Раздел 2. Количественный анализ

Тема 2.1. Методы количественного анализа

Понятие, сущность, методы количественного анализа. Точность вычислений в количественном анализе.

Тема 2.2. Гравиметрический (весовой) метод анализа

Аналитические и технохимические весы и правила взвешивания на них. Операции весового анализа: подготовка вещества к анализу, взятие и растворение навески, высушивание и прокаливание осадка. Посуда и оборудование весового метода анализа. Вычисления в весовом анализе.

Лабораторная работа:

Определение кристаллизационной воды в кристаллогидратах хлорида бария.

Тема 2.3. Объемный метод анализа. Метод нейтрализации. Теория индикаторов

Сущность и методы объемного анализа. Способы выражения концентрации растворов (нормальная концентрация, титр, титр по определяемому веществу) и вычисления в объемном анализе.

Титрование, титрованные растворы. Измерительная посуда объемного анализа и ее назначение.

Сущность метода нейтрализации, его индикаторы; интервал перехода индикатора, показатель титрования; выбор индикатора, кривые титрования.

Способы приготовления стандартных растворов.

Лабораторная работа:

1. Приготовление рабочего раствора щелочи и стандартного раствора щавелевой кислоты. Определение нормальности и титра раствора щелочи.

2. Контрольная работа: Определение содержания серной кислоты в растворе.

Практическая работа:

Выполнение расчетов в объемном анализе.

Тема 2.4. Метод окисления - восстановления.

Сущность окислительно-восстановительных методов и их значение в проведении химико-технологического контроля. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций, расстановка коэффициентов методом электронного баланса. Эквиваленты окислителей и восстановителей, их определение и использование в расчетных задачах.

Перманганатометрия и ее сущность. Иодометрия и ее сущность.

Лабораторные работы:

1. Приготовление рабочего раствора перманганата калия и установление нормальной концентрации и титра по щавелевой кислоте.

2. Контрольная задача: Определение содержания железа в соли Мора.

Тема 2.5. Методы осаждения и комплексообразования

Сущность методов осаждения. Аргентометрия (метод Мора), условия применения метода и его значение в проведении химико-технологического контроля.

Сущность метода комплексообразования и его значение в осуществлении химико-технологического контроля.

Лабораторные работы:

1. Определение содержания хлорида натрия в растворе.

2. Определение общей жесткости воды.

Тема 2.6. Физико-химические методы анализа.

Сущность физико-химического метода анализа и их особенности; применение этих методов в химико-технологическом контроле.

Сущность и значение колориметрического метода; сущность и общая характеристика методов стандартных серий и калибровочного графика. Приборы колориметрического метода анализа.

Лабораторная работа:

Определение меди и никеля в растворе колориметрическим методом.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕШЕНИЮ

ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Введение.

Тема: Диссоциация воды. Водородный показатель

I. Вычислите [ОН^-], определите рН раствора и характер среды, если [Н⁺] равна 1 ∙ 10^-4 моль/л.

Дано: Решение:

[Н⁺] = 1 ∙ 10^-4 моль/л 1. Напишем выражение ионного произведения воды:

[ОН^-] =? [Н⁺] ∙ [ОН^-] = 1 ∙ 10^-14

рН =? 2. Вычислим [ОН^-]:

1 ∙ 10^-14 1 ∙ 10^-14

[ОН^-] = --------- = ---------- = 1 ∙ 10^-10(моль/л)

[Н⁺] 1 ∙ 10^-4

3. Найдем значение рН:

рН = - lg [Н⁺] = - lg (1 ∙ 10^-4) = 4

Ответ: [ОН^-] = 1 ∙ 10^-10моль/л

рН = 4, раствор имеет кислую среду.

II. Вычислите [Н⁺], определите рН 0,05 н. раствора HCl.

Дано: Решение:

Сн_.(_HCl₎ = 0,05 н. 1. Составим уравнение диссоциации раствора HCl:

HCl ↔ Н⁺+ Cl^-

[ОН^-] =? 1 моль 1 моль 1 моль

рН =? 2. Находим [Н⁺], т.к. при диссоциации 1 моль HCl образуется

1 моль Н⁺, то концентрация ионов Н⁺ равна:

[Н⁺] = 0,05 = 5 ∙ 10^-2 (моль/л)

3. Найдем значение рН:

рН = - lg [Н⁺] = - lg (5 ∙ 10^-2) = - (lg 5+ lg 10^-2) = - (0,699 + 2) = 1,3

Ответ: [Н⁺] = 5 ∙ 10^-2 моль/л; рН = 1,3, среда раствора кислая.

Тема 1.2. Вторая аналитическая группа катионов. Произведение растворимости.

I. Растворимость Ag₂CO₃ при 200С равна 3,17 ∙ 10^-2 г/л. Вычислите ПР Ag₂CO₃.

Дано: Решение:

Р (Ag₂CO₃) = 3,17 ∙ 10^-2 г/л 1. Напишем уравнение диссоциации Ag₂CO₃:

Ag₂CO₃ ↔ 2Ag⁺ + CO₃^2-

ПР Ag₂CO₃ =? 1 моль 2 моль 1 моль

2. Вычислим молекулярную массу Ag₂CO₃

М Ag₂CO₃ = 108∙2+12+16∙3 = 276 (г/моль)

3. Вычислим молярную концентрацию насыщенного раствора Ag₂CO₃ по формуле:

m 3,17 ∙ 10^-2

См = ----- = ------------- = 1,15 ∙ 10^-4 (моль/л)

MV 276 ∙ 1

4. Определим концентрации Ag⁺ и CO₃^2- в растворе:

Из уравнения диссоциации следует, что при диссоциации 1 моль Ag₂CO₃ образуется 2 моль ионов Ag⁺ и 1 моль ионов CO₃^2-, т.е.

[Ag⁺] = 2 ∙ 1,15 ∙ 10^-4 = 2,3 ∙ 10^-4 (моль/л)

[CO₃^2-] = 1,15 ∙ 10^-4 (моль/л)

5. Вычислим произведение растворимости Ag₂CO₃:

ПР (Ag₂CO₃) = [Ag⁺]² ∙ [CO₃^2-] = (2,3 ∙ 10^-4)² ∙ 1,15 ∙ 10^-4 = 6,08 ∙ 10^-12

Ответ: ПР Ag₂CO₃ = 6,08 ∙ 10^-12

II. Вычислить растворимость BaSO₄ при 25⁰С (в моль/л и г/л), если ПР BaSO₄ = 1,1 ∙ 10^-10.

Дано: Решение:

ПР BaSO₄ = 1,1 ∙ 10^-10 1. Напишем уравнение диссоциации BaSO₄:

BaSO₄ ↔ Ba²⁺ + SO₄^2-

Р BaSO₄(в моль/л) =?

Р BaSO₄(в г/л) =? 2. Обозначим концентрацию BaSO₄ через х (моль/л), тогда [Ba²⁺] = х моль/л; [SO₄^2-] = х моль/л., т.е. концентрации этих ионов в растворе равны.

3. Вычислим растворимость BaSO₄ в моль/л (См):

ПР BaSO₄ = [Ba²⁺] ∙ [SO₄^2-] = 1,1 ∙ 10^-10

Подставим в это выражение значение концентраций ионов в растворе:

х ∙ х = 1,1 ∙ 10^-10 или х² = 1,1 ∙ 10^-10 (моль/л), отсюда

х = √ 1,1 ∙ 10^-10 = 1,05 ∙ 10^-5 (моль/л)

4. Вычислим молекулярную массу BaSO₄:

М BaSO₄ = 137 + 32 + 16∙4 = 233 (г/моль)

5. Вычислим растворимость BaSO₄ в г/л, используя формулу m = См ∙ М ∙ V

m (BaSO₄) = 1,05 ∙ 10^-5 ∙ 233 ∙ 1 = 2,45 ∙ 10^-5 (г/л)

Ответ: Р BaSO₄(в моль/л) = 1,05 ∙ 10^-5 моль/л (См);

Р BaSO₄(в г/л) = 2,45 ∙ 10^-5 г/л (m в 1 л).

Тема 2.3. Объемный метод анализа.

I. Какую массу навески фосфорной кислоты H₃PO₄ необходимо взять для приготовления 2 л 0,06 н. раствора H₃PO₄?

Дано: Решение:

V H₃PO₄= 2 л 1. Вычислим молярную массу (М H₃PO₄= Мr H₃PO₄) и

N H₃PO₄ = 0,06 н. эквивалентную массу H₃PO₄(Мэ H₃PO₄):

g H₃PO₄=? Мr H₃PO₄= 1∙3 + 31 + 16∙4 = 98 (г/моль)

Мэ H₃PO₄ = Мr H₃PO₄/3 = 98/3 = 32,7 (г/моль)

2. Вычислим количество вещества эквивалентов H₃PO₄, содержащееся в 2 л раствора?

В 1 л раствора – 0,06 моль экв. H₃PO₄

В 2 л раствора – х моль экв. H₃PO₄

2 ∙ 0,06

х = ----------- = 0,12 (моль)

В 2 л 0,06 н. раствора содержится 0,12 моль H₃PO₄

3. Вычислим массу навески H₃PO₄:

1 моль эквивалентов H₃PO₄ составляет 32, 7 г

0,12 моль эквивалентов H₃PO₄- х г

0,12 ∙ 32,7

х = ------------- = 3,92 (г)

Массу навески также можно рассчитать по формуле:

N ∙ Мэ ∙ V

g = ------------

Ответ: масса навески H₃PO₄равна 3,92 г.

II. В 250 мл раствора содержится 6 г карбоната калия K₂CO₃. Вычислите нормальную концентрацию раствора K₂CO₃.

Дано: Решение:

V K₂CO₃ = 250 мл 1. Вычислим молярную массу (М K₂CO₃= Мr K₂CO₃) и

g K₂CO₃ = 6 г эквивалентную массу K₂CO₃(Мэ K₂CO₃):

Мr K₂CO₃= 39∙2 + 12 + 16∙3 = 138 (г/моль)

N K₂CO₃ =? Мэ K₂CO₃ = Мr K₂CO₃/2 = 138/2 = 69 (г/моль)

2. Вычислим массу K₂CO₃, содержащуюся в 1 л раствора:

В 250 мл содержится 6 г K₂CO₃

В 1000 мл – х г K₂CO₃

1000 ∙ 6

х = ---------- = 24 (г)

В 1000 мл раствора содержится 24 г K₂CO₃

3. Вычислим нормальную концентрацию раствора K₂CO₃:

1 моль эквивалентов K₂CO₃ составляет 69 г

х моль эквивалентов K₂CO₃ составляет 24 г

х =

в 1 л раствора содержится 0,35 моль эквивалентов K₂CO₃. Нормальную концентрацию раствора можно, также вычислить по формуле, приведенной в примере I.

Ответ: N(K₂CO₃) = 0,35 моль

III. Вычислите титр раствора, если в 25,00 мл содержится 0,5 г NaOH.

Дано: Решение:

VNaOH = 25,00 мл Титр раствора находим по формуле:

g NaOH = 0,5 г g 0,5

T = ------ = ------- = 0,02 (г/мл)

T NaOH =? V 25,00

Ответ: Т NaOH = 0,02 г/мл

IV. Вычислите нормальную концентрацию раствора H₂SO₄, если на нейтрализацию 24,50 мл его израсходовано 23,00 мл 0,15 н.раствора КОН.

Дано: Решение:

V H₂SO₄ = 24,50 мл 1. Составим уравнение реакции нейтрализации:

V КОН = 23,00 мл H₂SO₄ + 2 КОН = К₂ SO₄+ 2 H₂O

N КОН = 0,15 н.

2. Вычислим нормальную концентрацию H₂SO₄:

N H₂SO₄ =? на основании закона эквивалентов:

N КОН ∙ V КОН 0,15 ∙ 23,00

N H₂SO₄ = -------------------- = --------------- = 0, 14 (моль/л)

V H₂SO₄ 24,50

Ответ: N H₂SO₄ = 0, 14 моль/л

V. Навеска Ba(OH)₂ растворена в мерной колбе на 250,00 мл. Объем раствора доведен до метки. На титрование 25,00 мл полученного раствора израсходовано 23,00 мл 0,09908 н. раствора HCl. Вычислите, сколько граммов Ba(OH)₂ содержится в навеске.

Дано: Решение:

V р-ра = 250,00 мл 1. Составим уравнение реакции нейтрализации:

V Ba(OH)₂ = 25,00 мл Ba(OH)₂+ 2HCl = BaCl₂ + 2Н₂О

V HCl = 23,00 мл 2. Вычислим нормальную концентрацию раствора

N HCl = 0,09908 н. Ba(OH)₂, используя закон эквивалентов:

g HCl=? N HCl ∙ V HCl 0,09908 ∙ 23,00

N Ba(OH)₂= -------------------- = --------------- = 0,091 (моль/л)

V Ba(OH)₂ 25,00

3. Вычислим молярную массу (М Ba(OH)₂= Мr Ba(OH)₂) и эквивалентную массу Ba(OH)₂(Мэ Ba(OH)₂):

Мr Ba(OH)₂ = 137 + (16 + 1) ∙ 2 = 171 (г/моль)

Мэ Ba(OH)₂= Мr Ba(OH)₂/2 = 171/2 = 85,5 (г/моль)

4. Вычислим навеску Ba(OH)₂ по формуле:

N ∙ Мэ ∙ V 0,091∙85,5∙250,00

g = ------------ = ----------------------- = 1,95 (г)

1000 1000

Ответ: g HCl = 1,95 г

VI. На титрование 0,2650 г щавелевой кислоты H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O, растворенной в произвольном объеме воды, израсходовано 49,20 мл раствора щелочи NaOH. Определите нормальную концентрацию и титр раствора NaOH.

Дано: Решение:

g H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O = 0,2650 г 1. Составим уравнение реакции полной

V NaOH = 49,20 мл нейтрализации:

2 NaOH + H₂C₂O₄ = Na₂C₂O₄ + 4 H₂O

N NaOH =? 2 моль 1 моль

Т NaOH =? 2. Вычислим молярную массу (М NaOH =

=Мr NaOH), молярную массу (М H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O =

=Мr H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O) и эквивалентную массу

NaОН (Мэ NaOH):

Мr NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль)

Мr H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O = 1∙2+12∙2+16∙4+2 (1∙2+16) = 126 (г/моль)

Мэ NaOH = Мr NaOH /1 = 40 (г/моль)

3. Вычислим массу NaOH содержащуюся в 49,20 мл раствора:

По уравнению реакции масса 1 моль H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O эквивалентна массе 2 моль NaOH, а навеска 0,2650 г H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O эквивалентна массе NaOH, содержащегося в 49,20 мл раствора NaOH. Составим пропорцию:

2 ∙ 40 г NaOH соответствует 126 г H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O

х г NaOH ----- 0,2650 г H₂C₂O₄ ∙ 2 H₂O

2 ∙ 40 ∙ 0,2650

х = ------------------ = 0,17 (г)

В 49,20 мл раствора NaOH содержится 0,17 г.

4. Вычислим титр раствора NaOH:

g 0,17

Т =---- = -------- = 0,0034 (г/мл)

V 49,20

5. Вычислим нормальную концентрацию раствора NaOH, используя формулу: Т ∙ 1000 0,0034 ∙ 1000

N = ---------- = ---------------- = 0,085 (моль/л)

Мэ 40

Ответ: N NaOH = 0,085 моль/л;

Т NaOH = 0,0034 г/мл

VII. Вычислите Т HCl по NaOH, если нормальная концентрация раствора HCl равна 0,1105 н.

Дано: Решение:

N HCl = 0,1105 н. 1. Составим уравнение реакции полной нейтрализации:

NaOH + HCl = NaCl + H₂О

Т HCl/NaOH =? 1 моль 1 моль

2. Вычислим молярную массу (М NaOH = Мr NaOH)

и эквивалентную массу NaОН (Мэ NaOH):

Мr NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль)

Мэ NaOH = Мr NaOH /1 = 40 (г/моль)

3. Выражение Т HCl/NaOH показывает, сколько граммов NaOH соответствует 1 мл раствора HCl данной концентрации. Раствор HCl содержит в 1000 мл 0,1105 моль эквивалентов соляной кислоты. Следовательно, в 1 мл НСl содержится 0,1105/1000 моль эквивалентов HCl, которое взаимодействует с таким же количеством моль эквивалентов NaOH.

4. Приведем формулу расчета:

N HCl ∙ Мэ NaOH 0,1105 ∙ 40

Т HCl/NaOH = ----------------------- = -------------- = 0,00442 (г/мл)

1000 1000

Ответ: Т HCl/NaOH = 0,00442 г/мл

ВЫБОР ВАРИАНТА КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ:

Вариант контрольной работы определяется по таблице в зависимости от двух последних цифр шифра (номера зачетной книжки) студента.

В таблице по горизонтали Б размещаются цифры от 0 до 9, каждая из которых последняя цифра шифра студента. По вертикали А также размещены цифры от 0 до 9, каждая из которых – предпоследняя цифра шифра. Пересечение горизонтальной и вертикальной линий определяет клетку с номерами вопросов контрольной работы студента. Например, шифр студента 3225. Последние две цифры 25 определяют вариант контрольной работы. Пересечение 2-й строки по вертикали А и 5-й по горизонтали Б определяет клетку варианта с вопросами.

Будьте внимательны при выборе варианта контрольной работы!