Физико-химические методы исследования и анализа
.pdfЕсли Сст – концентрация стандартного раствора, V – начальный объем раствора в полярографической ячейке, Vcт – объем стандартного раствора, то концентрация добавки
Сдоб = Сст+ Vcт .
V Vст
Из соотношения
h1 = C1
hдоб Cдоб
получаем следующее выражение:
|
|
|
|
С = |
h1 |
С |
доб |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
hдоб |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
= Сст Vcт |
h1 |
= |
|
0,05 2,0 20,5 |
= 0,487 моль/л. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
V +Vст |
h2 − h1 |
|
(10,0 |
+ 2,0) (24,0 − 20,50) |
|
||||
|
|
|
Задача 6. Определить концентрацию железа (II) в исследуемом растворе (г/мл), если при амперометрическом титровании 10,0 мл этого
раствора раствором КМпO4 с T (KMnO4/Fe2+) = 0,0271 г/мл получили следующие результаты:
V (KMnO4), мл |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Id , мкA |
22,5 |
16,0 |
10,0 |
3,75 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Решение. По данным амперометрического титрования строится график в координатах: диффузионный ток окисления Fe2+ ( Id ) от
V(KMnO4), из которого определяется V(KMnO4) в точке эквивалентности: Vт.э = 0,8 мл. Рассчитывается масса Fe2+ в растворе по формуле
m(Fe2+) =Т(KMnO4 / Fe2+) Vт.э = 0,0271 0,8 = 0,0217 г.
Затем рассчитывается концентрация раствора:
161
T = Vm = 0,027110 = 0,002710 г/мл.
Электрогравиметрический анализ
Задача 7. Навеску сплава массой 0,3578 г растворили и через полученный раствор в течение 10,0 минут пропускали ток силой 0,10 А, в результате чего на катоде полностью выделилась медь. Определить массовую долю (%) меди в сплаве, если выход по току составлял 90 %.
Решение. В соответствии с законом Фарадея
m(Cu) = IτM (Cu)η , Fn100
где m(Cu) – масса выделенной меди, г; I – сила тока, А; τ – время электролиза, с; M (Cu) – молярная масса меди, г/моль; F – постоянная Фара-
дея; n – число электронов, участвующих в электрохимическом процессе; η – выход по току, %;
m(Cu) = 0,1 60 63,54 90 = 0,0179г. 96500 2 100
Массовая доля (%) меди в сплаве равна
ω(Сu) = m(Cu)100 = 0,0179 100 = 4,96.
mсплава 0,3578
162
ЛИТЕРАТУРА
1.Айвазов Б.В. Введение в хроматографию. – М.: Высшая школа, 1983. – 250 с.
2.Аналитическая химия: в 3 т. / под ред. Л.Н. Москвина. – М.: Ака-
демия, 2008. – Т. 1. – 576 с.; Т. 2. – 304 с.
3.Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2 т. – Т. 2. Кельнер Р., Мерме Ж.-М., Отто М., Видмер Г.Н. / Пер. с англ.: А.Г. Борзенко и др.; под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Мир: АСТ, 2004 – 728 с.
4.Аналитическая химия и физико-химические методы анализа / под ред. О.М. Петрухина. – М.: Химия, 2001. – 496 с.
5.Аналитическая хроматография / К.И. Сакодынский, В.В. Бражников, С.А. Волков и др. – М.: Химия, 1993. – 463 с.
6.Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анали-
за. – Л.: Химия, 1986. – 376 с.
7.Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч. 2. – М.: Дрофа, 2007. – 384 с.
8.Васильев В.П. Аналитическая химия: лабораторный практикум / В.П. Васильев, Р.П. Морозова, Л.А. Кочергина. – 3-е изд., стер. –
М.: Дрофа, 2006. – 414 с.
9.Вяхирев Д.А., Шушунова А.Ф. Руководство по газовой хромато-
графии. – М.: Высшая школа, 1987. – 335 с.
10.Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматогра-
фию. – М.: Химия, 1990. – 351 с.
11.Дорохова Е. Н., Прохорова Т.В. Аналитическая химия. Физикохимические методы анализа. – М.: Высшая школа, 1991. – 256 с.
12.Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа. – М.:
Озон, 1997. – 256 с.
13.Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. – М.: Наука, 1986. – 326 с.
14.Кристиан Г. Аналитическая химия: в 2 т.: пер. с англ. – М.: БИ-
НОМ, 2009. – Т. 1. – 623 с.; Т. 2. – 504 с.
15.Основы аналитической химии: в 2 кн. / под ред. Ю.А. Золотова. –
М.: Высш. шк., 2004. – Кн. 1. – 359 с.; Кн. 2. – 503 с.
16.Основы аналитической химии. Практическое руководство / под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Химия, 2001. – 463 с.
163
17.Основы современного электрохимического анализа / Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Вяселев. – М.: Мир: Бином: Лаборатория знаний, 2003. – 592 с.
18.Отто М. Современные методы аналитической химии. – М.: Техно-
сфера, 2008. – 543 с.
19.Перов А.А., Ерохнн Е.В., Ищенко А.А. Масс-спектрометрия: учеб. пособие. – М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2009. – 46 с.
20.Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Основы молекулярной спектроско-
пии. – М.: БИНОМ, 2008. – 398 с.
21.Столяров Б. В. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии: учеб. пособие / Б.В. Столяров, И.М. Савинов, А.Г. Витенберг. – Л.: Химия, 1988. – 335 с.
22.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика: в 2 т. – М.:
Высш. шк., 2001. – Т. 1. – 615 с.; Т. 2. – 559 с. 23.Электроаналитические методы: теория и практика / А. Бонд и др.;
под ред. Ф. Шольца. – М.: БИНОМ, 2006. – 326 с.
164
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица I
Константы диссоциации некоторых кислот и оснований
Кислоты
|
|
|
|
Константа |
рK = –lg K |
Название |
Формула |
диссоциации, |
|||
|
|
|
|
Kкисл |
|
Азотистая |
|
|
HNO2 |
5,1 · 10-4 |
3,29 |
Бензойная |
|
|
C6H5COOH |
6, 3 · 10– 5 |
4,20 |
Борная K1 |
|
|
|
7, 1 · 10–10 |
9,15 |
K2 |
|
|
H3BO3 |
1, 8 · 10–13 |
12,74 |
K3 |
|
|
|
1,6 · 10–14 |
13,80 |
Муравьиная |
|
|
HCOOH |
1,8 · 10–4 |
3,75 |
Мышьяковая |
K1 |
|
5,6 · 10–3 |
2,25 |
|
K2 |
|
|
H3AsO4 |
1,7 · 10–7 |
6,77 |
K3 |
|
|
|
2,95 · 10–12 |
11,53 |
Салициловая |
K1 |
C6H4(OH)COOH |
1,1 · 10–3 |
2,97 |
|
K2 |
|
|
|
2,6 · 10–14 |
13,59 |
Сернистая |
|
K1 |
H2SO3 |
1,4 · 10–2 |
1,85 |
K2 |
|
|
|
6,2 · 10–8 |
7,20 |
Сероводородная K1 |
H2S |
1,0 · 10–7 |
6,99 |
||
K2 |
|
|
|
2,5 · 10–13 |
12,60 |
Синильная |
|
|
HCN |
5,0 · 10–10 |
9,30 |
Угольная |
K1 |
H2CO3 |
4,5 ·10–7 |
6,35 |
|
K2 |
|
|
|
4,8 · 10–11 |
10,32 |
Уксусная |
|
|
CH3COOH |
1,74 · 10–5 |
4,76 |
Фосфорная |
|
K1 |
|
7,1 · 10–3 |
2,15 |
K2 |
|
|
H3PO4 |
6,2 · 10–8 |
7,21 |
K3 |
|
|
|
5,0 · 10–13 |
12,30 |
Янтарная |
K1 |
H2C4H4O4 |
1,6 · 10–5 |
4,21 |
|
K2 |
|
|
|
2,3 · 10–6 |
5,63 |
165
Окончание табл. I
Основания
Название |
Формула |
Kосн |
рK = –lg K |
|
|
|
|
Аммиака |
NH3 +H2O |
1,76 · 10–5 |
4,76 |
раствор |
|
|
|
Анилин |
C6H5NH2 + H2O |
4,3 · 10–10 |
9,37 |
Бензиламин |
C6H5CH2NH2 + H2O |
2,1 · 10–5 |
4,67 |
Гидразин |
N2H4 +H2O |
9,3 · 10–7 |
6,03 |
Диэтиламин |
(C2H5) 2NH + H2O |
1,2 · 10–3 |
2,91 |
8-Оксихинолин |
C9H7N + H2O |
1,0 · 10–9 |
8,99 |
Пиридин |
C6H5 N + H2O |
1,5 · 10–9 |
8,82 |
Свинца |
Pb(OH)2 |
9,55 · 10–4 |
3,02 |
гидроксид K1 |
|
3,0 · 10–8 |
|
K2 |
|
7,52 |
|
Серебра |
AgOH |
5,0 · 10–3 |
2,30 |
гидроксид |
|
|
|
Этаноламин |
H2N (CH2)2OH+H2O |
1,8 · 10–5 |
4,75 |
Этиламин |
CH3CH2NH2 + H2O |
6,5 · 10–4 |
3,19 |
166
167
Стандартные электродные потенциалы
Элемент |
|
|
|
Полуреакция |
Ео, В |
||
As |
H3AsO4 +2H+ + 2e = HAsO2 + 2H2O |
0,559 |
|||||
Br |
Br2 + 2e = 2Br- |
|
|
|
1,087 |
||
|
2BrO 3−+ 12H++ 10e = Br2+ 6H2O |
1,52 |
|||||
|
− |
+ |
|
= Br |
– |
+ 6H2O |
1,45 |
|
BrO 3 |
+6H + 6e |
|
|
|||
C |
2CO2 +2 H++ 2e = H2C2O4 |
–0,49 |
|||||
Ce |
Ce4++ e = Ce3+ |
|
|
|
1,77 |
||
|
Ce3++ 3e = Ce↓ |
|
|
|
–2,48 |
||
Cl |
Cl2+2e = 2Cl |
− |
|
|
|
1,36 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2ClO 3−+ 12H+ + 10e = Cl2↑+ 6H2O |
1,47 |
|||||
|
ClO 3−+ 6H++10e = Cl − + 3H2O |
1,45 |
|||||
Cr |
Cr3+ + e = Cr2+ |
|
|
|
–0,41 |
||
|
Cr2O 72− +14 H++6e = 2 Cr3++ 7H2O |
1,33 |
|||||
Cu |
Cu2+ + e = Cu+ |
|
|
|
0,159 |
||
|
Cu2+ + I − + e = CuI↓ |
|
|
0,86 |
|||
Fe |
Fe3+ + e = Fe2+ |
|
|
|
0,77 |
||
|
Fe3+ + 3e = Fe↓ |
|
|
|
–0,058 |
||
|
Fe2+ + 2e = Fe↓ |
|
|
|
–0,473 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Элемент Полуреакция
H2H+ + 2e = H2
H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O
II2 + 2e = 2I–
2IO 3−+ 12H+ + 10e = I2↓ + 2H2O
|
IO 3−+ 6H+ + 6e = I − + 3H2O |
Mn |
MnO 4−+ 4H+ + 3e = MnO2↓ + 2H2O |
|
MnO 4−+ 2H2O + 3e = MnO2↓+ 4OH– |
|
MnO −4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O |
|
O2↑ + 2H+ + 2e = H2O2 |
О2 |
|
|
O2↑ + 4H+ + 2e = H2O |
SS4O 62− + 2e = 2S2O 32−
2SO 24− + 10H+ + 8e = S2O 32− + 5H2O
S4O82− + 2e = 2SO 24−
Sn |
Sn2+ |
+ 2e = Sn↓ |
|
Sn4+ |
+ 2e = Sn2+ |
|
Sn4+ |
+ 2e = Sn↓ |
Sb |
Sb3+ |
+ 3e = Sb↓ |
Sb2O5↓+ 4H+ + 4e = Sb2O3↓+2H2O
Таблица II
Ео, В
0,00
1,77
0,54
1,19
1,08
1,69
0,60
1,51
0,68
1,23
0,09
0,29
2,01
–0,14
0,15
0,01
0,2
0,69
167
Учебное издание
КОРОТКОВА Елена Ивановна ГИНДУЛЛИНА Татьяна Михайловна ДУБОВА Надежда Михайловна ВОРОНОВА Олеся Александровна
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА
Учебное пособие
Издано в авторской редакции
Научный редактор
доктор химических наук, профессор А.А. Бакибаев
Дизайн обложки О.Ю. Аршинова
Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета
Подписано к печати 13.09.2011. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XEROX. Усл. печ. л. 9,77. Уч.-изд. л. 8,84.
Заказ 1321-11. Тираж 100 экз.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества
Издательства Томского политехнического университета сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru