
- •Предмет аналитической химии
- •1. Качественный анализ
- •1.1 Цель, возможные методы. Качественный химический анализ неорганических и органических веществ.
- •1.3. Качественные реакции важнейших катионов
- •Качественные реакции некоторых катионов IV – V аналитических групп
- •2. Методы количественного анализа
- •2.1. Выбор метода анализа
- •2.2. Аналитический сигнал. Измерение
- •3. Титриметрический анализ
- •3.1. Сущность титриметрического анализа
- •3.2. Основные приемы титрования
- •3.3. Расчеты в титриметрическом анализе
- •3.3.1. Химический эквивалент
- •3.3.2. Расчет результата прямого титрования при разных способах выражения концентрации раствора
- •3.3.3. Расчет результата в методах обратного титрования
- •3.4. Понятие о кривых титрования
- •3.5. Стандартизация растворов титрантов
- •3.6. Основные методы титриметрического анализа
- •3.7. Кислотно-основное титрование
- •3.7.1. Рабочие растворы
- •3.7.2. Кривые титрования и выбор индикатора
- •3.7.3. Практическое применение методов кислотно-основного титрования
- •3.7.4. Общая оценка метода
- •3.8. Решение типовых задач по теме «титриметрический анализ. Кислотно-основное титрование»
- •4. Комплексонометрическое титрование
- •4.1. Понятие о комплексонах
- •4.2. Рабочие растворы
- •4.3. Индикаторы в комплексонометрии
- •4.4. Выполнение комплексонометрических определений
- •4.5. Практическое применение комплексонометриии
- •4.5.1. Определение жесткости воды
- •4.5.2. Определение кальция и магния в различных растворах и материалах
- •4.6. Общая оценка метода
- •4.7. Решение типовых задач по теме «комплексонометрическое титрование»
- •5. Окислительно-восстановительное титрование
- •5.1. Окислительно-восстановительные системы
- •5.2. Основные факторы, влияющие на потенциал
- •5.3. Константы равновесия окислительно-восстановительных реакций
- •5.4. Кривые титрования
- •5.4.1. Построение кривой окислительно-восстановительного титрования
- •5.4.2. Влияние условий на ход кривых титрования
- •5.4.3. Определение точки эквивалентности
- •5.5. Окислительно-восстановительные индикаторы
- •5.6. Основные окислительно-восстановительные методы анализа
- •5.6.1. Перманганатометрия
- •5.6.2. Хроматометрия
- •5.6.3. Иодометрия
- •5.7. Решение типовых задач по теме «окислительно-восстановительное титрование»
- •6. Гравиметрический анализ
- •6.1. Равновесие в растворах малорастворимых электролитов
- •6.1.1. Растворимость осадка в присутствии общих ионов
- •6.1.2. Химические методы разделения ионов в количественном анализе
- •6.3. Общая характеристика метода
- •6.4. Осаждение
- •6.5. Фильтрование и промывание осадка
- •6.6. Высушивание и прокаливание осадка
- •6.7. Расчеты в гравиметрическом анализе
- •6.8. Примеры практического применения методов гравиметрического анализа
- •6.9. Решение типовых задач по теме «гравиметрический анализ»
- •Приложение Таблица 1 - Важнейшие кислотно-основные индикаторы
Приложение Таблица 1 - Важнейшие кислотно-основные индикаторы
№ п/п |
Индикатор |
Интервал перехода рН и окраска индикатора |
1 |
Пикриновая кислота |
0,0 – 1,3 бесцветная – желтая |
2 |
Метиловый зеленый |
0,1 – 2,0 желтая – зелено-голубая |
3 |
Метиловый фиолетовый, 2-й переход |
1,0 – 1,5 зеленая - синяя |
4 |
Тимоловый синий (тимолсульфофталеин), 1-й переход |
1,2 – 2,8 красная - желтая |
5 |
Метиловый оранжевый |
3,1 – 4,4 красная – оранжево-желтая |
6 |
Бромфеноловый синий (тетрабромфенолсульфофталеин) |
3,0 – 4,8 желтая – пурпурная
|
7 |
Ализариновый красный С (ализарин) |
3,7 – 5,2 желтая - фиолетовая |
8 |
Бромкрезоловый синий (бромкрезоловый зеленый) |
3,9 – 5,4 желтая – синяя |
9 |
Метиловый красный |
4,4 – 6,2 красная – желтая |
10 |
Бромфеноловый красный (дибромфенолсульфофталеин) |
5,0 – 6,8 желтая – красная |
11 |
п-Нитрофенол |
5,6 – 7,6 бесцветная – желтая |
12 |
Бромтимоловый синий (дибромтимолсульфофталеин) |
6,0 – 7,6 желтая – синяя |
|
|
|
13 |
Феноловый красный (фенолсульфофталеин) |
6,8 – 8,2 желтая – красная |
14 |
Тропеолин 000 |
7,6 – 8,9 желто-зеленая – розовая |
15 |
Ксиленоловый синий, 2-й переход |
8,0 – 9,6 желтая - синяя |
16 |
Фенолфталеин |
8,2 – 9,8 бесцветная – пурпурная |
17 |
Тимолфталеин |
9,3 – 10,5 бесцветная – синяя |
18 |
Ализариновый красный С, 2-й переход |
10,0 – 12,0 фиолетовая – бледно-желтая |
19 |
Индигокармин (индигосульфонат натрия) |
11,6 - 14,0 синяя - желтая |
Таблица 2 - Важнейшие окислительно-восстановительные индикаторы
Индикатор |
Соединение |
Eo, B |
Окраска |
|
Окисленной формы |
Восстановленной формы |
|||
2,2‑Дипиридил (комплекс с рутением) |
|
+1,33 |
Нет |
Желтая |
Нитро-о‑фенантролин, комплекс с Fe2+ (нитроферроин) |
|
+1,25 |
Бледно-голубая |
Красная |
1,10‑Фенантролин, комплекс с Fe2+ (ферроин) |
|
+1,06 |
Бледно-голубая |
Красная |
N‑Фенилантраниловая кислота (2‑дифениламинкарбоновая кислота) |
|
+1,00 |
Фиолетово-красная |
Нет |
5,6‑Диметил-1,10‑фенантролин (комплекс с Fe2+) |
|
+0,97 |
Желто-зеленая |
Красная |
Дифениламинсульфонат натрия |
|
+0,84 |
Синяя |
Нет |
3,3'‑Диметоксибензидин (о‑Дианизидин) |
|
+0,78 |
Красная
|
Нет |
Дифениламин |
|
+0,76 |
Фиолетовая |
Нет |
Дифенилбензидин |
|
+0,76 |
Фиолетовая |
Нет |
п-Этоксихризоидин |
|
+0,76 |
Бледно-желтая |
Красная |
Вариаминовый синий |
|
+0,71 |
Фиолетовая |
Нет |
Таблица 3 - Произведения растворимости некоторых малорастворимых веществ
Формула вещества |
ПР |
Формула вещества |
ПР |
AgBr |
5,3·10-13 |
Cd(OH)2 |
2,2·10-14 |
AgI |
8,3·10-17 |
Cu(OH)2 |
5,0·10-20 |
Ag2CrO4 |
1,1·10-12 |
CaF2 |
4,0·10-11 |
AgCl |
1,8·10-10 |
CaC2O4 |
2,3·10-9 |
BaSO4 |
1,1·10-10 |
CaSO4 |
2,4·10-5 |
BaC2O4 |
1,1·10-7 |
Li3PO4 |
3,2·10-9 |
СaCrO4 |
7,1·10-4 |
MgC2O4 |
8,6·10-5 |
CaCO3 |
3,8·10-9 |
MgCO3 |
2,1·10-5 |
Ca3(PO4)2 |
10-29 |
MgNH4PO4 |
2,5·10-13 |
CuBr |
5,25·10-9 |
Mg3(PO4)2 |
1·10-13 |
CuCO3 |
2,5·10-10 |
Na2SiF6 |
2,8·10-4 |
CuCl |
1,2·10-6 |
Ni(C4H7O2N2)2 |
2,3·10-25 |
CuI |
1,1·10-12 |
NiCO3 |
1,3·10-7 |
CuS |
6,3·10-36 |
Ni2P2O7 |
1,7·10-13 |
Cu2S |
2,5·10-48 |
PbBr2 |
9,1·10-6 |
FeCO3 |
2,5·10-11 |
PbCO3 |
7,5·10-14 |
Fe(OH)3 (cвежеосажд.) |
6,3·10-38 |
PbC2O4 |
4,8·10-10 |
Fe(OH)3 (после стар.) |
6,3·10-39 |
PbCl2 |
1,6·10-5 |
FeS |
5·10-18 |
PbCrO4 |
1,8·10-14 |
Hg2Cl2 |
1,3·10-18 |
PbI2 |
1,1·10-9 |
Hg2I2 |
4,5·10-29 |
Pb3(PO4)2 |
7,9·10-43 |
HgS |
1,6·10-52 |
PbS |
2,5·10-27 |
Hg2S |
1·10-47 |
PbSO4 |
1,6·10-8 |
KBF4 |
2·10-3 |
Sn(OH)4 |
1·10-57 |
KClO4 |
1,1·10-2 |
SnS |
2,5·10-27 |
KIO4 |
8,3·10-4 |
SrSO4 |
3,2·10-7 |
K(C6H5)4B |
2,25·10-8 |
|
|
Таблица 4 - Константы ионизации важнейших кислот и оснований
Кислоты
Название соединения |
Формула |
Ка |
|
Азотистая |
HNO2 |
4·10-4 |
|
Аскорбиновая К1 К2 |
C6H8O6 |
7,94·10-5 |
|
1,62·10-12 |
|||
Бензойная |
С6Н5СООН |
6,6·10-5 |
|
Борная (орто) К1 К2 К3 |
Н3ВО3 |
5,8·10-10 |
|
1,8·10-13 |
|||
1,6·10-14 |
|||
Бромноватая |
НBrO3 |
2,0·10-1 |
|
Бромноватистая |
HBrO |
2,06·10-9 |
|
Дихлоруксусная |
CHCl2COOH |
5,6·10-2 |
|
Иодноватая |
НIО3 |
1,7·10-1 |
|
Иодноватистая |
НIO |
2,3·10-11 |
|
Кремниевая, орто K1 K2 K3 |
H4SiO4 |
2·10-10 2·10-12 1·10-12 |
|
Лимонная К1 К2 К3 |
(НООССН2)2С(ОН)СООН |
7,45·10-4 1,7·10-5 4,0·10-7 |
|
Малеиновая К1 К2 |
НООССН=СНСООН |
1,2·10-2 5,9·10-7 |
|
Муравьиная |
НСООН |
1,8·10-4 |
|
Мышьяковая, орто К1 K2 K3 |
H3AsO4 |
5,6·10-3 1,05·10-7 3,89·10-12 |
|
Мышьяковистая, орто K1 K2 |
H3AsO3 |
5,9·10-10 1,7·10-14 |
|
Серная К2 |
Н2SO4 |
1,15·10-2 |
|
Сернистая К1 К2 |
H2SO3 |
1,58·10-2 6,31·10-8 |
|
Сероводородная К1 К2 |
Н2S |
6·10-8 1·10-14 |
|
Синильная |
НСN |
7,9·10-10 |
|
Трихлоруксусная |
CCl3COOH |
2,2·10-2 |
|
Угольная К1 К2 |
H2СО3 |
4,45·10-7 4,69·10-11 |
|
Уксусная |
СН3СООН |
1,74·10-5 |
|
Фосфористая, орто К1 К2 |
Н3РО3 |
1,6·10-3 6,3·10-7 |
|
Фосфорная, орто К1 К2 К3 |
Н3РО4 |
7,52·10-3 6,31·10-8 1,26·10-12 |
|
Фосфорная, пиро К1 К2 К3 К4 |
Н4Р2О7 |
1,4·10-1 1,1·10-2 2,1·10-7 4,1·10-10 |
|
Фосфорноватистая |
Н3РО2 |
7,9·10-2 |
|
Фтористоводородная |
HF |
6,61·10-4 |
|
Хлорноватистая |
НClO |
5,01·10-8 |
|
Хлоруксусная |
CH2ClCOOH |
1,38·10-3 |
|
Хромовая К1 К2 |
H2CrO4 |
1,6·101 3,16·10-7 |
|
Циановая |
HCNO |
2,7·10-4 |
|
Щавелевая К1 К2 |
Н2С2О4 |
5,6·10-2 5,4·10-5 |
|
|
|
|
|
Основания
Название |
Формула |
Кb |
Аммиака раствор |
NH4OH |
1,76·10-5 |
Анилин |
C6H5NH2∙H2O |
4,3·10-10 |
Бария гидроксид К2 |
Ва(ОН)2 |
2,3·10-1 |
Дифениламин |
(С6Н5)2NН∙Н2О |
6,2·10-14 |
Диэтиламин |
(С2Н5)2NН∙Н2О |
1,2·10-3 |
Пиридин |
С5Н5N∙Н2О |
1,5·10-9 |
Свинца гидроксид К1 К2 |
Pb(OH)2 |
9,6·10-4 3,0·10-8 |
Фенилгидразин |
C6H5NHNH2∙H2O |
1,6·10-9 |
Хинолин |
C9H7N∙H2O |
8,7·10-10 |
Этилендиамин К1 К2 |
H2NCH2CH2NH2∙H2O |
1,15·10-4 9,8·10-8 |
Таблица 5 - Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (Ео) по отношению к потенциалу стандартного водородного электрода при 25˚С
Символ элемента |
Высшая степень окисления |
+ne |
Низшая степень окисления |
E˚, B |
|||||
As |
HAsO2 + 3H+ |
+3e |
As↓ + 2H2O |
+0,234 |
|||||
H3AsO4 + 2H+ |
+2e |
HAsO2 + 2H2O |
+0,56 |
||||||
AsO2- + 2H2O |
+3e |
As↓ + 4OH- |
-0,68 |
||||||
AsO43- + 2H2O |
+2e |
AsO2-+ 4OH- |
-0,71 |
||||||
Br |
Br2 |
+2e |
2Br- |
+1,087 |
|||||
BrO3-+ 5H+ |
+4e |
HBrO + 2H2O |
+1,45 |
||||||
BrO3-+ 2H2O |
+4e |
BrO- + 4OH- |
+0,54 |
||||||
2BrO3-+ 6H2O |
+10e |
Br2 + 12OH- |
+0,50 |
||||||
BrO3-+ 6H+ |
+6e |
Br- + 3H2O |
+1,45 |
||||||
BrO3- + 3H2O |
+6e |
Br- + 6OH- |
+0,61 |
||||||
C |
2CO2↑ + 2H+ |
+2e |
H2C2O4 |
-0,49 |
|||||
Cl |
Cl2↑ |
+2e |
2Cl- |
+1,359 |
|||||
HClO + H+ |
+2e |
Cl- + H2O |
+1,50 |
||||||
ClO3- + 6H+ |
+6e |
Cl- +3H2O |
+1,45 |
||||||
2ClO3-+ 12H+ |
+10e |
Cl2↑ + 6H2O |
+1,47 |
||||||
ClO4- + 8H+ |
+8e |
Cl- + 4H2O |
+1,38 |
||||||
ClO4- + 4H2O |
+8e |
Cl- + 8OH- |
+0,56 |
||||||
Cr |
Cr2O72-+ 14H+ |
+6e |
2Cr3+ + 7H2O |
+1,33 |
|||||
CrO42- + 4H2O |
+3e |
Cr(OH)3↓ + 5OH- |
-0,13 |
||||||
Cu |
Cu2+ |
+2e |
Cu↓ |
+0,345 |
|||||
Cu2+ |
+e |
Cu+ |
+0,159 |
||||||
Fe |
Fe3+ |
+e |
Fe2+ |
+0,771 |
|||||
H |
2H2O |
+2e |
H2↑ + 2OH- |
-0,828 |
|||||
I |
I2↓ |
+2e |
2I- |
+0,536 |
|||||
IO3- + 5H+ |
+4e |
HIO + 2H2O |
+1,14 |
||||||
IO3- + 2H2O |
+4e |
IO- + 4OH- |
+0,56 |
||||||
2IO3- + 12H+ |
+10e |
I2 + 6H2O |
+1,19 |
||||||
2IO3- + 6H2O |
+10e |
I2 + 12OH- |
+0,21 |
||||||
IO3- + 6H+ |
+6e |
I- + 3H2O |
+1,08 |
||||||
IO3- + 3H2O |
+6e |
I- + 6OH- |
+0,26 |
||||||
Mn |
MnO42- + 2H2O |
+2e |
MnO2↓ + 4OH- |
+0,60 |
|||||
MnO4- + 4H+ |
+3e |
MnO2↓ + 2H2O |
+1,69 |
||||||
MnO42- + 2H2O |
+2e |
MnO2↓ + 4OH- |
+0,60 |
||||||
MnO4- + 8H+ |
+5e |
Mn2+ + 4H2O |
+1,51 |
||||||
N |
NO3- + 3H+ |
+2e |
HNO2 + H2O |
+0,94 |
|||||
NO3- + 2H+ |
+e |
NO2↑ + H2O |
+0,80 |
||||||
O |
O2↑ + 2H+ |
+2e |
H2O2 |
+0,682 |
|||||
H2O2 + 2H+ |
+2e |
2H2O |
+1,77 |
||||||
Р |
H3PO4 + 2H+ |
+2e |
H3PO3 + H2O |
-0,276 |
|||||
PO43- + 2H2O |
+2e |
HPO32- + 3OH- |
-1,12 |
||||||
H3PO4 + 4H+ |
+4e |
H3PO2 + 2H2O |
-0,39 |
||||||
S |
S4O62- |
+2e |
2S2O32- |
+0,09 |
|||||
SO42- + 4H+ |
+2e |
H2SO3 + H2O |
+0,17 |
||||||
SO42- + 8H+ |
+6e |
S↓ + 4H2O |
+0,36 |
||||||
S |
SO42-+4H2O |
+6e |
S↓+8OH- |
-0,75 |
|||||
SO42-+10H+ |
+8e |
H2S↑+4H2O |
+0,31 |
||||||
SO42-+ H2O |
+2e |
SO3 2-+2OH- |
-0,93 |
||||||
S2O82- |
+2e |
2SO42- |
+2,01 |
||||||
Sn |
Sn4+ |
+2e |
Sn2+ |
+0,15 |
|||||
Zn |
Zn2+ |
+2e |
Zn↓ |
-0,764 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 – Коэффициенты активности различных ионов
Ион |
Значения коэффициентов активности при ионной силе, I |
|||||||
0,0005 |
0,001 |
0,0025 |
0,005 |
0,01 |
0,025 |
0,05 |
0,1 |
|
H+ |
0,975 |
0,967 |
0,950 |
0,933 |
0,914 |
0,88 |
0,86 |
0,83 |
NH4+, Ag+ |
0,975 |
0,964 |
0,945 |
0,924 |
0,898 |
0,85 |
0,80 |
0,75 |
K+, Cl-, Br-, I-, CN- |
0,975 |
0,964 |
0,945 |
0,925 |
0,899 |
0,85 |
0,805 |
0,755 |
Ba2+ |
0,903 |
0,868 |
0,805 |
0,744 |
0,67 |
0,555 |
0,465 |
0,38 |
CO32-, SO32- |
0,903 |
0,868 |
0,805 |
0,742 |
0,665 |
0,55 |
0,455 |
0,37 |
SO42-, CrO42- |
0,903 |
0,867 |
0,803 |
0,740 |
0,660 |
0,545 |
0,445 |
0,355 |
Ca2+, Cu2+ |
0,905 |
0,870 |
0,809 |
0,749 |
0,675 |
0,57 |
0,485 |
0,405 |
C2O42- |
0,903 |
0,867 |
0,804 |
0,741 |
0,662 |
0,55 |
0,45 |
0,36 |
Литература:
Основная:
1. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. В 2-х томах. М.: ACADEMIA, 2010.
2. Хаханина Т.И., Никитина Н.Г. Аналитическая химия. М.: Юрайт. Высшее образование, 2010.
3. Харитонов Ю.Я., Григорьева В.Ю. Аналитическая химия. Практикум.
М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.
4. Харитонов Ю.Я., Григорьева В.Ю. Примеры и задачи по аналитической химии. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.
Дополнительная:
Цитович И.К. Курс аналитической химии. Лань, 2007.
Васильев В.П. Титриметрический и гравиметрический методы анализа. М.: Дрофа, 2007.
3. Под ред. А.А. Ищенко. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. В 2-х томах. М.: ACADEMIA, 2010.
4. Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Практикум по аналитической химии. М.: Химия, 2000.
5. Петрухина О.М. Аналитическая химия. Физические и физико- химические методы анализа. М.Химия,2001.
6. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Высшая школа,1989.
Вопросы к зачету по курсу «Аналитическая химия и физико- химические методы анализа»
Предмет аналитической химии. Ее цели и задачи.
Методы качественного и количественного анализа. Чувствительность и специфичность реакций. Требования к аналитическим реакциям. Аналитический сигнал.
Основные характеристики качественного анализа. Специфические химические реакции.
Групповые, специфические и селективные реактивы в химическом анализе. Систематический и дробный анализ.
Аналитическая классификация катионов и анионов.
Основные законы химии, применяемые в аналитической химии ( закон постоянства состава, сохранения массы, эквивалентов).
Гравиметрический метод анализа. Преимущества и недостатки.
Что называется формой осаждения? Фактором пересчета?
Расчеты в гравиметрии: масса навески, объем осадителя, аналитический фактор, потери при промывании, пересчет на абсолютно сухое вещество.
Формула Бунзена для расчета потерь вещества при промывании осадков.
11.Значение ПР в гравиметрии. Как по величине ПР выбрать форму осаждения?
Классификация осадков в гравиметрии.
Титриметрический метод анализа. Сущность, классификация.
Отличие метода пипетирования от метода отдельных навесок.
Прямое и обратное титрование, титрование остатка.
Вычисления в титровании. Расчет массы навески, массы определяемого вещества, вещества в методах отдельных навесок и пипетировании.
Формулы для расчета титра, молярной и нормальной концентрации раствора.
Закон эквивалентов для взаимодействия: двух растворов, твердого и растворенного вещества.
Что такое стандартные растворы? Фиксанал-титры.
Индикация точки эквивалентности. Индикаторы, применяемые в титриметрии.
Принцип построения кривых титрования в аналитической химии. Расчет скачка титрования.
Методы кислотно-основного титрования. Приведите примеры. Выбор индикатора.
Метод определения гидрокарбонатной жесткости воды.
Временная и постоянная жесткость воды.
Сущность перманганатометрии. К каким методам он относится? Какой индикатор используют в этом методе?
Чему равен эквивалент перманганата в кислой среде? Определение содержания ионов железа перманганатометрией.
Расчет констант равновесия в окислительно-восстановительном титровании.
Сущность комплексонометрического титрования. Комплексоны
Металлоиндикаторы. Определение конечной точки титрования.
31. Определение ионов кальция и магния при совместном присутствии
32. Физико-химические методы анализа, основные принципы.
33. Электрохимические методы анализа.
34. Электрогравиометрия.
35. Кулонометрия.
36. Потенциометрия.
37. Оптические методы анализа.
38. Колориметрический метод.
39. Рефрактометрический метод.
40. Фотоэлектроколориметрия.
41. Основной закон светопоглощения.
42. Принцип работы фотоэлектроколориметра.
43. Определение содержания катионов металлов на ФЭКе.
44. Калибровочные кривые для определения концентраций.
45. Использование статистических методов для обработки результатов.
46. Основные метрологические характеристики.