2.3.2. Решение типовых задач по теме "Кулонометрический анализ"

 

Задача 1. На полное восстановление цинка в кулонометрии понадобилось 26 мин при силе тока 100 мА. Определить содержание (г) и концентрацию (моль/л) цинка в растворе, если на кулонометрический анализ было взято 10 мл раствора.

 

Решение: Рассчитываем содержание (г) цинка по формуле:

 

m = (I t / 96500) ^. M / n;    m_Zn2+ = (0,1 ^. 26 ^. 60 / 96500) ^. 65,38 / 2 = 0,05285 г в 10 мл раствора, тогда в 1 л будет содержатся 5,285 г/л или с_Zn2+ = m / М = 5,285 / 65,38 = 0,0808 моль/л.

 

Ответ: m_Zn2+ =0,05285 г;  с_Zn2+ = 0,0808 моль/л.

 

Задача 2. На кулонометрическое титрование 10 мл раствора Na₂S₂O₃ иодом, генерируемым в кулонометрической ячейке, понадобилось 22 мин при силе тока 300 мА. Определить количество затраченного электричества и молярную концентрацию эквивалента раствора Na₂S₂O₃.

 

Решение: Рассчитываем количество электричества: Q = 0,3 ^. 22 ^. 60 = 396 Кл и массу (г) Na₂S₂O₃ = 158 ^. 396 / (2^. 96500) = 0,3242 г в 10 мл раствора, а в 1 л будет содержатся 32,42 г/л.

Э(Na₂S₂O₃) = 79;  С = m / Э;  С(Na₂S₂O₃) = 32,42 / 79 = 0,4104 моль-экв/л.

 

Ответ: Q= 396 Кл;   С(Na₂S₂O₃) = 0,4104 моль-экв/л.

2.4.2. Решение типовых задач по теме «Вольтамперометрический анализ»

 

Задача 1. При полярографировании стандартных растворов соли цинка определено:

 

С_Zn2+ , %           0,10       0,20      0,30     0,40      0,50

h, мм                  8,0         14,0     22,0      28,0     37,0

 

Вычислите содержание цинка в анализируемом растворе методом калибровочного графика, если высота полярографической волны (h) раствора 25,0 мм.

 

Решение: Строим график зависимости высоты полярографической волны h от содержания цинка (%). По графику находим содержание цинка, которое составляет 0,35 %.

 

Ответ: 0,35%.

 

Задача 2. Определите содержание (г) Fe²⁺ в навеске исследуемого вещества, если после проведения амперометрического титрования раствором 0,01моль-экв/л  K₂Cr₂O₇ с титром по Fe²⁺ 2,8 ^. 10^-4 г/мл получены следующие результаты:

 

V_{K2Cr2O7,  мл}         0,00    0,20   0,30    0,40    0,50    0,60    0,70    0,80

I, мкА                   120      80      60      40        20        10       10      10

 

Решение: Находим точку эквивалентности по графику амперометрического титрования. Объем раствора K₂Cr₂O₇ в точке эквивалентности 0,55 мл. Рассчитываем содержание Fe²⁺ в анализируемой навеске исследуемого вещества:

m_Fe2+ = V_K2Cr2O7 ^. T_K2Cr2O7/Fe2+  = 0,55 ^. 2,8 ^. 10^-4 = 1,54 ^. 10^-4 г.

 

Ответ: 1,54 ^. 10^-4 г.

3.2. Решение типовых задач по теме «Хроматографические методы»

 

Задача 1. Определить массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным:

Компонент:      Пропан        Бутан        Пентан        Циклогексан

S, мм²                  175               203             182                     35

k                          0,68              0,68            0,69                   0,85

 

Решение: Расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому:

 

ω_i = S_i ^. k_i /  S_i ^. k_i ^. 100% ,

где ω_i – массовая доля i-го компонента в смеси, %; S_i – площадь пика i-го компонента; k_i – поправочный коэффициент, определяемый чувствительностью детектора к i-му компоненту.

            Найдем приведенную суммарную площадь пиков:

 

 S_i ^. k_i  = 175 ^. 0,68 + 203 ^. 0,68 + 182 ^. 0,69 + 35 ^. 0,85 = 412,4.

Отсюда массовая доля (%) пропана равна

 

ω(пропана) = (175 ^. 0,68 / 412,4 ) ^. 100% = 28,6%.

Ответ: Массовая доля  пропана 28,6%.

            Аналогично находим массовые доли ω (%) остальных компонентов смеси: ω(бутана) = 33,46%, ω(пентана) = 30,46%, ω(циклогексана) = 7,22%.

 

            При выполнении анализа по методу внутреннего стандарта расчет проводят по формуле

ω_i = ( S_i ^. k_i ) / ( S_ст ^.  k_ст ) ^. R ^. 100%,

где S_ст – площадь пика вещества, введенного в качестве внутреннего стандарта; k_ст – его поправочный коэффициент; R – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы.

 

Задача 2. Реакционную массу после нитрования толуола проанализировали методом газожидкостной хроматографии с применением этилбензола в качестве внутреннего стандарта. Определить процент непрореагировавшего толуола по следующим экспериментальным данным:

 

Взято толуола, г                                         12,7500

Внесено этилбензола, г                              1,2530

S_{толуола}, мм²                                                   307

k_{толуола}                                                           1,01

S_{этилбензола,} мм²                                              352

k_{этилбензола}                                                      1,02

 

Решение: Расчет проводят по методу внутреннего стандарта, используя формулу:

 

ω_i = ( S_i ^. k_i ) / ( S_ст ^.  k_ст ) ^. R ^. 100%,

Подставляем данные задачи в эту формулу:

 

ω_i = (307 ^. 1,01) / (352^. 1,02 ) ^. (1,2530 / 12,75 ) ^. 100 = 8,49%

 

Ответ: 8,49%.

 

Задача 3: Для хроматографического определения никеля на бумаге, пропитанной раствором диметилглиоксима, приготовили три стандартных раствора. Для этого навеску 0,2480 NiCl₂ ^. 6Н₂О растворили в мерной колбе на 50 мл. Затем из этой колбы взяли 5,0; 10,0 и 20,0 мл и разбавили в колбах на 50 мл. Исследуемый раствор также разбавили в мерной колбе на 50 мл.

            Постройте калибровочный график в координатах h – C_Ni и определите содержание никеля (мг)  в исследуемом растворе, если высота пиков стандартных растворов равнa h₁ = 25,5; h₂ =37,5; h₃ = 61,3, а высота пика исследуемого раствора равна h_x = 49,0 мм.

 

Решение: Находим массу никеля в навеске NiCl₂^.6Н₂О, учитывая, что М(NiCl₂^.6Н₂О) и М(Ni) – молярные массы NiCl₂^.6Н₂О и Ni соответственно равны238 г/моль  и 59 г/моль. Тогда масса никеля в исследуемой навеске NiCl₂^.6Н₂О составит:

 

m_Ni = (59 ^.  0,248) / 238 = 0,0615 г

0,0615г – 50 мл содержание никеля в первой колбе 0,00615 г/50мл

Х г - 5 мл

0,0615г – 50 мл содержание никеля во второй колбе 0,0123 г/50мл

Хг - 10 мл

0,0615 - 50 мл содержание никеля в третьей колбе 0,0246 г/50 мл

Хг - 20 мл

            На основании проведенных расчетов строим график в координатах: h, мм – содержание никеля (С, г/50 мл). На график наносим высоту пика исследуемого раствора h=49 мм и находим содержание никеля в исследуемом растворе С = 18,45 мг/50мл.

 

Ответ: 18,45 мг.