Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54



страница1/4
Дата08.01.2013
Размер0.53 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4


ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНАМ

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

2.ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 200503, 280202

ВЫПОЛНЯЮТСЯ ПО МЕТОДИЧЕСКИМ УКАЗАНИЯМ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра химии


Аналитическая химия

(методы химического анализа)

Ростов-на-Дону

2005


УДК 371.385.54



Составители: к.х.н., доцент В.С. Болотников, к.х.н., доцент А.И Соколенко, к.т.н., доцент А.А. Кужаров

Методические указания: «Аналитическая химия. Методы химического анализа».- Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ. 2005. 24 с.

Предназначены для студентов дневной и заочной формы обучения всех специальностей.
Печатается по решению методической комиссии факультета «Технология машиностроения»

Научный редактор д.т.н., проф. А.С. Кужаров

Рецензент: к.х.н., доцент В.Э. Бурлакова

 Издательский центр ДГТУ, 2005

Аналитическая химия - наука о методах изучения химического состава вещества. Аналитическая химия включает качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет оп­ределять и идентифицировать состав вещества. Количествен­ный анализ - определять содержание различных ком­понентов в анализируемой системе.

В качественном и количественном анализе используют хими­ческие, физические и физико-химические методы исследования. Химические методы анализа основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении ка­ких-либо физических параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении за изменением физических свойств веществ, которые происходят в результате химической реакции.

В качественном анализе для обнаружения ионов и молекул используют химические и физико-химические методы.

При количественных определениях применяются хи­мические методы (титриметрический и гравиметрический), фи­зические и физико-химические (атомная и молекулярная абсорбцион­ная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, флуориметрия, поляриметрия,рефрактометрия, кондуктометрия, потенциометрия; полярография, кулонометрия, хроматография и т.д.). Несмотря на преимущества, которые имеют физические и физико-химические методы по сравнению с химическими методами количественного ана­лиза, последний широко используются в практике научно-исследова­тельских и заводских лабораторий. Это объясняется простотой методики эксперимента и сочетанием правиль­ности и воспроизводимости результатов анализа.

В настоящем пособии основное внимание уделено химическим методам количественного анализа, имеющим наибольшее значение для работников пищевых предприятий.


Пособие состоит из трех разделов:

1)равновесия в растворах труднорастворимых соединений;

2)гравиметрический анализ;

3)титриметрический анализ.

В начале каждого раздела кратко изложена теория, даны при­меры решения задач. В конце каждого раздела приведены контроль­ные вопросы и задачи для выполнения контрольной работы. Варианты контрольных работ и справочные таблицы помещены в конце пособия.
1. Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости.

Ионные равновесия, связанные с образованием осадков, явля­ются обратимыми, подчиняются закону действующих масс и характеризуются константой равновесия, которую принято называть произведением растворимости (ПР). Произведение растворимости - посто­янная величина. Она равна произведению активностей ионов в насы­щенном растворе малорастворимого электролита.

Например, при образовании осадка хлорида серебра имеет место равновесие, которое описывается уравнением:

AgCl Аg+ + Сl-

Для приближенных раcчетов произведение растворимости AgCl можно записать в виде следующего выражения:

ПР(AgCl)=[Ag+] +[Cl-],

так как молярные концентрации ионов в данном случае мало отлича­ются от их активностей. Таким образом, для любой труднораствори­мой соли Мp Aq можно записать в общем виде:

ПР (МpАq) =[M]p + [A]q

По опытным данным о растворимости труднорастворимых элект­ролитов рассчитывают их произведение растворимости или на осно­вании табличных данных о произведении растворимости решают об­ратную задачу. При этом необходимо, помнить, что растворимость вещества может быть выражена в любых единицах измерения, а ПР рассчитывается только по концентрациям, выраженным в моль/дм3 или в моль/л.

Все вычисления, связанные с образованием и растворением осадков, выполняют по следующей схеме:

  • составляют уравнения диссоциации электролитов;

  • составляют ионные уравнения образования осадков;

  • записывают выражение ПР в соответствии с ионным уравнени­-
    ем, описывающим образование осадка и находят значение ПР по таб­-
    лице;

  • вычисляют значения равновесных концентраций ионов по за­-
    данным концентрациям сильных электролитов или с учетом Кдис. для
    слабых электролитов;

  • сопоставляя заданные концентрации и условия задачи, составляют алгебраическое уравнение, по которому определяют искомую величину.


Пример1. Вычислить ПР (BaSO4), если его растворимость равна 2,33 мг/л.

Решение: Для вычисления ПР (BaS04)= [Ва2+]•[SO] необходимо рассчитать концентрацию BaS04 в моль/л. Для этого нужно весовое колическтво соли BaSQ4, равное 2,33 мг, выразить в молях, для чего данное его весовое количество надо разделить на мольную массу сульфата бария, т.е. 233,4 г/мол:

0,00233г : 233,4 г/моль=10-5 моль.

Поскольку концентрация соли BaS04 очень мала, то соль в растворе диссоциирована полностью и тогда концентрация ионов Ba2+ и S0 будет равна 10-5 моль/л. Соответственно, произведение
растворимости

ПР(BaSO)= [Ва2+]•[SO]= 10-5 10-5 = 10-10.
Пример 2. Вычислить растворимость СаСО3 в граммах на 100 г насыщенного раствора, если ПР(СаСОз) =1,7•10 -8.

Решение: Записываем уравнение образования осадка:

Сa2+ + CO= CaCO3

Согласно уравнению [Сa 2+]•[ CO]= В насыщенном растворе СаСОз равновесные концентрации Са2+ и COравны; обозначим эту концентрацию "х", т.е. [Сa 2+]•[ CO] =х. Тогда

[Сa 2+]•[ CO]=1,7•10 -8 = х2, откуда

х= = 1,3•10-4моль/л.

Следовательно, и концентрация СаСОз в насыщенном растворе равна 1,3•10-4 моль/л. Растворимость "а" СаСОз в г получим, умножив мольную концентрацию на молекулярную массу соли:

а=1,3•10-4•100=1,3•10-2 г/л, или 1,3•10-4 /10=1,3•10-3 г/100см3 .

Принимая плотность очень разбавленного раствора равной 1 г/см3, получим, что растворимость СаСОз равна 1,3•10-4г на 100 г раствора.

Радение данной задачи носит приближенный характер.
Условия образования и растворения осадков.
Следствием из определения произведения растворимости является вывод, что осадок выпадает из перенасыщенного раствора, т.е

когда произведение концентраций ионов выше ПР, взятых из справочных таблиц. Если произведение концентраций ионов - меньше ПР, то осадок не выпадает, и при внесении в такой раствор кристалликов твердой фазы этого вещества будет наблюдаться растворение твердого вещества.

Пример 3. Может ли образовываться осадок Mg(OH)2 , если смешать равные объёмы 0,5М раствора MgCl2 и 0,1М раствора NH4 OH?

Решение: За счет увеличения объёма при сливании растворов вдвое следует учитывать уменьшение начальных концентраций также вдвое, т.е. концентрация раствора MgCl2 станет равной 0,5М:2 – 0,25М/л, а концентрация NH4 OH - равной 0,1М:2 – 0,05 М/л.

Уравнения записываются в следующем виде:

Mg+2 + 2OH-  Mg(OH)2

ПР(Mg(OH)2)=[ Mg+2] •[ OH-]2 .

Для ответа на вопрос, выпадает ли в осадок Mg(OH)2 , нужно знать концентрацию ионов Mg+2 и OH- . Концентрацию ионов магния принимаем равной 0,25 моль/л, учитывая, что хлорид магния является сильным электролитом и диссоциирует полностью.

Для вычисления концентрации ионов OH- используют выражение константы диссоциации:

NH4 OH NH4 + + OH-

К=[ NH4 +]•[ OH-]/[ NH4 OH]=1,8•10-5

Принимаем равновесные концентрации [ NH4 +]=[ OH-]=х и

[ NH4 OH]=0,05-х. Тогда х2 / (0,05-х)= 1,8•10-5 .

Решим уравнение в упрощенном виде, т.е. примем, что 0,05-х=0,05М/л. Теперь находим значение «х»:

х = = 9,5•10-4моль/л.

Используя значения концентраций [ Mg+2] =0,25 моль/л и [ OH-]= 9,5•10-4моль/л для вычисления произведения начальных концентраций по выражению для ПР, получим:

[ Mg+2] •[ OH-]2 =0,25•(9,5•10-4)2 =2,25•10-7 .

Полученную величину сравниваем с табличным значением ПР(Mg(OH)2)= 5,2•10-12 . Очевидно, что рассчитанное произведение концентраций превышает табличное значение ПР(Mg(OH)2), следовательно, раствор пересыщен, и осадок должен выпадать.

Пример 4. При каком значении рН начнется выпадение осадка Fe(OH)2 из 0,1 М раствора FeSO4 при добавлении раствора NaOH?

Решение: Образование осадка описывается уравнением:

Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 ,

для которого выполняется условие

ПР(Fe (OH)2)=[ Fe 2+] •[ OH-]2 =1,1•10-15.

Принимая, что соль FeSO4, как сильный электролит, в раство­ре диссоциирует полностью, равновесная концентрация ионов [Fe2+]=0,1 моль/л.Исходя из выражения ПP(Fe(OH)2) получаем: 10-1]•[ОН-]2= 1,1•10-15; [ОН-]==10-7 моль/л.

Учитывая, что рН=-lg [Н+],а [H+]•ОH-]=10-14, найдем, что концентрация ионов водорода равна 10-14/10-7моль/л и рН соответственно равно -lg•10-7=7

Таким образом, при pH=7 начинается выпадение осадка Fe(OH)2 из 0,1 М раствора FeSO4 при добавлении NaOH.

Растворимость в присутствии одноименных ионов.

Пользуясь табличными значениями ПР, можно рассчитать растворимость осадков труднорастворимых соединений в присутствии одноименных ионов. Высокая концентрация этих ионов в растворе может быть обусловлена добавлением избытка осадителя. Как правило, действие одноименного иона выражается в резком понижении растворимости.

Пример 5. Вычислить растворимость осадка BaS04 в 0,1М растворе серной кислоты ПР (BaSO4)=1,1•10-10 .

Решение. В растворе происходят процессы, описываемые уравнениями:

BaS04=Ba2++S0(растворение осадка);

H2SO4=2H++SO (диссоциация кислоты).

Обозначим молярные концентрации ионов Ва2+ и SO, образующихся при растворении BaSO4 через «х».Кроме того, ионы SO образуются вследствие полной диссоциации кислоты, т.е. 0,1 моль/л. Таким образом, общая концентрация сульфат-ионов равна (х+0,1)моль/л. Концентрация ионов Ba2+ равна х моль/л. Тогда ПР(BaSO4)=х•(х + 0.1)=1,1•10-10, откуда х= 1,1•10-10 /(х + 0,1).

Поскольку х< 0,1, решение можно упростить:

х=1,1•10-10 / 0,1=1,1•10-9 моль/л.

Концентрация растворенных молекул ВаS04 равна равновесной концентрации ионов бария (1,1•10-9 моль/л) в растворе (это сле­дует из уравнения диссоциации). Тогда растворимость "а " осадка сульфата бария можно определить из уравнения:

а(ВаSО4)= 1,1•10-9 моль/л• 223,4 г/моль = 2,57 •10-7 г/л = 2,57 •10-4мг/л.

Сравнивая полученное значение с растворимостью сульфата бария (2,33 мг/л), находим, что растворимость сульфата бария сни­зилась почти в десять тысяч раз.

Последовательность образования осадков малорастворимых соединений.

Очередность выпадения осадков из раствора, в которых нахо­дится ряд ионов, способных к образованию труднорастворимых ве­ществ с одним и тем же ионом-осадителем, также связана с их про­изведением растворимости. Первым выпадает в осадок то вещество, ПР котоpoго достигается раньше, или у которого ПР меньше по ве­личине. Например, для однотипных соединений, таких как AgCl, AgBr, Agl, AgCNS, очередность определяется простым сопоставлени­ем ПР этих соединении, т.е. сравнивают табличные данные ПР:

Вещество




ПР

AgCl

1

1,6•10-10

AgBr

7

7,7•10-13

Agl

1

1,5•10-16

AgCNS

1

1,16•10-12

Таким образом, ПP(AgCl) >ПР(AgCNS) > ПР (AgBr) > ПP(Agl).

Отсюда ясно, что осаждаться указанные соединения серебра будут в обратной последовательности: сначала йодид, затем - бро­мид и т.д., если они находятся в одинаковых условиях.

Если концентрации одноименных ионов равны, то задачи такого типа решаются на основании расчетов.

Пример 6. При каких значениях рН и какой из осадков -Fе(ОН)3 или Мn(ОН)2 - будет выпадать первым при постепенном при­бавлении раствора NaOH к смеси, содержащей 0,1 моль/л МnСl2 и 0,001 моль/л FeCl3?

Решение. ПР(Мn(ОН)2)= 4•10-14,ПР(Fе(ОН)3) = 3,8•10-38.

Учитывая, что МnСl2 и FeCl3 - сильные электролиты, считаем концентрацию [Mn2+] = 0,01 моль/л и [Fe3+] = 0,001 моль/л. Запи­сываем выражения для ПР:

ПР(Мn(ОН)2) = [Mn2+]•[ОН-]2; ПР(Fе(0Н)з) = [Fe3+]•[ОН-]3.

Подставляем в эти выражения значения концентраций конов [Мn2+] и [Fe3+] и находим концентрацию гидроксильных ионов для каждого уравнения:

0,1•[OH-]2 =4,0 •10-14 для Mn(OH)2;

[ОН-] = = 6.3•10-7 моль/л;

0,001•[OH-]3= 3,8•10-38 для Fe(0H)3;

[OH-]== 3,4•10-12 моль/л.
Таким образом, для выпадения осадка Fe(OH)3 нужна меньшая концентрация ионов ОН- и Fe(OH)3 будет выпадать в осадок первым.

Для начала осаждения Mn(OН)2 нужна концентрация [OН-] =6,3•10-7 моль/л, при этом рОН = - lg 6,3•10-7 = 6,2 , а, соответственно, рН= 14 - 6,2 = 7,8.

Для начала осаждения Fe(0H)3 нужна концентрация [OН-] =3.4•10-12 моль/л, при этом рОН = - lg 3,4•1O-12 = 11,47. Отсюда pH= 14 - 11,47 = 2,53.

К О Н Т P О Л Ь Н Ы Е ВОПРОСЫ

  1. Каким образом произведение растворимости труднорастворимого
    соединения связано с его растворимостью?

  1. Условия выпадения осадков.

  2. Как рассчитать концентрацию иона-осадителя с помощью ПР ?

  3. Условия растворения труднорастворимых соединений.



  1   2   3   4

Похожие:

Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconВопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «аналитическая химия и физико-химические методы анализа»
«аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов I курса заочного отделения
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconКнига позволит быстро получить основные знания по предмету, повторить пройденный материал, а также качественно подготовиться и успешно сдать зачет и экзамен. Рекомендуется всем изучающим и сдающим дисциплину «Аналитическая химия и физико-химические методы
Аналитическая химия и физико­химические методы анализа: Шпаргалка. — М.: Риор, 2007. — 47 с
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconКнига позволит быстро получить основные знания по предмету, повторить пройденный материал, а также качественно подготовиться и успешно сдать зачет и экзамен. Рекомендуется всем изучающим и сдающим дисциплину «Аналитическая химия и физико-химические методы
Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: Шпаргалка. — М.: Риор, 2007. — 176 с
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconТеоретические основы. Химические методы анализа” Часть1
Шеховцова Т. Н., Долманова И. Ф., Шпигун О. А., Рунов В. К., Гармаш А. В. Типовая программа дисциплины “Аналитическая химия” / Программы...
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconЕ. Н. Алифанова Ростов-на-Дону: Изд-во ргэу «ринх», 2005. 12 п л
В. Ю. Наливайского/ В. Ю. Наливайский, И. С. Иванченко, Л. В. Шишикина, Ю. С. Жаркова, И. В. Рыбчинская, Ю. В. Лахно, Т. И. Демиденко,...
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconВ. И. Апатцев (название института, подпись, Ф. И. О.) «03»
Учебно-методический комплекс по дисциплине Аналитическая химия и физико-химические методы анализа
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconСправочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989. Васильев В. П. Аналитическая химия: в 2-х кн. М.: Дрофа, 2002. Пономарев В. Д. Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 1982
Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия (аналитика). – В 2-х кн. – М.: Высшая школа, 2003
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconПримерная программа дисциплины дпп. 03 Аналитическая химия
Цель дисциплины: формирование базовых знаний о способах и приемах химического анализа, методах определения состава и строения вещества,...
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconУчебный план степень (квалификация) магистр направление 510500 Химия
Квалиметрия в химическом анализе; Стандартизованные методы анализа; Химико-аналитическая информатика
Аналитическая химия (методы химического анализа) Ростов-на-Дону 2005 удк 371. 385. 54 iconУчебное пособие Для студентов вузов Второе издание, исправленное и дополненное
Г. Г. Мельченко, Н. В. Юнникова Аналитическая химия и физико-химические методы анализа
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org