4.6 Задачи для самостоятельного решения

1. К 100 мл 0,1 М раствора серной кислоты прибавили 100 мл 0,4 н раствора гидроксида натрия. Определить рН полученного раствора?

Ответ: рН = 13.

2. К 100 мл 0,2 н раствора гидроксида калия прибавили 100 мл 0,4 М раствора уксусной кислоты. Определить рН полученного раствора. К_д(СН₃СООН) = 10^-5

Ответ: рН = 5.

3. Определить число эквивалентности (z) фосфорной кислоты и фосфата алюминия в реакции: 2AlPO₄ + H₃PO₄ = Al₂(HPO₄)₃.

Ответ: z(AlPO₄) = 1, z(H₃PO₄) =2.

4. К 100 мл 0,2 М раствора гидроксида натрия прибавили 100 мл 1,2%-ного раствора уксусной кислоты. Определить рН полученного раствора. Плотность всех растворов равна единице. К_д(СН₃СООН) = 10^-5.

Ответ: рН = 9.

5. Гравиметрический (весовой) метод анализа

Гравиметрический метод количественного анализа основан на точном измерении массы определяемого компонента, выделенного в свободном состоянии или в виде соединения определенного состава. Это метод, в котором взвешивание является как начальной, так и конечной стадией определения. Гравиметрические методы подразделяют на:  методы выделения;  методы отгонки;  методы осаждения. В методах выделения определяемый компонент выделяют из пробы в свободном состоянии и определяют его точную массу. Одним из вариантов метода выделения является электрогравиметрический анализ, основанный на определении увеличения массы рабочего электрода после выделения на нем определяемого компонента при электролизе. Широко используется при анализе сплавов, металлов, растворов электролитических ванн.

Например, эффективным является определение содержания меди в ее сплавах этим методом, в частности, в латуни – сплаве меди с цинком. Взвешенную пробу латуни растворяют в кислоте (H₂SO₄ конц.), затем проводят электролиз раствора, пропуская через него постоянный электрический ток, причем величина напряжения на катоде должно достаточной для протекания реакции восстановления иона меди (Cu²⁺ + 2e = Cu⁰), и недостаточна для восстановления ионов цинка. Расчет необходимого потенциала проводят используя уравнение Нернста. Взвесив катод до электролиза и после, находят массу выделившейся меди.

Методы отгонки применяют в том случае, если определяемый компонент отгоняется в виде летучего соединения. При этом существует несколько модификаций: а) определяемый компонент отгоняют из пробы и взвешивают его в виде летучего соединения; б) определяемый компонент отгоняют, поглощают подходящим реагентом, который взвешивают до и после поглощения; в) определяемый компонент отгоняют из точной навески пробы, после окончания отгонки пробу снова взвешивают. Методы отгонки применяются при анализе веществ, образующих летучие продукты реакции (карбонаты, нитраты), либо для определения влажности материалов. Напримеp, нагреванием кристаллогидратов при определении содержания кристаллизационной воды:

BaCl₂^.2H₂O = BaCl₂ + 2H₂O В методах осаждения определяемый компонет выделяют в осадок в виде малорастворимого соединения, которое после соответствующей обработки взвешивают. Поскольку именно методы осаждения получили наибольшее распространение, рассмотрим их более подробно. Метод осаждения является одним из самых старых и точных методов количественного анализа.

Расчеты гравиметрического метода основаны выражении для произведения растворимости электролита (ПР). Так для процесса растворения осадка соли Ме_хА_y ↔ xMe + yA ПР⁰ = a^x _Me ^. a^y_A или, используя выражение активностей ионов через их молярные концентрации коэффициенты активностей (γ) ионов, ПР⁰ = [Ме]^{x .} γ^x_Ме ^. [A]^{y .} γ^y_А = ПР ^. γ^x_Ме ^. γ^y_А где ПР⁰ – термодинамическое произведение растворимости (произведение активностей), ПР – концентрационное произведение растворимости равное произведению молярных концентраций ионов в степенях, соответствующих стехиометрическим коэффициентам (х,у): ПР = [Ме]^{x .} [A]^y, [Ме] и [A] – молярные концентрации катиона и аниона соли, выпадающей в осадок. Термодинамическое произведение растворимости (ПР⁰) – величина постоянная для данного электролита в данном растворителе, при данной температуре. Значение концентрационного произведения растворимости (ПР) зависит от величины коэффициентов активностей ионов, которая определяется значением ионной силы раствора. Если концентрация электролитов в растворе незначительна (с < 10^-4 моль/л), то ионная сила раствора невелика (μ ≈ 0) и коэффициент активности близок к единице (f ≈1), а ПР⁰ ≈ ПР. Осадок выпадает в том случае, если произведение концентраций ионов (ПКИ) в степенях соответствующих стехиометрическим коэффициентам в уравнении диссоциации электролита превышает произведение растворимости. Так для выпадения осадка соли Ме_хА_y должно наблюдаться неравенство:

[Ме]^{x .} [A]^y > ПР(Ме_хА_y). Ион считают практически полностью осажденным, если его остаточная концентрация в растворе не превышает 10^-6 моль/л.