Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Учебно-методическое пособие по решению задач





Химические методы

Анализа

 

 

Учебно-методическое пособие по решению задач

раздела дисциплины «Аналитическая химия

И физико-химические методы анализа»

для студентов-заочников

Химико-технологических специальностей

 

 

Минск 2003


УДК 543

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета.

 

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

Научный редактор канд. хим. наук,

доцент Е. В. Радион

Рецензенты: доцент кафедры

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

доцент кафедры аналитической химии БГУ, Н. А. Апостол

 

 

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

Для студентов-заочников химико-технологических специальностей.

 

 

© Учреждение образования

«Белорусский государственный

технологический университет», 2003

 

© Соколовский А. Е., Супиченко Г. Н.,

составление, 2003

 

 


Введение

 

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

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

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

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

 

Контрольная работа № 1

РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ОСАДОК – РАСТВОР

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

BaSO4↓ D Ва2+ +

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

= [Ва2+] · [ ]

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



= [Са2+]3

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

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

Активности ионов пропорциональны концентрациям:

а = f ∙ С

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

Здесь Сi и zi – молярные концентрации и заряды всех ионов в растворе.

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

если I < 0,01;

если I < 0,1,

или по формуле Дэвиса:

если I < 0,2.

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

 

Расчет ПР по растворимости

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

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

Решение. Химическое равновесие в насыщенном растворе AgI описывается уравнением

AgI↓ D Ag+ + I

Запишем выражение произведения растворимости для иодида серебра:

ПРAgI = [Ag+] ∙ [I]

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

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

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

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

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

ПРAgI = 1,22 ∙ 10–8 ∙ 1,22 ∙ 10–8 = 1,5 ∙ 10–16.

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

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

в 100 мл насыщенного раствора содержится 0,002156 г соли

в 1000 мл ¾ » ¾ ¾ » ¾ ¾ » ¾ х г соли

x = 1000 ∙ 0,002156/100= 0,02156 г/л.

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

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

Хромат серебра диссоциирует следующим образом:

Ag2CrO4↓ D 2Ag+ +

Тогда

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

[ ] = 6,5 ∙ 10–5 моль/л;

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

 

Одноименных ионов

 

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

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

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

Решение.

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

[Ag+] ∙ ([Cl]AgCl + [С1]КСl) = ПРАgСl = 1,56 ∙ 10–10

Так как [Ag+] = [Cl]AgCl, то

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

Подставляя значение концентрации КСl и решая квадратное уравнение, получим:

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

б) В данном случае значение [С1]КС1 существенно превышает величину [Cl]AgCl, поэтому величиной [Cl]AgCl можно пренебречь. Тогда будем иметь

[Ag+]∙[С1]КСl = ПРАgСl = 1,56 ∙ 10–10;

[Ag+] = ПРАgСl/ [С1]КСl = 1,56 ∙ 10–10/0,1 = 1,56 ∙ 10–9 моль/л.

 

РАВНОВЕСИЕ

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

,

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

.

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

,

или

.

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

.

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

 

Расчет констант равновесия

Контрольная работа № 2

Расчет количества осадителя

 

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

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

Решение. Запишем реакцию осаждения:

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

В соответствии со стехиометрией реакции рассчитаем необходимую массу Na2HPO4:

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

Рассчитаем массу 4 %-ного раствора Na2HPO4:

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

Vр-ра (Na2HPO4) = 10,27 мл.

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

10,27 ∙ 1,5 = 15,40 мл.

 

Способы титрования

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

В методе прямого титрования к некоторому объему анализируемого вещества (Vх) непосредственно добавляют титрант с известной молярной концентрацией эквивалента (СТ). Определив объем титранта (VТ) в т. э., рассчитывают молярную концентрацию эквивалента (Сх) или количество молей эквивалента анализируемого вещества (nх) по закону эквивалентов:

Сх ∙ Vх = СТ ∙ VТ;

nх = nТ;

nх = СТ ∙ VТ.

Массу определяемого вещества (mx) рассчитывают по формуле

mx = nх ∙ M(1/ZX) ∙ cТ ∙ VТ ∙ M(1/ZX),

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

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

nх = nВ – nС.

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

nх = nВ = nС.

 

РАСЧЕТЫ РЕЗУЛЬТАТОВ

ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ЛИТЕРАТУРА

 

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

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

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

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

СОДЕРЖАНИЕ

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

 

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

 

Составители: Соколовский Александр Евгеньевич
Супиченко Галина Николаевна

 

Редактор Р.М.Рябая

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

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

Тираж 200 экз. Заказ .

Учреждение образования

«Белорусский государственный технологический университет».

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

Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного

технологического университета. 220050. Минск, Свердлова, 13.

Химические методы

Анализа

 

 

Учебно-методическое пособие по решению задач

раздела дисциплины «Аналитическая химия









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.