Методика выполнения

На теоретические вопросы ответы подготовить по учебным пособиям и лекциям.

задача. Насыщенный раствор сульфата кальция смешали с вдвое большим объемом раствора оксалата натрия с концентрацией 0,1 моль/л. Образуется ли осадок?

Решение

Запишем уравнение реакции, при протекании кото­рой образуется осадок оксалата кальция:

CaSO₄ + С₂О₄^2- ↔СаС₂О₄ + SO₄^2-.

Осадок образуется, если выполняется термодинамическое условие:

П_с > K_s или c(Ca²⁺)c(C₂O₄^2-) > K_s (CaC₂O₄).

Концентрация оксалат-ионов известна по условию задачи. Свободные ионы кальция, которые при взаимодействии с оксалат-ионами могут образовывать осадок, дает насыщенный раствор сульфата кальция. Следовательно, концентрацию свободных ионов кальция находим из произведения растворимости(ПР) или константы растворимости K_s

С (Са²⁺) = √K_s(CaSO₄).

Следует учесть объемные соотношения смешиваемых растворов, так как при смешении растворов концентрация ионов меняется. При смешении исходных растворов концентрация ионов кальция уменьшается в три раза, а концентрация оксалат-ионов – в 1,5 раза. Тогда выражение для П_с принимает вид:

√K_s(CaSO₄)/3 ∙ c(C₂O₄^2-)/1,5.

Вычислим П_с, подставляя значение K_s(CaSO4) (ПР)= 2,5∙10^-5 и концен-трацию оксалат-ионов, численно равную концентрации оксалата натрия:

√(2,510^-5 )/3∙0,1/1,5 = 1,1∙10^-4.

Сравним полученное значение П_с с табличным значением

K_s (CaC₂O₄) = 2,3∙10^-9; 1,1∙10^-4 > 2,3∙10^-9

т. е. соблюдается условие П_с > K_s, а это означает, что осадок должен образоваться.

Ответ: осадок образуется.

задача. Гидроксид натрия некоторое время хранился в открытой склянке. Для проведения анализа на степень чистоты препарата образец массой 0,115 г растворили в дистиллированной воде и оттитровали раствором серной кислоты c(H₂SO₄) = 0,087 моль/л. На титрование в присутствии фенолфталеина было затрачено 14,80 мл, а в присутствии метилового оранжевого – 15,40 мл титранта. Найдите массовые доли основного вещества и примесей в образце.

Решение

В результате неправильного хранения гидроксида натрия в образце можно ожидать примеси карбоната натрия и воды. В основе анализа лежат следующие реакции:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2Н₂О;

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O.

Из приведенных уравнений следует, что фактор эквивалентности для серной кислоты в этих реакциях равен ¹/₂. Следовательно, моляр­ная концентрация эквивалента титранта будет равна

с(1/2 H₂SO₄) = 2c(H₂SO₄) = 2 ∙ 0,087 – 0,174 моль/л.

Титрование с применением фенолфталеина заканчивают, когда в растворе устанавливается рН в диапазоне от 8,3 до 10,5. К этому моменту оттитровывается все коли­чество гидроксида натрия и половина количества карбоната натрия, который превращается в гидрокарбонат:

CO₃^2- + H⁺ = HCO₃^-.

При последующем титровании смеси кислотой в присутствии метилового оранжевого определяется вторая половина количества карбоната натрия:

НСО₃^- + Н⁺ = Н₂О + СО₂↑.

Таким образом, объем титранта, соответствующий количеству карбоната натрия V', равен удвоенной разнице между результатами титрования с метиловым оранжевым и фенолфталеином:

V' = 2(V_мо - V_фф) = 2(15,40 - 14,80) = 1,2 мл,

где V_мо – объем кислоты, пошедшей на титрование в присутствии ме­тилового оранжевого;

V_фф – то же, в присутствии фенолфталеина.

Массу карбоната натрия рассчитывают по формуле:

m(Na₂CO₃)=V'(H₂SO₄)c(¹/₂H₂SO₄)M(¹/₂Na₂CO₃)=

=1,2∙10^-3л∙0,174 моль/л∙53 г/моль = 0,011 г.

Объем титранта, эквивалентный содержанию гидроксида натрия, V" = V_мо – V' = 15,40 - 1,2 = 14,20 мл.

Массу гидроксида натрия рассчитывают по формуле:

m(NaOH) = V"(H₂SO₄)c(¹/₂ H₂SO₄)∙M(NaOH ) =

= 14,20 ∙ 10^-3л ∙ 0,174 моль/л ∙ 40 г/моль = 0,099 г.

Массовые доли веществ будут соответственно равны:

ω(NaOH)=m(NaOH)/m_{образца}∙100% = 0,099 г /0,115 г ∙ 100% = 85,9%;

ω(Na₂CO₃)=m(Na₂CO₃)/m_{образца}∙100%=0,011 г/0,115 г =9,6%.

На долю воды и нетитруемых примесей осталось

100%–85,9–9,6%=4,5%.

Ответ: ω(NaOH) = 85,9%; ω (Na₂Co₃) = 9,6%; ω (H₂O) = 4,5%.

В а р и а н т 1

1. Какая реакция называется аналитической? Опишите главные особенности аналитических реакций (специфичность, чувствительность, селективность).

Произведение (константа) растворимости Ag₃PO₄ равно 1,3^.10^–20. Найдите растворимость Ag₃PO₄ в моль/л и мг/л.

2. Как классифицируются титриметрические методы анализа по способу титрования? Приведите примеры.

В растворе содержится по 5 ммоль гидроксида калия и карбоната калия. Вычислите, какой объем соляной кислоты с молярной концентрацией хлороводорода, равной 0,105 моль/л, пойдет на титрование этого раствора в присутствии фенолфталеина?

3. Общая характеристика физико-химических методов анализа: достоинства, недостатки, области применения.

В а р и а н т 2

1. Что такое групповой реагент? Перечислите групповые реагенты на катионы II и III аналитических групп.

Растворимость Ag₂CrO₄ равна 2,2^.10^-2 г/л. Вычислите произведение (константу) растворимости Ag₂CrO₄ .

2. Йодометрическое определение окислителей.

В 20,00 мл раствора FeCl₃ железо восстановили до Fe⁺² и оттитровали 19,20 мл раствора KMnO₄ с молярной концентрацией эквивалента 0,1045 моль/л. Какая масса Fe содержалась в 200,00 мл исходного раствора?

3. Основные приемы определения и расчета концентраций в физико-химических методах: прямые измерения – метод градуировочного графика.

В а р и а н т 3

1. Сульфидная классификация катионов.

Произведение (константа) растворимости Fe(OH)₃ равно 6,310 ^–38. Найдите растворимость Fe(OH)₃ в моль/л и мг/л.

2. Как классифицируются титриметрические методы анализа по ис-пользуемой реакции? Приведите примеры.

В растворе содержится по 10 мг гидроксида натрия и карбо­ната натрия. Вычислите, какой объем раствора азотной кислоты с молярной концентрацией 0,095 моль/л пойдет на титрование этого раствора в присутствии метилового оранжевого.

3. Основные приемы определения и расчета концентраций в физико-химических методах: прямые измерения – метод сравнения со стандартом.

В а р и а н т 4

1. В чем сущность дробного и систематического анализа? Концентрация ионов серебра в насыщенном растворе селенита серебра Ag₂SeO₃ равна 6,26∙10^-6 моль/л. Вычислите константу (произведение) растворимости этой соли.

2. Какие требования предъявляются к реакциям, используемым для прямого титрования?

В растворе содержится по 5 ммоль гидрокарбоната калия и карбоната калия. Вычислите, какой объем азотной кислоты с молярной концентрацией 0,115 моль/л, пойдет на титрование этого раствора в присутствии фенолфталеина?

3. Основные приемы определения и расчета концентраций в физико-химических методах: прямые измерения – метод добавок.

В а р и а н т 5

1. Охарактеризуйте различия между макроанализом, полумикроанализом и микроанализом.

Массовая концентрация молибдена в насыщенном растворе молибдата бария ВаМоО₄ равна 19,2 мг/л. Вычислите константу (произведение) растворимости этой соли.

2. Какие титранты применяют в ацидиметрии и алкалиметрии?

Вычислите массу карбоната натрия, содержащегося в 250 мл раствора, если известно, что на титрование 10 мл раствора было затрачено раствора хлороводородной кислоты с(НС1) = 0,110 моль/л объемом 12,5 мл. Титрование проводилось в присутствии метилового оранжевого.

3. Сущность фотометрического анализа.

В а р и а н т 6

1. Какие условия нужно соблюдать при отделении катионов второй аналитической группы от первой и почему?

Йод массой 1 г находится в насыщенном растворе NaIO₄ объемом 144 мл. Вычислите константу (произведение) раствори­мости этой соли.

2. Приведите примеры индикаторов, применяемых в кислотно-ос-новном и окислительно-восстановительном титровании.

Гидроксид натрия некоторое время хранился в открытой склянке. Для проведения анализа на степень чистоты препа­рата образец массой 0,230 г растворили в дистиллированной воде и оттитровали раствором серной кислоты c(^l/₂H₂SO₄)=0,174 моль/л. На титрование в присутствии фенолфталеина было затрачено 29,60 мл, а в присутствии метилового оранжевого – 30,80 мл титранта. Найдите массовые доли основного вещества и примесей в образце.

3. Сущность фотоколориметрии.

В а р и а н т 7

1. Охарактеризуйте свойства катионов первой аналитической группы.

Предельно допустимая концентрация ионов свинца в промышленных сточных водах равна 0,1 мг/л. Установите, обеспечивается ли необходимая степень очистки сточных вод от свинца осаждением в виде сульфата. ( ПР= K_s(PbSO4)= 1,610^-8).

2. Общая характеристика и классификация методов окислительно-восстановительного титрования.

Проба муравьиной кислоты массой 2,32 г разбавлена водой в мерной колбе вместимостью 100 мл. На титрование 10,0 мл разбавленного раствора затрачено титранта с концентрацией с(КОН) = 0,150 моль/л объемом 7,2 мл. Рассчитайте массовую долю муравьиной кислоты в исходном растворе.

3. Сущность спектрофотометрии.

В а р и а н т 8

1. Какие катионы относятся к третьей аналитической группе? Охарактеризуйте их свойства.

Смешали два раствора: хлорид кальция и карбонат натрия, концентрация каждого раствора была равна 0,001 моль/л. Объемы смешиваемых растворов были равны между собой. Образуется ли осадок (ПР= K_s(СаСO3)=3,810^-9)?

2. Перманганатометрия. Сущность метода.

Водный раствор аммиака массой 2,12 г разбавлен в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрование 10,0 мл разбавленного раствора затрачено титранта с концентрацией с(НС1) = 0,107 моль/л объемом 8,4 мл. Рассчитайте массовую долю аммиака в исходном растворе.

3. Основной закон светопоглощения – закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность. Молярный коэффициент светопоглощения.

В а р и а н т 9

1. Какие катионы относятся ко второй аналитической группе? Охарактеризуйте их свойства.

Смешали равные объемы двух растворов: ацетат свинца(II) и хромат натрия. Концентрации обоих растворов равнялись по 0,001 моль/л. Образуется ли осадок ( ПР= K_s(PbCrO4)= 1,810^-14)?

2. Стандартизация титрантов в перманганатометрии.

Какой объем раствора перманганата калия с C(^l/₅КМnО₄)=0,05 моль/л пойдет на титрование смеси, состоящей из 1,0 г соли Мора (NH₄)₂SO₄ ∙FeSO₄∙6H₂O и 1,0 г хлорида железа(II)?

3. Закон аддитивности светопоглощения. Спектры поглощения.

В а р и а н т 10

1. Охарактеризуйте групповой реагент и условия осаждения катионов третьей аналитической группы. Раствор ацетата кальция приготовили смешением соли мас­сой 1 г с водой объемом 350 мл. Этот раствор смешали с раствором сульфата натрия с концентрацией 0,025 ммоль/л, причем объемы смешиваемых растворов были равны между собой. Образуется ли в этих условиях осадок (ПР= K_s(СаSO4)= =2,510^-5)?

2. Йодометрия. Сущность метода.

К 5,0 мл сероводородной воды добавлено 8,0 мл раствора иода с концентрацией с(¹/₂I₂) = 0,05 моль/л. На титрование непрореагировавшего иода затрачено 3,0 мл раствора тиосульфата натрия c(¹/₂Na₂S₂O₃)=0,008 моль/л. Вычислите массу сероводорода, содержащегося в 1 л такой воды.

3. Аппаратура фотометрического метода (основные узлы).

В а р и а н т 11

1. Охарактеризуйте групповой реагент и условия осаждения анионов первой аналитической группы.

Предельно допустимая концентрация ионов свинца в промышленных сточных водах равна 0,1 мг/л. Установите, обеспечивается ли необходимая степень очистки сточных вод от свинца осаждением в виде карбоната ( ПР= K_s(PbСO3)=7,510^-14).

2. Перечислить условия, соблюдение которых обязательно при йодометрическом титровании.

Для определения массы соли Мора (NH₄)₂SO₄ ∙FeSO₄∙6H₂O в 1 л раствора взяли пробу объемом 5,0 мл. На титрование в кислой среде затрачено титранта с концентрацией c (^l/₅KMnO₄) = 0,052 моль/л объемом 6,8 мл. Проведите расчет по результатам титрования.

3. Примеры практического применения оптических методов анализа.

В а р и а н т 12

1. Охарактеризуйте групповой реагент и условия осаждения анионов второй аналитической группы.

Раствор тиоцианата аммония приготовлен растворением 0,76 г в дистиллированной воде (объем раствора 500 мл). Образуется ли осадок при смешивании этого раствора с 1%-ным раствором нитрата серебра ( = 1 г/мл) в равном соотношении по объему (ПР = K_s(AgSCN) =

=1,110^-12)?

2. Стандартизация титрантов в иодометрии.

Загрязненный примесями образец дигидрата щавелевой, кислоты массой 1,300 г растворили в колбе на 100 мл. На титрование 10,0 мл полученного раствора перманганатом калия в кислой среде было затрачено титранта с(^l/₅КМпО₄) = 0,008 моль/л объе­мом 20,0 мл. Рассчитайте массовую долю основного вещества в образце.

3. Общая характеристика электрохимических методов.

В а р и а н т 13

1. Охарактеризуйте условия выполнения аналитических реакций сухим и мокрым способами. Приведите примеры.

Какой концентрации карбонат-иона следует достичь для образования осадка из раствора нитрата кальция с концентрацией 0,5 моль/л (ПР= K_s(СаСO3)=3,810^-9)?

2. Сущность дихроматометрического титрования.

К подкисленному раствору оксалата натрия объемом 200 мл добавили перманганат калия массой 0,1896 г. Для окисления избыт­ка оксалата натрия к смеси понадобилось добавить 100 мл раствора с концентрацией с(^l/₅КМnO₄) = 0,04 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию раствора оксалата натрия.

3. Классификация электрохимических методов.

В а р и а н т 14

1. Какие аналитические реакции являются чувствительными? Какие показатели характеризуют чувствительность реакций?

Какой концентрации сульфат-иона следует достичь, чтобы из раствора нитрата стронция с концентрацией 0,2моль/л выпал осадок (ПР=K_s(SrSO4)=3,210^-7)?

2. Что такое комплексоны? Какими свойствами обладают индикаторы, применяющиеся в комплексонометрии?

Образец нитрата аммония растворили в мерной колбе вместимостью 100 мл. К аликвотной доле полученного раствора объемом 10,0мл добавили 20,00 мл раствора щелочи с концентрацией 0,095 моль/л. Перед титрованием раствор прокипятили до полного удаления аммиака. На титрование оставшейся щелочи израсходовали 8,55 мл раствора серной кислоты с концентрацией c(¹/₂H₂SO₄) = 0,05 моль/л. Вычислите исходную массу соли.

3. Электрохимические ячейки. Индикаторный электрод и электрод сравнения.

В а р и а н т 15

1. Опишите, как проводится систематический анализ катионов второй группы. Напишите уравнения реакций, соответствующие предварительным испытаниям.

Вычислите массу нитрата свинца, которую надо добавить к водному раствору карбоната натрия с концентрацией 0,01 моль/л объемом 200 мл для образования осадка (ПР= K_s(PbСO3)= 7,510^-14).

2. На чем основано йодометрическое определение восстановителей?

Образец хлорида аммония массой 0,15 г растворили в воде, к полученному раствору добавили раствора гидроксида калия объемом 30,0 мл с молярной концентрацией 0,115 моль/л и затем прокипятили до полного удаления аммиака. На титрование избытка щелочи израсходовали раствор серной кислоты объемом 6,30 мл с концентрацией c(¹/₂H₂SO₄) = =0,105 моль/л. Вычислите массовую долю примесей в исходном образце.

3. Хроматография, сущность метода.

В а р и а н т 16

1. Охарактеризуйте влияние одноименного иона на растворимость малорастворимого электролита.

Смешали равные объемы двух растворов: ацетат свинца и сульфид натрия. Концентрации обоих растворов равнялись по 0,001 моль/л. Образуется ли осадок ( ПР= K_s(PbS)= 2,510^-27)?

2. Описать приготовление стандартизированного раствора тиосульфата натрия.

Вычислите массу хромата калия К₂СrO₄ в колбе вместимо­стью 100 мл по результатам титрования: к аликвотной доле объемом 10,0 мл добавлено 15,0 мл раствора соли Мора с концентрацией 0,05 моль/л. На титрование затрачено 8,0 мл титранта с концентрацией с(^l/₅KMnO₄) = 0,045 моль/л.

3. Классификация хроматографических методов по механизму разделения веществ.

В а р и а н т 17

1. Охарактеризуйте условия образования осадков. Приведите примеры.

Концентрация хлорид-ионов в цереброспинальной жидкости человека равна 124 ммоль/л. Выпадает ли осадок хлорид серебра, если к образцу объемом 1,5 мл добавить раствор нитрата серебра объемом 0,15 мл с концентрацией 0,001 моль/л ( ПР= K_s(AgCl)= 1,810^-10)?

2. Йодометрическое определение окислителей.

Бромную воду массой 85 г перенесли в колбу вместимостью 250мл и разбавили водой до метки. К 10,0 мл полученного раствора добавили раствор соли Мора объемом 20,0 мл с концентрацией 0,065 моль/л. На титрование затрачено 10,5 мл раствора перманганата калия с концентрацией с(^l/₅KMnO₄) = 0,05моль/л. Вычислите массовую долю брома в бромной воде.

3. Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз.

В а р и а н т 18

1. Охарактеризуйте групповой реагент и условия осаждения анионов второй аналитической группы.

Смешали равные объемы двух растворов: нитрат кадмия и сульфид натрия. Концентрации обоих растворов равнялись по 0,001 моль/л. Образуется ли осадок (ПР= K_s(CdS)= 1,6_*10^-28)?

2. Определение содержания свободного хлора в воде.

Хлорную воду массой 100 г перенесли в мерную колбу вме­стимостью 250 мл, разбавили водой до метки. К аликвотной доле объёмом 10,0 мл добавили 20,0 мл раствора сульфата железа(II) c(FeSO₄)= = 0,07 моль/л. На титрование было затрачено 11,0 мл титранта с концентрацией с(¹/₅КМnO₄) = 0,045 моль/л. Вычислите массовую долю хлора в хлорной воде.

3. Распределительная хроматография. Бумажная хроматография (хроматография на бумаге).

В а р и а н т 19

1. Классификация анионов.

Смешали 2%-ный раствор сульфида калия (плотность раствора равна 1,02 г/мл) объемом 100 мл и 5%-ный раствор нитрата ртути(П) (плотность раствора равна 1,04 г/мл) объемом 200 мл. Вы­падает ли осадок ( ПР= K_s(HgS)= 1,610^-52)?

2. Определение окислителей перманганатометрическим методом (обратное титрование).

Для определения активного хлора в воде к пробе объе­мом 50 мл добавили избыток иодида калия и соляную кислоту. На титрование выделившегося йода израсходовали раствор тиосульфата натрия объемом 18,20 мл с молярной концентрацией, равной 0,01 моль/л. Вычислите массу активного хлора в 1 л воды.

3. Адсорбционная хроматография.

В а р и а н т 20

1. Какие анионы относятся к третьей аналитической группе? Охарактеризуйте их свойства.

Смешали равные объёмы 0,1М раствора сульфида калия и 0,2М раствора нитрата цинка. Вы­падает ли осадок ( ПР=K_s(ZnS)=1,610^-24)?

2. Описать определение содержания нитрита в растворе.

Образец технического тетрагидрата хромата натрия массой 0,5 г растворили в мерной колбе на 100 мл. К 10,0 мл полученного раствора добавили раствор сульфата железа(II) объемом 20,0 мл с молярной концентрацией, равной 0,055 моль/л, на титрование было затрачено 11,0 мл раствора перманганата калия с концентрацией с(^l/₅KMnO₄) = =0,05 моль/л. Вычислите массовую долю тетрагидрата хромата натрия в образце.

3.Тонкослойная хроматография. Сущность метода ТСХ.