитывается в вычислениях, если ионная сила раствора больше Аналитическая химия задачи с решением. Если произведение растворимости мало и в насыщенном растворе нет постороннего электролита, Аналитическая химия задачи с решением, а активность приравнивается к концентрации.

В этом случае правило произведения растворимости записывается так:

Аналитическая химия задачи с решением

Зная растворимость осадка в воде, можно рассчитать его произведение растворимости.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Вычисление произведения растворимости

Задача №30

Вычислить произведение растворимости сульфита кальция, если его растворимость при температуре 20 «С равна Аналитическая химия задачи с решением г в литре раствора.

Решение:

Для вычисления произведения растворимости необходимо выразить растворимость вещества в молях на литр. Молекулярная масса Аналитическая химия задачи с решением равна 120,2. Следовательно,

Аналитическая химия задачи с решением

Вычисление растворимости осадка по величине произведения растворимости

Растворимость осадка может быть определена из произведения растворимости.

Расчет по формуле

Аналитическая химия задачи с решением

где S — растворимость осадка (в молях на литр); n, m — заряды ионов осадка.

Задача №31

Вычислить растворимость сульфата бария в воде, если Аналитическая химия задачи с решением

Решение:

Ионы Аналитическая химия задачи с решением переходят в раствор согласно уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Следовательно, растворимость

Аналитическая химия задачи с решением

(поскольку растворимость менее Аналитическая химия задачи с решением г-ион/л, нет необходимости учитывать коэффициент активности).

Возможно эта страница вам будет полезна:

Влияние различных факторов на растворимость осадка

Влияние одноименных ионов

Согласно правилу произведение концентраций ионов какого-либо малорастворимого электролита в насыщенном растворе представляет собой величину постоянную при данной температуре и равную произведению растворимости. Если понижаем один из множителей, то необходимо повысить второй путем ввода избытка реагента.

Задача №32

Рассчитать растворимость сульфата бария в растворе, в 1 л которого содержится 0,01 моля сульфата натрия.

Решение:

Одноименным к иону осадка является сульфат-ион. Поэтому растворимость Аналитическая химия задачи с решением вычисляется исходя из концентрации ионов бария:

Аналитическая химия задачи с решением

где X — избыточная концентрация одноименного иона. Значит,

Аналитическая химия задачи с решением

где

Аналитическая химия задачи с решением

Растворимость сульфата бария в присутствии сульфата натрия уменьшается по сравнению с растворимостью его в воде в 10‘5/10’8 = 1000 раз.

Влияние посторонних электролитов (солевой эффект)

Присутствие в растворе различных сильных электролитов и слишком большое количество осадителя обычно повышают растворимость осадка.

Растворимость осадка в растворе электролита вычисляется с учетом коэффициентов активности. В этом случае оценивают ионную силу раствора Аналитическая химия задачи с решением, которая определяется общей солевой концентрацией по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Затем по закону Дебая и Хюккеля или по таблицам справочной литературы находят коэффициенты активности ионов осадка при данной ионной силе раствора. Найденный коэффициент активности используют для вычисления растворимости по формуле

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №33

Вычислить растворимость оксалата кальция в 0,1 М растворе хлорида калия Аналитическая химия задачи с решением.

Решение:

Находим концентрацию ионов Аналитическая химия задачи с решением из величины ПР оксалата кальция:

Аналитическая химия задачи с решением

Ионная сила раствора

Аналитическая химия задачи с решением

Коэффициенты активности ионов Аналитическая химия задачи с решением в растворе с ионной силой 0,1 равны

Аналитическая химия задачи с решением

Следовательно, Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Таким образом, растворимость осадка в 0,1 М растворе хлористого калия в 2,6 раза больше, чем в воде.

Условия выпадения осадка

Образование осадков происходит лишь при условии, что произведение концентраций (точнее, активностей) соответствующих ионов превысит величину произведения растворимости осаждаемого соединения при данной температуре.
В насыщенном растворе Аналитическая химия задачи с решением

  • в ненасыщенном — Аналитическая химия задачи с решением
  • в пересыщенном — Аналитическая химия задачи с решением

Из пересыщенных растворов выпадает осадок. При выпадении осадка постепенно уменьшается концентрация Аналитическая химия задачи с решением, т.е. раствор перестает быть пересыщенным, с течением времени устанавливается динамическое равновесие насыщенный раствор Аналитическая химия задачи с решением осадок.

Абсолютно нерастворимых веществ не существует, ПР > 0. Следовательно, ни одно осаждение не бывает совершенно полным.

Задача №34

Смешали равные объемы 0,0001 М растворов Аналитическая химия задачи с решением. Выпадет ли осадок?

Решение:

При смешивании равных объемов растворов концентрации каждого из указанных веществ уменьшаются вдвое и станут равными 0,00005 М или Аналитическая химия задачи с решением М. Поскольку соли как сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело, а каждая молекула указанных солей, диссоциируя, образует по одному иону Аналитическая химия задачи с решением, концентрации этих ионов после смешения будут равны:

Аналитическая химия задачи с решением

Так как Аналитическая химия задачи с решением, т.е. величины Аналитическая химия задачи с решением при данной температуре, раствор получается ненасыщенным относительно Аналитическая химия задачи с решением и осадок этой соли нс образуется.

Растворимость солей, образованных анионами слабых кислот, зависит от pH раствора, так как изменение содержания ионов водорода оказывает влияние на диссоциацию слабых кислот и, следовательно, на концентрацию иона осадителя.

В этом случае для определения произведения растворимости используют выражение

Аналитическая химия задачи с решением

где СА — общая концентрация аниона Аналитическая химия задачи с решением — доля аниона осадителя, равная Аналитическая химия задачи с решением

Если выразить концентрацию НА через константу диссоциации слабой кислоты и подставить значение в приведенную формулу, получим

Аналитическая химия задачи с решением

Зная Аналитическая химия задачи с решением, можно рассчитать растворимость (при любом значении pH) по формуле

Аналитическая химия задачи с решением

которая применима для осадков, содержащих равнозарядные ионы: осадок

Аналитическая химия задачи с решением

В общем случае для осадка Аналитическая химия задачи с решением, когда

Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задача №35

Рассчитать растворимость йодада серебра при

Аналитическая химия задачи с решением

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

Ошибки в количественном анализе систематические и случайные ошибки

К систематическим относятся методические и индивидуальные ошибки. Систематические ошибки сравнительно велики по абсолютному значению, характеризуются знаком, имеют размерность той величины, погрешность которой определяют, и при оценке результатов анализа могут быть учтены тем или иным способом.

Случайные ошибки малы по абсолютной величине, нс определяются знаком, безразмерны, могут быть сведены к минимальному значению путем увеличения числа измерений и учтены с помощью методов математической статистики.

Способ выражения ошибок зависит от характера определения. Погрешность прямых определений может быть выражена в виде абсолютной или относительной ошибки. Для оценки погрешности косвенных методов измерения, где результат получается из сочетания нескольких значений, целесообразно рассчитывать относительную ошибку определения.

Абсолютная ошибка определяется разностью между полученным и истинным значением определяемой величины.

Задача №36

В навеске стандартного образца стали содержится 0,0424 г марганца. Какова абсолютная ошибка определения (Аналитическая химия задачи с решением), если найдено 0,0396 г марганца?

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

Если значение определяемой величины неизвестно, абсолютную ошибку рассчитывают исходя из среднего арифметического ряда определений Аналитическая химия задачи с решением как наиболее достоверного значения.

Задача №37

На титрование четырех одинаковых объемов кислоты израсходовано 12,50; 12,52; 12,48; 12,46 мл щелочи. Вычислите абсолютную ошибку определения.

Решение:

Наиболее достоверным значением определяемой величины является среднее арифметическое измерений:

Аналитическая химия задачи с решением

Абсолютные ошибки (Аналитическая химия задачи с решением) каждого определения равны:

Аналитическая химия задачи с решением

Полученные величины отклонений отдельных измерений от среднего арифметического называются остаточными погрешностями. Алгебраическая сумма остаточных погрешностей равна нулю.

Относительная ошибка измерения (Аналитическая химия задачи с решением) определяется отношением абсолютной ошибки к истинному значению определяемой величины или к среднему арифметическому измерений, выраженному в процентах.

Для примера 1 относительная ошибка:

Аналитическая химия задачи с решением

Для примера 2 относительные ошибки вычисляются для каждого определения:

Аналитическая химия задачи с решением

Индикаторные ошибки титрования

Метод нейтрализации

Индикаторные ошибки относятся к систематическим ошибкам и возникают тогда, когда изменение окраски индикатора не соответствует точке эквивалентности реагирующих веществ.

При титровании по методу нейтрализации индикаторные ошибки обусловлены несовпадением pH в точке эквивалентности с показателем титрования (рТ) применяющегося индикатора. Различают водородную, гидроксильную, кислотную, щелочную и солевую ошибки титрования.

Водородная ошибка (Аналитическая химия задачи с решением) определяется наличием в системе в момент изменения окраски индикатора неоттитрованной сильной кислоты и рассчитывается по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — молярная концентрация эквивалентов титруемой кислоты; Аналитическая химия задачи с решением — объем титруемой кислоты; Аналитическая химия задачи с решением — объем раствора в конце титрования.

Задача №38

Рассчитать индикаторную ошибку титрования 0,1 н раствора соляной кислоты раствором едкого натра той же концентрации в присутствии метилового оранжевого, рТ которого равен 4.

Решение:

При титровании сильной кислоты сильным основанием pH в точке эквивалентности должно быть равно 7, но так как показатель титрования метилового оранжевого 4, титрование заканчивается в кислой среде (pH = 4) в присутствии некоторого количества неоттитрованной сильной кислоты. Поэтому

Аналитическая химия задачи с решением

Минус поставлен потому, что исследуемый раствор соляной кислоты недотитрован.
Гидроксильная ошибка (Аналитическая химия задачи с решением) определяется наличием в системе в момент изменения окраски индикатора неоттитрованного сильного основания, которое полностью диссоциирует на ионы. Ошибка рассчитывается по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №39

Рассчитать индикаторную ошибку титрования 0,1 н раствора соляной кислоты раствором едкого натра той же концентрации в присутствии фенолфталеина, рТ которого равен 9.

Решение:

В присутствии фенолфталеина титрование заканчивается при pH = 9, т. е. в щелочной среде. Следовательно, в момент изменения окраски индикатора в растворе находится избыток гидроксильных ионов. Поэтому ошибка вычисляется по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Ошибка имеет положительное значение, так как раствор перетитрован.

Кислотная ошибка определяется наличием в системе в момент изменения окраски индикатора неоттитрованной слабой кислоты и рассчитывается по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задача №40

Вычислить ошибку титрования 0,1 н раствора уксусной кислоты раствором едкого натра той же концентрации в присутствии метилового оранжевого (рТ = 4).

Решение:

При титровании слабой кислоты сильным основанием в точке эквивалентности

Аналитическая химия задачи с решением

Так как титрование заканчивается при pH = рТ = 4, в системе остается некоторое количество неоттитрованной слабой кислоты и

Аналитическая химия задачи с решением

С другой стороны,

Аналитическая химия задачи с решением

Если всего было (5,4 + 1) частей кислоты, а осталось неоттитрованной 5,4 части, то

Аналитическая химия задачи с решением

Щелочная ошибка имеет тот же смысл, что и кислотная, и рассчитывается по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

Задача №41

Вычислить ошибку титрования 0,1 н раствора гидроксида аммония раствором соляной кислоты той же концентрации в присутствии фенолфталеина, рТ которого 9.

Решение:

В точке эквивалентности должно быть

Аналитическая химия задачи с решением

Так как титрование в присутствии фенолфталеина заканчивается при pH = 9, раствор недотитрован и

Аналитическая химия задачи с решением

При титровании многоосновных кислот и их солей в зависимости от рТ применяемого индикатора возможны так называемые солевые ошибки титрования, которые учитываются аналогичным образом по схеме:

  • рассчитывают pH в точке эквивалентности;
  • сопоставляют значение pH в точке эквивалентности с рТ применяемого индикатора;
  • выражают ошибку в виде отношения соответствующих концентраций ионов, находящихся в системе до конца титрования, и вычисляют ошибку.

Задача №42

Рассчитать ошибку титрования карбоната натрия до гидрокарбоната в присутствии фенолфталеина (рТ = 9).

Решение:

Аналитическая химия задачи с решением

рТ фенолфталеина больше значения pH в точке эквивалентности, следовательно, карбонат полностью не оттитрован до гидрокарбоната и

Аналитическая химия задачи с решением

Исходя из констант диссоциации угольной кислоты находим концентрации Аналитическая химия задачи с решением:

Аналитическая химия задачи с решением

Метод окисления — восстановления

При использовании метода окисления — восстановления индикаторные ошибки обусловлены несовпадением величины нормального окислительно-восстановительного потенциала индикатора с потенциалом системы в точке эквивалентности. Если в качестве рабочего раствора применяется раствор окислителя, до точки эквивалентности ошибка Аналитическая химия задачи с решением рассчитывается из уравнения

Аналитическая химия задачи с решением

где Е — потенциал системы в конечной точке титрования; Аналитическая химия задачи с решением— нормальный потенциал титруемого восстановителя.

После достижения точки эквивалентности для вычисления ошибки применяется уравнение

Аналитическая химия задачи с решением

Для выяснения вопроса о том, перетитрован или недотитрован раствор, вычисляется потенциал системы в точке эквивалентности по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

где а и b — количество электронов окислителя и восстановителя соответственно, принимающих участие в реакции; Аналитическая химия задачи с решением — значения нормальных окислительно-восстановительных потенциалов.

Полученное значение потенциала сравнивается с потенциалом системы в момент окончания титрования.

Задача №43

Рассчитать ошибку титрования двухвалентного железа перманганатом калия до потенциала 910 мВ.

Решение:

В точке эквивалентности

Аналитическая химия задачи с решением

Поскольку 1395 мВ >910 мВ, при Е = 910 мВ раствор двухвалентного железа недотитрован и ошибку нужно рассчитывать из уравнения

Аналитическая химия задачи с решением

Аналитическая химия задачи с решением

Методы осаждения и комплексонометрического титрования

При титровании по методу осаждения в качестве индикаторов используют вещества, которые с рабочим раствором образуют труднорастворимые осадки.

Если индикатор выбран правильно, осадок выпадет после достижения точки эквивалентности, поэтому ошибка титрования имеет положительное значение.

Абсолютная ошибка определяется разностью между концентрацией металл-иона в конце титрования Аналитическая химия задачи с решением и его концентрацией в точке эквивалентности Аналитическая химия задачи с решением. Концентрации Аналитическая химия задачи с решением рассчитываются из величин произведений растворимости соответствующих труднорастворимых осадков.

Задача №44

Вычислить индикаторную ошибку титрования 25 мл раствора хлорида натрия в присутствии 2 мл 0,01 М раствора хромата калия 0,05 М раствором азотнокислого серебра Аналитическая химия задачи с решением; Аналитическая химия задачи с решением

Решение:

Концентрация хромата калия в титруемом растворе

Аналитическая химия задачи с решением

Осадок хромата серебра из Аналитическая химия задачи с решением М раствора начинает выпадать при

Аналитическая химия задачи с решением

В точке эквивалентности

Аналитическая химия задачи с решением

Тогда относительная ошибка титрования

Аналитическая химия задачи с решением

Для вычисления индикаторных ошибок в комплексонометрии Рингбом предложил уравнение*

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением — эффективная константа устойчивости трилоната; [М] — общая концентрация металлического иона в растворе; Аналитическая химия задачи с решением — разность между концентрациями Me-иона в конечной точке титрования (Аналитическая химия задачи с решением) и в точке эквивалентности (Аналитическая химия задачи с решением). (Опытным путем установлено, что при визуальном способе установлении точки эквивалентности Аналитическая химия задачи с решением = 0,5.)

Эффективная константа устойчивости Аналитическая химия задачи с решением вычисляется по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

где Аналитическая химия задачи с решением константа устойчивости трилоната; Аналитическая химия задачи с решением — доля ЭДТА-иона, не связанного с водородом, при определении pH; Аналитическая химия задачи с решением — доля Ме-иона, нс связанного в комплекс с аммиаком.

Значения Аналитическая химия задачи с решением для этилендиаминтетрауксусной кислоты при различных pH приведены ниже:

Аналитическая химия задачи с решением

Величина Аналитическая химия задачи с решением рассчитывается по уравнению

Аналитическая химия задачи с решением

где [X] — концентрация иона комплексообразователя.

Кстати готовые задачи на продажу и теория из учебников тут.

Приложение

Таблица 1

Приближенные значения средних коэффициентов активности ионов при различной силе раствора

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 2

Произведения растворимости некоторых малорастворимых веществ

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 3

Плотности и концентрации растворов в воде при 20 °C

а) растворы гидроксида натрия

Аналитическая химия задачи с решением

б) растворы соляной кислоты

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 4

Константы ионизации некоторых кислот и оснований
а) кислоты

Аналитическая химия задачи с решением
Аналитическая химия задачи с решением
Аналитическая химия задачи с решением

б) основания

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 5

Некоторые кислотно-основные индикаторы

Аналитическая химия задачи с решением
Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 6

Нормальные окислительно-восстановительные потенциалы

Аналитическая химия задачи с решением
Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 7

Важнейшие окислительно-восстановительные индикаторы

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 8

Константы устойчивости комплексных ионов

Аналитическая химия задачи с решением
Аналитическая химия задачи с решением

Примечание. Две и более цифр индекса поставлены у констант полной диссоциации комплексов с соответствующим числом групп лиганда, например для комплекса Аналитическая химия задачи с решением с хлорид-ионами

Аналитическая химия задачи с решением

Таблица 9

Наиболее распространенные индикаторы в комплексонометрии

Аналитическая химия задачи с решением

Готовые примеры и задачи по аналитической химии по всем темам

В зависимости от задач аналитическая химия делится на качественный анализ, направленный на определение того, что (или какие вещества), в какой форме, и количественный анализ, направленный на определение количества данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и т.д.) в образце.

В задачи качественного анализа входит:

  • установление присутствия (обнаружение, открытие) в пробе тех или иных компонентов (молекул, атомов, ионов);
  • идентификация веществ и компонентов в пробе неизвестного состава (установление их аналогии соответствующим эталонам).

Задачи количественного анализа — определение содержания или концентрации компонентов в пробе.

Общие сведения и рекомендации

Условные обозначения и размерности величин

X — формула частицы вещества (например, Примеры решения задач по аналитической химии и др.);

Примеры решения задач по аналитической химии — количество вещества, моль;

Примеры решения задач по аналитической химии — молярная концентрация, моль/л;

Примеры решения задач по аналитической химии — число эквивалентности; Примеры решения задач по аналитической химии — фактор эквивалентности;

Примеры решения задач по аналитической химии или Примеры решения задач по аналитической химии в титриметрии — число молей эквивалентов вещества X;

Примеры решения задач по аналитической химии или Примеры решения задач по аналитической химии — молярная концентрация эквивалента вещества X, моль/л (ранее — г-экв/л);

[X] — равновесная молярная концентрация вещества X, моль/л;

Примеры решения задач по аналитической химии % — массовая доля вещества X, %;

Примеры решения задач по аналитической химии — титр вещества X, г/мл;

Примеры решения задач по аналитической химии — титр рабочего раствора вещества В по определяемому веществу А, г/мл;

S(X) — растворимость вещества X, моль/л;

Примеры решения задач по аналитической химии — плотность раствора, кг/Примеры решения задач по аналитической химии или г/Примеры решения задач по аналитической химии (г/мл);

Примеры решения задач по аналитической химии — объем раствора, мл, л;

Примеры решения задач по аналитической химии — масса, г;

Примеры решения задач по аналитической химии— ионная сила раствора;

Примеры решения задач по аналитической химии — коэффициент активности i-того иона;

Примеры решения задач по аналитической химии — активность иона, моль/л;

Примеры решения задач по аналитической химии — доля частиц вещества X или самого вещества X в растворе, степень диссоциации, доля свободных ионов и др.;

Примеры решения задач по аналитической химии — степень гидролиза вещества X;

Примеры решения задач по аналитической химии — реальная, условная и термодинамическая константы равновесия;

Примеры решения задач по аналитической химии (ранее — ПP) — константа растворимости малорастворимого электролита;

Примеры решения задач по аналитической химии — константа автопротолиза растворителя (для воды — Примеры решения задач по аналитической химии);

Примеры решения задач по аналитической химии — константы кислотности и основности (константы диссоциации кислоты и основания); для многоосновных кислот — Примеры решения задач по аналитической химии и т. д..

Примеры решения задач по аналитической химии — общая константа нестойкости комплексного соединения;

Примеры решения задач по аналитической химии — общая константа образования (устойчивости) комплексного соединения;

Примеры решения задач по аналитической химии — ступенчатые константы образования);

Примеры решения задач по аналитической химии и т.д.

Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии ~ Стандартный, формальный, равновесный окислительно-восстановительные (электродные) потенциалы.

Правила вычисления в химии

Примеры с решением:

  1. Правила вычисления в химии с примерами решения
  2. Чувствительность аналитических реакций с примерами решения

Химическое равновесие в реальных системах

Химические реакции, используемые в аналитической химии, проводятся в растворах и являются в той или иной степени обратимыми. В связи с этим теория химического анализа базируется на законах химического равновесия. Для понимания химической реакции необходимо знание её стехиометрии, термодинамики и кинетики.

Термодинамика касается направления и глубины протекания реакции и через свободную энергию Гиббса отражается в термодинамических константах равновесия Примеры решения задач по аналитической химии, которые для разных видов простых равновесий приведены в справочной литературе, в том числе, в таблицах 2-4 приложения. Кинетика дает представление о механизме и скорости реакции.

При рассмотрении законов химического равновесия следует различать идеальные и реальные системы. В идеальных системах ионы и молекулы свободны от влияния других частиц и способны полностью проявить свою химическую природу. К таким системам приближаются бесконечно разбавленные растворы. В реальной системе частицы испытывают влияние со стороны окружающих ионов и молекул. Вследствие этого при участии в химических реакциях даже в разбавленных растворах они проявляют себя как бы в меньшей концентрации, чем она есть в действительности. Поэтому для описания поведения ионов в реальных системах вместо концентрации используют величину, называемую активностью Примеры решения задач по аналитической химии. В идеальной системе активность частицы равна её концентрации, а в реальной опа обычно меньше концентрации.

Отклонение поведения ионов в растворе от идеального может быть связано с их электростатическими и химическими взаимодействиями. Именно они учитываются при расчетах химических равновесий в растворах электролитов. Химические реакции могут протекать между ионами, а также при специфических сольватационных взаимодействиях ионов с молекулами растворителя (например при гидролизе). При этом следует помнить, что влияние химических взаимодействий на химическое равновесие во много раз сильнее, чем действие электростатических сил. Поэтому в практических расчетах влиянием электростатических взаимодействий пренебрегают при протекании в растворах побочных химических реакций: ионную силу раствора считают равной нулю, Примеры решения задач по аналитической химии .

Примеры с решением:

  1. Влияние электростатических взаимодействий на поведение ионов в растворе. Ионная сила раствора. Коэффициент активности с примерами решения
  2. Влияние химических факторов на равновесие. Молярная доля компонента в растворе с примерами решения
  3. Направление химических реакций. Способы выражения констант равновесия. Ступенчатые и общие константы равновесия с примерами решения

Кислотно-основное (протолитическое) равновесие

Примеры с решением:

  1. Расчет [H+], [OH-], pH, pOH в растворах сильных и слабых кислот и оснований с примерами решения
  2. Буферные растворы с примерами решения
  3. Расчеты при приготовлении растворов протолитов с заданным значением pH с примерами решения
  4. Равновесие в растворах комплексных соединений с примерами решения

Окислительно-восстановительное равновесие

Примеры с решением:

  1. Оценка окислительно-восстановительной способности веществ с примером решения
  2. Расчет стандартного потенциала полуреакции, являющейся сочетанием двух полуреакций с примерами решения
  3. Вычисление потенциала в реальных условиях. Уравнение Нернста с примером решения

Влияние электростатических и химических взаимодействий на величину потенциала. Формальный потенциал

В тех случаях, когда на величину равновесного потенциала влияют электростатические и химические факторы (см. главу 2), удобно пользоваться общими концентрациями окисленной и восстановленной форм Примеры решения задач по аналитической химии.

Поскольку, Примеры решения задач по аналитической химии, то уравнение Нернста приобретает вид:

Примеры решения задач по аналитической химии

где сумма первых двух членов представляет собой формальный потенциал Примеры решения задач по аналитической химии. Он равен равновесному потенциалу при общих концентрациях окисленной и восстановленной форм, равных 1, и заданных концентрациях всех других веществ, присутствующих в системе, но не меняющих степень окисления.

Как видно из уравнения (5.4), формальный потенциал Примеры решения задач по аналитической химии, в отличие от стандартного Примеры решения задач по аналитической химии, зависит от ионной силы, глубины протекания конкурирующих реакций и концентрации частиц, не являющихся окисленной и восстановленной формами, но принимающих участие в полуреакции. Именно формальный, а не стандартный потенциал следует использовать для оценки направления окислительно-восстановительной реакции в реальных условиях.

Например, для полуреакции:

Примеры решения задач по аналитической химии

согласно (5.4), уравнение Нернста для равновесного потенциала можно представить, помня о том, что Примеры решения задач по аналитической химии = 1 (стандартное состояние), в виде:

Примеры решения задач по аналитической химии

Формальный потенциал Примеры решения задач по аналитической химии при этом можно представить как:

Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры с решением:

  1. Влияние ионной силы на потенциал с примером решения
  2. Влияние pH раствора на величину потенциала с примерами решения
  3. Влияние комплексообразования на величину потенциала с примерами решения
  4. Влияние образования малорастворимых соединений на потенциал с примерами решения

Расчеты с использованием константы равновесия окислительно-восстановительной реакции

Примеры с решением:

  1. Расчет константы равновесия по стандартным и формальным потенциалам с примерами решения
  2. Вычисление равновесных концентраций по величине константы с примерами решения
  3. Вычисление растворимости веществ в окислительно-восстановительной реакции с примерами решения
  4. Расчеты с использованием ЭДС гальванического элемента с примерами решения

Гетерогенное равновесие в системе осадок — раствор

Реакции осаждения и растворения представляют один из наиболее важных для аналитической химии видов гетерогенного равновесия. Они широко используются для обнаружения, разделения и количественного определения катионов и анионов.

В системе осадок — раствор, т. е. в насыщенном растворе малорастворимого электролита типа Примеры решения задач по аналитической химии устанавливаются равновесия, которые можно представить в виде (заряды ионов упущены для упрощения записи):

Примеры решения задач по аналитической химии

Для соединений с ионной решеткой (большая часть сильных электролитов) преобладает равновесие 1 (ионная растворимость). Для соединений с молекулярной решеткой (очень слабые электролиты) — равновесие 2 (молекулярная растворимость).

Термодинамическую константу равновесия 1 — равновесия между малорастворимым соединением и его ионами в растворе -называют термодинами ческим произведением растворимости (табл. 6 приложения). Эту константу можно выразить следующим образом Примеры решения задач по аналитической химии:

Примеры решения задач по аналитической химии

(устаревшее обозначение — Примеры решения задач по аналитической химии).

Эта константа связана с реальным (концентрационным) Примеры решения задач по аналитической химии и условным Примеры решения задач по аналитической химии произведением растворимости (см. также раздел 2.3, выражение (2.1)) через коэффициенты активности Примеры решения задач по аналитической химии и молярные доли а соответствующих ионов. Учитывая, что для иона А, например, активность Примеры решения задач по аналитической химии, причем Примеры решения задач по аналитической химии, получаем выражение:

Примеры решения задач по аналитической химии

где Примеры решения задач по аналитической химии

При невысоких значениях ионной силы раствора Примеры решения задач по аналитической химии близки к 1), а также в отсутствие конкурирующих реакций Примеры решения задач по аналитической химии Тогда в расчетах можно по табличному значению Примеры решения задач по аналитической химии найти в насыщенном растворе общие концентрации ионов А и В, которые только в этом случае равны равновесным. В тех случаях, когда ионы, образующие осадок, участвуют в побочных реакциях (пример 2.5), или существенны электростатические взаимодействия, при расчетах следует пользоваться соотношением (6.1).

Произведение растворимости позволяет провести расчеты условий образования или оценить растворимость осадков в данном растворителе, в том числе и при протекании химических реакций.

Примеры с решением:

  1. Определение условий выпадения осадка и разделения ионов с примерами решения
  2. Вычисление растворимости малорастворимого электролита с примерами решения
  3. Влияние ионной силы раствора на растворимость с примерами решения
  4. Влияние одноименного иона на растворимость осадка с примерами решения
  5. Влияние конкурирующих реакций на растворимость с примерами решения
  6. Вклад молекулярной растворимости в общую растворимость с примерами решения

Расчеты в гравиметрии

Гравиметрический анализ или гравиметрия — это метод количественного анализа, основанный на измерении массы вещества известного состава, химически связанного с определяемым компонентом. Он основан на законе сохранения массы вещества при химических превращениях. Существует три типа гравиметрических определений:

  1. Определяемую составную часть выделяют из вещества и взвешивают. Это может быть минеральная часть пробы после удаления при сгорании органической части.
  2. Определяемую составную часть удаляют и взвешивают остаток. Так чаще всего определяют летучие соединения, влагу в пробах разного происхождения (методы отгонки).
  3. Определяемую составную часть превращают в соответствующее химическое соединение, которое выделяют и взвешивают.

Аналитические определения чаще ведут по третьему типу, используя реакции осаждения (методы осаждения). Основные этапы анализа включают:

  • а) растворение навески та анализируемого вещества;
  • б) осаждение путем добавления некоторого избытка реагента — осадителя для превращения компонента А в осаждаемую форму;
  • в) фильтрование полученной смеси для отделения осадка;
  • г) промывание осадка для удаления адсорбированных примесей;
  • д) высушивание или прокаливание для превращения осадка в гравиметрическую (весовую) форму);
  • е) взвешивание гравиметрической формы Примеры решения задач по аналитической химии и проведение вычислений. Общую схему гравиметрического анализа можно представить в виде:

Примеры решения задач по аналитической химии

Некоторые примеры гравиметрических определений приведены в табл. 7.1. Из примеров видно, что осаждаемая и гравиметрическая формы могут быть представлены разными химическими соединениями.

Массу определяемого компонента Примеры решения задач по аналитической химии и его массовую долю

Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии рассчитывают по формулам:

Примеры решения задач по аналитической химии

В приведенных формулах F — гравиметрический фактор (называемый также аналитическим множителем, фактором пересчета). Он показывает, массу определяемого компонента (г), соответствующую 1 г гравиметрической формы.

Гравиметрический анализ является абсолютным методом — не требует образцов сравнения (эталонов). На основании данных гравиметрического элементного анализа может быть также установлена формула анализируемого соединения. Погрешность метода обычно составляет 0,05 — 0,2 %.

Примеры с решением:

  1. Гравиметрический фактор и его значение с примерами решения
  2. Расчет величины навески анализируемой пробы с примерами решения
  3. Расчет количества осадителя с примерами решения
  4. Расчет потерь при промывании осадка с примерами решения
  5. Расчет результатов анализа в гравиметрии с примерами решения

Расчеты в титриметрии

Сущность титриметрии

Титриметрия или титриметрические методы количественного анализа основаны на измерении объема раствора реактива В, израсходованного на реакцию с определяемым веществом А. Раствор реактива (титрант, рабочий раствор) должен при этом иметь известную концентрацию. Различают рабочий раствор с «приготовленным титром», установленным титром (по другому раствору с известной концентрацией) и полученный растворением вещества «фиксанала» или «стандарт-титра» (ампулы с точной навеской) в мерной колбе соответствующего объема.

Титр — способ выражения концентрации раствора, определивший название метода и показывающий массу растворенного вещества в граммах в 1 миллилитре раствора (г/мл). Процесс постепенного добавления титранта к раствору определяемого вещества называют титрованием. При титровании наступает момент, когда рабочий раствор В и определяемое вещество А прореагируют между собой в эквивалентных количествах, т. е. в строгом соответствии со стехиометрией реакции. В таком случае справедлив закон эквивалентов, составляющий основу расчетов в титриметрии:

Примеры решения задач по аналитической химии

При титровании важно зафиксировать конец реакции, называемый точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ). Для экспериментального установления конечной точки титрования КТТ, по возможности наиболее близкой к ТЭ, используют изменение окраски индикатора или какого-либо физического свойства раствора.

К химической реакции титрования предъявляются следующие требования: 1) строгая стехиометричность, отсутствие побочных реакций; 2) высокая скорость; 3) практическая необратимость Примеры решения задач по аналитической химии, обеспечивающая количественное превращение реагирующих веществ в продукты реакции; 4) наличие подходящего индикатора или другого способа фиксирования ТЭ.

В титриметрии используют мерную посуду: мерные колбы -для приготовления растворов; пипетки — для отмеривания определенного объема раствора и бюретки — для измерения объема титранта.

Титриметрические методы характеризуются быстротой анализа, простотой оборудования, возможностью автоматизации. Чувствительность методов не превышает Примеры решения задач по аналитической химии моль/л, относительная погрешность Примеры решения задач по аналитической химии %.

Примеры с решением:

  1. Методы, приемы и способы титрования с примерами решения

Способы выражения концентрации растворов в титриметрии

Все расчеты в титриметрии связаны с законом эквивалентов и понятием «эквивалент». Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества, которая в данной реакции равноценна (эквивалентна) одному иону водорода или одному электрону. Например, эквивалент Примеры решения задач по аналитической химии — реальная частица, соответствующая молекуле этих веществ. Эквивалент Примеры решения задач по аналитической химии, в зависимости от числа участвующих в реакции протонов, может представлять реальную молекулу Примеры решения задач по аналитической химии или условную часть молекулы: 1/2Примеры решения задач по аналитической химии или 1/ЗПримеры решения задач по аналитической химии. Дробь, показывающую, какая часть молекулы или иона является эквивалентом, называют фактором эквивалентности Примеры решения задач по аналитической химии. Фактор эквивалентности рассчитывают на основе стехиометрии реакции. Число, показывающее, сколько эквивалентов содержится в молекуле, называют числом эквивалентности и обозначают Примеры решения задач по аналитической химии. Молярная масса эквивалента вещества — это масса одного моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества.

Например, для вещества В:

Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры с решением:

  1. Примеры решения вычисления молярной массы эквивалента

Способы выражения концентрации растворов

При приготовлении рабочих растворов и вычислениях результатов в титриметрии обычно используют следующие способы выражения концентрации:

Примеры решения задач по аналитической химии — молярная концентрация вещества В, моль/л;

Примеры решения задач по аналитической химии — молярная концентрация эквивалента вещества В, моль/л.

Примеры решения задач по аналитической химии

где Примеры решения задач по аналитической химии — объем раствора (л), содержащего п моль эквивалентов В; соответствует старому названию — нормальная концентрация.

Примеры решения задач по аналитической химии

В методиках анализа, установленных стандартами, разрешены только единицы системы СИ. В частности, размерность объема при выражении молярной концентрации — Примеры решения задач по аналитической химии Такие внесистемные размерности объема, как литр (л), миллилитр (мл) являются разрешенными в химии и используются в учебной и научной литературе, в том числе на страницах пособия.

Не рекомендуется использовать термины ‘’молярность” и “нормальность” раствора, но эти понятия применяются в контекстах после величины концентрации, например: …0,1 молярный раствор, …0,1 нормальный раствор. Разрешаются сокращенные обозначения, например 0,025М Примеры решения задач по аналитической химии — 0,025 молярный раствор Примеры решения задач по аналитической химии, т. е. в одном литре раствора содержится 0,025 моль вещества Примеры решения задач по аналитической химии; 0,050 н. Примеры решения задач по аналитической химии -0,050 нормальный раствор Примеры решения задач по аналитической химии, т. е. в одном литре раствора содержится 0,050 моль эквивалента вещества Примеры решения задач по аналитической химии.

Примеры решения задач по аналитической химии — mump раствора вещества В, г/мл. Он показывает массу вещества В в одном миллилитре раствора:

Примеры решения задач по аналитической химии

С использованием Примеры решения задач по аналитической химии возможен простой расчет навески вещества, необходимой для приготовления определенного объема рабочего раствора с заданным титром.

Примеры решения задач по аналитической химии — mump рабочего раствора В по определяемому веществу г/мл (условный титр). Он показывает, какая масса вещества А эквивалентна или оттитровывается одним миллилитром рабочего раствора В. Например, выражение Примеры решения задач по аналитической химии = 0,001396 г/мл означает, что 1 мл такого раствора Примеры решения задач по аналитической химии эквивалентен (оттитровывает) 0,001396 г Fe. Такой способ выражения концентрации удобен при серийных анализах, т. к.

Примеры решения задач по аналитической химии

Между указанными способами выражения концентрации существует простая связь:

Примеры решения задач по аналитической химии

В анализе чаще всего пользуются растворами с концентрациями -0,002 или 0,1 моль/л. Не применяются 1 М растворы, так как в этом случае велика капельная ошибка титрования, т. е. ошибка при добавлении одной лишней капли титранта с высокой концентрацией.

Использование в титриметрии концентрации Примеры решения задач по аналитической химии (моль эквивалента В в одном литре раствора) связано с удобством расчетов, т. к. при одинаковых концентрациях растворов веществ А и В реакции идут между равными объемами этих веществ (согласно закону эквивалентов):

Примеры решения задач по аналитической химии

Выражение закона в обозначениях, встречающихся в ранее изданной литературе: Примеры решения задач по аналитической химии

В практике титриметрии часто пользуются так называемым поправочным коэффициентом к, который показывает степень отклонения практической концентрации полученного раствора от его теоретического (расчетного) значения:

Примеры решения задач по аналитической химии

Например, если при приготовлении 0,1000 М раствора Примеры решения задач по аналитической химии практическое значение концентрации полученного раствора оказалось равным 0,09983 моль/л, то на этикетке можно записать: Примеры решения задач по аналитической химии. И, наоборот, если в условиях задачи (эксперимента) используется, например, «0,2000 и. раствор Примеры решения задач по аналитической химии Примеры решения задач по аналитической химии», то в расчетные формулы следует подставить:

Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры с решением:

  1. Примеры решения расчета при приготовлении рабочих растворов и установлении их концентрации
  2. Расчеты результатов анализа в титриметрии с примерами решения

Построение кривых титрования

В процессе титрования изменяются равновесные концентрации титруемого вещества А, титранта В, продуктов реакции и соответственно свойства раствора. Свойствами, связанными с концентрацией А, являются равновесный потенциал Е в окислительно-восстановительном титровании, величина pH — в кислотно-основном, рМ — в осадительном и комплексометрии. Ход реакции титрования можно изобразить графической моделью или кривой титрования.

Кривой титрования называют график зависимости параметра системы, связанного с концентрацией титруемого вещества, титранта или продукта реакции от состава раствора в процессе титрования (например от объема титранта Примеры решения задач по аналитической химии или степени оттитрованности Примеры решения задач по аналитической химии). По оси ординат в химических методах титриметрии, как правило, откладывают логарифм концентрации или логарифмически связанную с ней величину (например Е). В таком случае получаются полулогарифмические (монологарифмические) кривые титрования.

Кривые титрования помогают выбрать индикатор, оценить погрешность, наглядно проследить за ходом титрования.

При расчете кривых титрования прибегают к некоторым допущениям, не оказывающим заметного влияния на конечный результат. К таким допущениям относится:

1) пренебрежение изменением объема раствора в ходе титрования (более справедливо при использовании титранта В с более высокой концентрацией, чем А);

2) пренебрежение малыми концентрациями выводимых из сферы реакции ионов при образовании прочных продуктов (вода, осадки, комплексы). Погрешность при этом пренебрежении тем меньше, чем выше константы равновесия реакции титрования, т. е. когда Примеры решения задач по аналитической химии

Если принимаемые допущения несправедливы, происходит нарушение плавного хода кривой титрования. Тогда следует пользоваться более точными формулами расчета равновесий в соответствии с рекомендациями, приведенными в главах 3-6. См. также примеры 3.2, 3.4, 8.22.

Пусть исходное количество А: Примеры решения задач по аналитической химии

Согласно закону эквивалентов (8.1), в каждый момент титрования справедливо соотношение:

Примеры решения задач по аналитической химии

Отношение количества оттитрованного в данный момент вещества А к исходному количеству А называют степенью оттитрованности Примеры решения задач по аналитической химии:

Примеры решения задач по аналитической химии

При равных концентрациях Л и В справедливо: Примеры решения задач по аналитической химии.

Степень оттитрованности может быть выражена в %. Очевидно, что до ТЭ Примеры решения задач по аналитической химии < 1 или Примеры решения задач по аналитической химии < 100 %, после ТЭ Примеры решения задач по аналитической химии > 1 или Примеры решения задач по аналитической химии> 100 %, в ТЭ Примеры решения задач по аналитической химии= 1 или Примеры решения задач по аналитической химии = 100 %.

При построении кривых титрования задаются молярными концентрациями эквивалентов Примеры решения задач по аналитической химии— и начальным объемом раствора определяемого вещества Примеры решения задач по аналитической химии. Затем по закону эквивалентов рассчитывают Примеры решения задач по аналитической химии в ТЭ. Принимают его за 100% и рассчитывают объемы Примеры решения задач по аналитической химии в промежуточных точках, соответствующих, например: 10 %; 50 %; 90 %; 99 %; 99,9 %; 101,1 %; 101 % и 110 % добавленного титранта или задаются Примеры решения задач по аналитической химии (см. табл. 8.4 — 8.12). Такой выбор значений объемов обусловлен плавным изменением кривой вдали от ТЭ и резким вблизи (рис. 8.1 — 8.3). Резкое изменение рассчитываемого параметра (pH, рМ или E) вблизи ТЭ называется скачком титрования и связано с крутизной кривой. Границы скачка расширяются при снижении требований к точности титрования.

В кислотно-основном титровании рассчитываемым параметром состава раствора является pH, осадительном и комплексонометрическом — рМ , окислительно-восстановительном — равновесный потенциал Е.

Для реакции титрования: А + В = продукты

целесообразно рассчитывать параметр состава раствора до ТЭ по концентрации титруемого раствора вещества А и, если необходимо, продукта его превращения, пренебрегая концентрацией В. После ТЭ — по избытку добавленного титранта В, пренебрегая концентрацией А.

В ТЭ в растворе преобладают продукты реакции. Концентрации А и В малы и расчет параметра системы, связанного с концентрацией А, проводится через константу соответствующего равновесия: в кислотно-основном через Примеры решения задач по аналитической химии; в осадительном -через Примеры решения задач по аналитической химии в комплексонометрическом — через константу устойчивости комплексного соединения Примеры решения задач по аналитической химии; в окислительно-восстановительном — через соответствующие значения Примеры решения задач по аналитической химии редокс-пар А и В (см. табл. 8.4-8.11).

Величина скачка титрования определяется константой равновесия, концентрацией реагирующих веществ, температурой, природой титруемого вещества и титранта, наличием посторонних веществ и др. При правильном выборе индикатора для визуального обнаружения ТЭ интервал перехода его окраски должен полностью или частично укладываться в пределы скачка титрования (рис. 8.1).

При несовпадении рТ индикатора (или среднего значения интервала перехода индикатора) с точкой эквивалентности (ТЭ) титрование заканчивается при так называемой конечной точке титрования — КТТ. Это является причиной индикаторных ошибок. Пояснения к расчету индикаторных ошибок титрования и необходимые формулы приведены в разделе 8.6.

Расчетные формулы в табл. 8.6 и других даны без вывода и предполагают усвоение теоретических разделов и расчетов химических равновесий, в том числе, приведенных в разделах 2-6 глав. С выводами сделан расчет кривой титрования многоосновного основания Примеры решения задач по аналитической химии (пример 8.22).

Примеры с решением:

  1. Расчет кривых кислотно-основного титрования с примерами решения
  2. Расчет кривых окислительно-восстановительного титрования с примерами решения
  3. Расчет кривых титрования в методах осаждения с примерами решения
  4. Расчет кривых титрования в методе комплексонометрии с примерами решения

Индикаторные погрешности титрования

Как было сказано выше, при несоответствии интервала перехода индикатора и ТЭ, титрование заканчивается при так называемой конечной точке титрования — КТТ, что является причиной индикаторных погрешностей титрования (ПТ). Титрование может быть закончено до ТЭ или после ТЭ, в результате чего возникают отрицательные (недотитровывания) и положительные (перетитровывания) систематические ПТ. Их можно оценить по кривым титрования или расчетным способом (графический способ — в рекомендованной учебной литературе).

Примеры с решением:

  1. Расчет индикаторных погрешностей кислотно-основного титрования с примерами решения

Математическая обработка результатов количественного анализа

При получении результатов количественного анализа, как правило, проводят несколько аналитических операций, начиная с отбора и подготовки проб, используют несколько последовательно измеренных величин. Каждое измерение физической величины, каждая операция вносят свой вклад в общую погрешность результата анализа. Например, любое титриметрическое определение включает в себя: 1) погрешность определения титра рабочего раствора, которая зависит от точности взвешивания и правильности измерения объема; 2) погрешность титрования анализируемого вещества, зависящую от правильности измерения объемов и правильности установления точки эквивалентности с помощью индикаторов (индикаторные ошибки титрования). Погрешности необходимо уметь выявлять, оценивать, знать и использовать способы их уменьшения. Например, в титриметрических методах анализа стремятся к относительной погрешности, не превышающей 0,1 %, в гравиметрических — 0,05 %.

Оценка погрешностей (ошибок) результата связана с требованиями к точности химического анализа, являющейся одной из его метрологических характеристик.

Примеры с решением:

  1. Классификация и оценка погрешностей количественного анализа с примерами решения
  2. Сравнение результатов двух методов количественного анализа с примерами решения
  3. Суммирование погрешностей в химических методах количественного химического анализа с примерами решения

Приложение

Таблица 1

Коэффициенты активности ионов при различных значениях ионной силы раствора

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 2

Термодинамические константы кислотности некоторых кислот в водном растворе

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 3

Термодинамические константы основности некоторых оснований в водном растворе

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 4
Константы устойчивости комплексных ионов Комплексы с аммиаком Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Гидроксокомплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Иодидные комплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Продолжение табл. 4
Фторидные комплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Роданидные (тиоцианатные) комплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Хлоридные комплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Цианидные комплексы Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Комплексы с ЭДТА Примеры решения задач по аналитической химии

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 5

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы Примеры решения задач по аналитической химии при 25°C

Примеры решения задач по аналитической химии

Продолжение табл. 5

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 6

Константы растворимости важнейших малорастворимых веществ

Примеры решения задач по аналитической химии

Продолжение табл. 6

Примеры решения задач по аналитической химии

Продолжение табл. 6

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 7

Молярные доли свободных ионов Примеры решения задач по аналитической химии для этилендиаминтетрауксусной кислоты в растворах с различными значениями pH

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 8

Коэффициенты Стьюдента Примеры решения задач по аналитической химии для различной доверительной вероятности

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 9

Значения Q — критерия

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 10

Численные значения критерия Фишера F при доверительной вероятности Р = 0,95

Примеры решения задач по аналитической химии

Таблица 11

Максимально допустимые абсолютные погрешности (мл) мерной посуды 2 класса (мл)

Примеры решения задач по аналитической химии

    Перейти к контенту

    Панель информации

    • Вход

    • Панель информации

    • Курсы

    • Календарь

    • Входящие

    Закрыть

    2019 осень

    Добавить комментарий