БТПп2 / химия 3 семестр . Аналитика / Краткий курс лекций
.pdf1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Библиотека студента УГНТУ
Краткий курс лекций по дисциплине «Аналитическая химия»
Количественный химический анализ
Под общей редакцией Доцента О.Б. Чаловой и доцента А.Т. Чанышевой
Уфа
2012
2
УДК 543 ББК 24.4
К 78
Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ в качестве учебного пособия
Авторы: С.Б. Денисова, Л.Н. Зорина, Е.В. Ключарева, Ф.Н. Латыпова, О.И. Михайленко, М.А. Молявко, Л.Е. Салова, О.Б.Чалова, А.Т.Чанышева, С.Ю. Шавшукова
Рецензенты:
Доктор химических наук профессор И.М. Борисов Заведующий кафедрой «Общая химия» Уфимской государственной
академии экономики и сервиса кандидат химических наук доцент И.П. Журкина
К 78 Краткий курс лекций по дисциплине «Аналитическая химия». Количественный химический анализ /С.Б. Денисова и др.; под общ. ред. О.Б.Чаловой и А.Т. Чанышевой. – Уфа: УГНТУ, 2012. –131 с.
ISBN 978-5-7831-1021-4
Кратко приведены лекции по дисциплине «Аналитическая химия» и «Физико-химические методы анализа (часть 1)». Содержание лекций соответствует государственным образовательным стандартам. Отражен модульный принцип обучения, дано содержание лабораторных занятий, приводится список литературы для дополнительного изучения материала. Предназначен для студентов специальностей: БМА, БТБ, БТК, БОС, БТП, БТС очной, очно - заочной и заочной форм обучения.
|
УДК 543 |
|
ББК 24.4 |
ISBN 978-5-7831-1021-4 |
© Уфимский государственный нефтяной |
|
технический университет, 2012 |
|
© Коллектив авторов, 2012 |
3
Предисловие
В учебной программе студентов технологических специальностей вуза, в частности УГНТУ, присутствуют дисциплины «Аналитическая химия» и «Физико-химические методы анализа». Освоение второго раздела (дисциплины ФХМА) невозможно без изучения базовых вопросов аналитической химии – курса «Количественный химический анализ».
Традиционно изучение данного раздела проходит на лабораторных занятиях. Учебным планом не предусмотрены лекции и практические занятия, поскольку считается, что материал основан на базовых положениях общей и неорганической химии.
Студенты в ходе выполнения экспериментов получают необходимые навыки и опыт работы с химическими реактивами и реагентами. В совокупности лабораторные занятия, консультации, домашние и самостоятельные работы позволяют учащимся успешно освоить материал программы и в дальнейшем использовать полученные знания при изучении специальных химических дисциплин. В то же время из опыта преподавания следует, что отсутствие пособия, содержащего базовые сведения по дисциплине в краткой доступной форме, сдерживает рост успеваемости студентов по курсам «Аналитическая химия» и «Физико-химические методы анализа».
В этой связи подготовлено настоящее пособие, цель которого − систематизировать, упростить и облегчить студентам I и II курса изучение и овладение основного содержания дисциплин «Аналитическая химия» и «Физико-химические методы анализа (часть 1)». Краткий конспект каждой из лекций содержит описание базовых положений, терминов, формул и определений. Даны вопросы для самопроверки и контроля, а также приведены ссылки на 2 - 3 источника, где данный раздел изложен более детально и подробно. В конце книги имеется расширенный список рекомендуемой учебной литературы и перечислены основные вопросы, выносимые на зачеты и экзамены. Авторы в краткой, тезисной форме обобщили и систематизировали основные параметры, цели и задачи каждой лекции. Это позволяет студентам свести к минимуму непроизводительный расход времени, концентрироваться на ключевых вопросах и положениях дисциплины.
Мы полагаем, что пособие окажется полезным и интересным студентам, изучающим на I и II курсе дисциплины «Аналитическая химия» и «Физикохимические методы анализа (часть 1)», а также будет востребовано молодыми начинающими преподавателями и научными сотрудникам для подготовки к лекциям, лабораторным и практическим занятиям. Рекомендуем данное пособие учителям, преподавателям средних школ, техникумов, колледжей, а также школьникам - старшеклассникам, заинтересованным в углубленном изучении химии.
Профессор Злотский С.С., заведующий кафедрой «Общая и аналитическая химия».
4 |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Содержание дисциплины «Аналитическая химия и ФХМА» для студентов |
|
специальностей БТБ, БТК, БТП, БТС ……………………………………… |
6 |
Содержание дисциплины «Физико-химические методы анализа» для |
11 |
студентов специальностей БМА, БОС ……………..………………………. |
|
Лекция 1. Классификация методов количественного анализа. Основные |
|
этапы количественного анализа.………………………………..……............. |
14 |
Лекция 2. Ошибки в количественном анализе и статистическая обработка |
|
результатов анализа ………..………………………………………………… |
17 |
Лекция 3. Титриметрический анализ. Основные понятия и термины…..... |
20 |
Лекция 4. Концентрации растворов ………………………….……………... |
22 |
Лекция 5. Общие приемы титрования. Расчеты в титриметрическом |
|
анализе. Закон эквивалентов.………………………………………………... |
24 |
Лекция 6. Область применения метода нейтрализации. Рабочие растворы |
|
в методе нейтрализации ………………………………...…………………... |
26 |
Лекция 7. Индикаторы в методе нейтрализации. Ионно – хромофорная |
|
теория индикаторов ………………………………………………………….. |
28 |
Лекция 8. Кривые титрования в методе нейтрализации ….……………….. |
31 |
Лекция 9. Кривая титрования сильных кислот сильными основаниями .… |
33 |
Лекция 10. Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием…….. |
36 |
Лекция 11. Кривая титрования слабого основания сильной кислотой ...… |
39 |
Лекция 12. Кривая титрования слабой кислоты слабым основанием .…… |
42 |
Лекция 13. Буферные растворы ………………………………………..……. |
44 |
Лекция 14. Водородная и гидроксидная индикаторные погрешности |
|
титрования ……………………………………………………………………. |
47 |
Лекция 15. Кислотная и основная индикаторные погрешности титрования |
50 |
Лекция 16. Определение аммиака в солях аммония ………….…………… |
53 |
Лекция 17. Титрование смесей кислот ……………….…………………….. |
56 |
Лекция 18. Кривая титрования ортофосфорной кислоты …………….…… |
59 |
Лекция 19. Титрование ортофосфорной кислоты и ее солей …………......... |
62 |
Лекция 20. Титрование смесей ортофосфорной кислоты с кислотами и ее |
|
солями …………………………………………………………………............ |
65 |
Лекция 21. Кривая титрования карбоната натрия ………………….……… |
68 |
Лекция 22. Титрование солей угольной кислоты - карбонатов и |
|
гидрокарбонатов ……………………………………………………………... |
71 |
Лекция 23. Титрование смесей карбонатов со щелочью и с |
|
гидрокарбонатами ……………………………………………………..……... |
73 |
Лекция 24. Кривые титрования в редоксиметрии, редокс-индикаторы……. |
76 |
Лекция 25. Перманганатометрия. Область применения. Рабочие растворы. |
|
Особенности анализа ………………………………………………………… |
79 |
Лекция 26. Определение окислителей методом перманганатометрии. |
|
Заместительное титрование в перманганатометрии ………………………. |
82 |
Лекция 27. Метод йодометрии. Свойства рабочих растворов ……………. |
85 |
5 |
|
Лекция 28. Йодометрическое определение восстановителей прямым и |
|
обратным титрованием ………………………………………………………. |
88 |
Лекция 29. Йодометрическое определение окислителей методом |
|
замещения …………………………………………………………………….. |
90 |
Лекция 30. Количественный химический анализ нефтепродуктов ………. |
93 |
Лекция 31. Комплексонометрическое титрование. Область применения, |
|
рабочие растворы, металлоиндикаторы ……………………………………. |
96 |
Лекция 32. Прямое, обратное и заместительное титрование в |
|
комплексонометрии ………………………………………………………….. |
98 |
Лекция 33. Жѐсткость воды …………………………………………………. |
101 |
Лекция 34. Основные понятия гравиметрии. Классификация методов |
|
гравиметрического анализа …………………………………………………. |
103 |
Лекция 35. Расчѐт навески. Выбор и расчет осадителя …………………… |
106 |
Лекция 36. Произведение растворимости. Расчѐт растворимости ……….. |
109 |
Лекция 37. Солевой эффект. Ионная сила раствора. Активные |
|
концентрации ………………………………………………………………… |
112 |
Лекция 38. Факторы, влияющие на растворимость осадков ……………… |
114 |
Лекция 39. Механизм процесса осаждения. Условия осаждения |
|
кристаллических и аморфных осадков ……………………………………... |
116 |
Лекция 40. |
Загрязнение осадков. Фильтрование и промывание осадков ….. 118 |
|
Лекция 41. |
Получение весовой (гравиметрической) формы ……………… |
121 |
Лекция 42. |
Расчет результатов гравиметрического анализа. Фактор |
|
пересчета ……………………………………………………………………… |
123 |
|
Контрольные вопросы ………………………………………………………. |
126 |
|
Список рекомендуемой литературы………………………………………… |
130 |
|
6
Содержание дисциплины «Аналитическая химия и ФХМА» (3 семестр) Специальности: БТБ, БТК, БТП, БТС
|
Лекции–0 ч, практические занятия-0 ч, лабораторные занятия-50 ч, РГР - 6, зачѐт-1, экзамен-0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Раздел «Количественный химический |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия50 ч, РГР-4 |
|||||
|
анализ» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тема |
Содержание теоретических вопросов |
Номер |
№ |
Содержание лабораторных занятий |
РГР (контрольные точки) |
||
|
|
лекции |
|
|
|
|
|
|
|
по |
|
|
|
|
|
|
|
пособию |
|
|
|
|
|
1 |
Модуль 1 «Введение. Основные |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия- 2 ч, РГР - 1 |
|||||
|
понятия» |
|
|
|
|
|
|
1.1 |
Классификация методов |
Лекция 1 |
|
|
|
|
|
|
количественного анализа. Основные |
|
|
|
|
|
|
|
этапы количественного анализа |
|
|
|
|
|
|
1.2 |
Ошибки в количественном анализе и |
Лекция 2 |
|
|
|
|
|
|
статистическая обработка результатов |
|
|
|
|
|
|
|
анализа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3 |
Титриметрический анализ. Основные |
Лекции |
|
|
|
|
|
|
понятия и термины. Требования, |
3, 4 |
|
|
|
|
|
|
предъявляемые к аналитическим |
|
|
|
|
|
|
|
реакциям в количественном анализе. |
|
|
|
|
|
|
|
Концентрации растворов. Расчеты, |
|
|
|
|
|
|
|
связанные с приготовлением растворов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1.4 |
Общие приемы титрования. Расчеты в |
Лекция 5 |
1 |
Концентрации растворов. Расчеты, |
РК 1 «Расчеты, связанные с |
||
|
титриметрическом анализе. Эквивалент. |
|
|
связанные |
с |
приготовлением |
приготовлением растворов. |
|
Закон эквивалентов |
|
|
растворов. Закон эквивалентов. |
Расчет результатов прямого |
||
|
|
|
|
ЛР-1 «Техника взвешивания на |
титрования в методе |
||
|
|
|
|
аналитических весах» (2 часа) |
нейтрализации (контрольные |
||
|
|
|
|
|
|
|
вопросы 1-6)» (1 час) |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
Модуль 2 «Кислотно-основное |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия18 ч, РГР - 2 |
|||||
|
титрование (метод нейтрализации)» |
|
|
|
|
|
|
2.1 |
Область применения метода |
Лекция 6 |
|
|
|
|
|
|
нейтрализации. Рабочие растворы в |
|
|
|
|
|
|
|
методе нейтрализации |
|
|
|
|
|
|
2.2 |
Индикаторы в методе нейтрализации. |
Лекция 7 |
|
|
|
|
ДЗ 1 «Построение кривых |
|
Ионно – хромофорная теория |
|
|
|
|
|
титрования в методе |
|
индикаторов. Требования к |
|
|
|
|
|
нейтрализации. Вычисление |
|
индикаторам. Интервал перехода |
|
|
|
|
|
рН-растворов. Расчеты, |
|
окраски и показатель титрования |
|
|
|
|
|
связанные с приготовлением |
|
индикатора |
|
|
|
|
|
растворов. Расчет результатов |
|
|
|
|
|
|
|
прямого, обратного, |
|
|
|
|
|
|
|
заместительного титрования в |
|
|
|
|
|
|
|
методе нейтрализации» |
2.3 |
Кривые титрования в методе |
Лекции |
2 |
Правила работы с химической посудой. |
|
||
|
нейтрализации. Кривая титрования |
8, 9, 10 |
|
Техника титрования. |
|
|
|
|
сильных кислот сильными |
|
|
ЛР–2 «Определение концентрации |
|
||
|
основаниями. Кривая титрования |
|
|
щелочи. Статистическая обработка |
|
||
|
слабой кислоты сильным основанием |
|
|
результатов анализа (по результатам |
|
||
|
|
|
|
работы подгруппы)» (4 часа) |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
2.4 |
Кривая титрования слабого основания |
Лекции |
3 |
ЛР–3 «Определение содержания |
|
||
|
сильной кислотой. |
11, 12, 13 |
|
щѐлочи (NaOH) в контрольном объѐме |
|
||
|
Кривая титрования слабой кислоты |
|
|
раствора» (4 часа) |
|
|
|
|
слабым основанием. Буферные |
|
|
|
|
|
|
|
растворы |
|
|
|
|
|
|
2.5 |
Водородная и гидроксидная |
Лекции |
4 |
Титрование солей. Расчеты по |
|
||
|
индикаторные погрешности титрования. |
14, 15 |
|
результатам обратного титрования. |
|
||
|
Кислотная и основная индикаторные |
|
|
Решение задач. Разбор ЛР-3 (2 часа) |
|
||
|
погрешности титрования |
|
|
|
|
|
|
2.6 |
Определение аммиака в солях аммония. |
Лекция |
5 |
ЛР–4 |
«Определение |
содержания |
|
|
Обратное и заместительное титрование |
16 |
|
аммиака (NH3) в солях аммония» |
|
||
|
в методе нейтрализации |
|
|
(4 часа) |
|
|
|
2.7 |
Титрование смесей кислот. |
Лекции |
|
|
|
|
|
|
Кривая титрования ортофосфорной |
17, 18, |
|
|
|
|
|
8
|
кислоты. Критерии возможности |
19, 20 |
|
|
|
|
дифференцированного титрования. |
|
|
|
|
|
Титрование ортофосфорной кислоты и |
|
|
|
|
|
ее солей. Титрование смесей |
|
|
|
|
|
ортофосфорной кислоты с кислотами и |
|
|
|
|
|
ее солями |
|
|
|
|
2.8 |
Кривая титрования карбоната натрия. |
Лекции |
|
|
|
|
Титрование многоосновных оснований |
21, 22 |
|
|
|
|
на примере карбоната натрия |
|
|
|
|
|
Титрование солей угольной кислоты - |
|
|
|
|
|
карбонатов и гидрокарбонатов |
|
|
|
|
2.9 |
Титрование смесей карбонатов со |
Лекция |
6 |
Титрование многоосновных кислот и |
РК 2 «Построение кривых |
|
щелочью и с гидрокарбонатами. |
23 |
|
оснований. Буферные растворы. |
титрования в методе |
|
Определение содержания NaOH и |
|
|
ЛР–5 «Определение содержания NaOH |
нейтрализации. Вычисление |
|
Na2CO3 при совместном присутствии. |
|
|
и Na2CO3 при совместном присутствии. |
рН-растворов. Расчет |
|
Определение содержания NaHCO3 и |
|
|
Статистическая обработка результатов |
результатов обратного, |
|
Na2CO3 при совместном присутствии |
|
|
анализа (по результатам работы |
заместительного титрования в |
|
|
|
|
подгруппы)» (4 часа) |
методе нейтрализации |
|
|
|
|
|
(контрольные вопросы 7 - 22)» |
|
|
|
|
|
(2 часа) |
3 |
Модуль 3 «Окислительно- |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия12 ч, РГР - 1 |
|||
|
восстановительное титрование |
|
|
|
|
|
(редоксиметрия)» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1 |
Кривые титрования в редоксиметрии, |
Лекция |
7 |
Окислительно-восстановительное |
|
|
редокс-индикаторы |
24 |
|
титрование (редоксиметрия). |
|
|
|
|
|
Перманганатометрия. Рабочие |
|
|
|
|
|
растворы. Особенности анализа. |
|
|
|
|
|
Решение задач. |
|
|
|
|
|
ЛР–6 «Определение нормальности |
|
|
|
|
|
раствора KMnO4»(4 часа) |
|
3.2 |
Перманганатометрия. Область |
Лекция |
|
|
|
|
применения. Рабочие растворы. |
25 |
|
|
|
|
Особенности анализа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
3.3 |
Определение окислителей методом |
Лекция |
8 |
ЛР–7 «Определение содержания |
|
|
перманганатометрии. Заместительное |
26 |
|
железа (II) в растворе». Вычисление |
|
|
титрование в перманганатометрии |
|
|
результатов анализа в |
|
|
|
|
|
перманганатометрии (4 часа) |
|
3.4 |
Метод йодометрии. Свойства рабочих |
Лекция |
|
|
|
|
растворов Область применения. |
27 |
|
|
|
|
Приготовление и свойства рабочих |
|
|
|
|
|
растворов. Условия проведения |
|
|
|
|
|
йодометрических анализов |
|
|
|
|
3.5 |
Йодометрическое определение |
Лекция |
|
|
|
|
восстановителей прямым и обратным |
28 |
|
|
|
|
титрованием |
|
|
|
|
3.6 |
Йодометрическое определение |
Лекция |
9 |
Йодометрия. Рабочие растворы. |
РК 3 «Окислительно- |
|
окислителей методом замещения |
29 |
|
Особенности анализа. Решение задач. |
восстановительное титрование |
|
|
|
|
ЛР–8 «Определение нормальности |
(редоксиметрия). Теория и |
|
|
|
|
тиосульфата натрия (Na2S2O3) по |
расчеты результатов анализа |
|
|
|
|
бихромату калия (K2Cr2O7)». |
(контрольные вопросы 23 - 32)» |
|
|
|
|
ЛР–9 «Определение содержания меди |
(2 часа) |
|
|
|
|
(II) в контрольном объеме» (4 часа) |
|
3.7 |
Количественный химический анализ |
Лекция |
|
|
|
|
нефтепродуктов |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Модуль 4 «Комплексонометрическое |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия- 6 ч, РГР – 1 |
|||
|
титрование» |
|
|
|
|
4.1 |
Комплексонометрическое титрование. |
Лекция |
10 |
Комплексонометрия. Рабочие |
ДЗ 2 «Расчеты, связанные с |
|
Область применения, рабочие растворы, |
31 |
|
растворы. Решение задач. |
приготовлением растворов; |
|
металлоиндикаторы |
|
|
ЛР–10 «Определение общей жѐсткости |
результатов прямого, обратного |
|
|
|
|
воды. Статистическая обработка |
и заместительного титрования в |
|
|
|
|
результатов анализа (по результатам |
методе редоксиметрии; в |
|
|
|
|
работы подгруппы)» (2 часа) |
методе комплексонометрии. |
|
|
|
|
|
Расчеты в гравиметрическом |
|
|
|
|
|
анализе» |
4.2 |
Прямое, обратное и заместительное |
Лекция |
|
|
|
|
титрование в комплексонометрии |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
4.3 |
Жѐсткость воды. Общая, временная, |
Лекция |
11 |
ЛР–11 «Определение содержания |
|
|
постоянная жесткость воды и ее |
33 |
|
никеля». |
|
|
определение |
|
|
ЛР–12 «Определение содержания |
|
|
|
|
|
ионов кальция и магния при |
|
|
|
|
|
совместном присутствии» (4 часа) |
|
5 |
Модуль 5 «Весовой анализ |
Лекции–0 ч, практика-0 ч, лабораторные занятия12 ч, РГР – 1 |
|||
|
(гравиметрия)» |
|
|
|
|
5.1 |
Основные понятия гравиметрии. |
Лекции |
|
|
|
|
Классификация методов |
34, 35 |
|
|
|
|
гравиметрического анализа. Расчѐт |
|
|
|
|
|
навески. Выбор и расчет объема |
|
|
|
|
|
раствора осадителя. Требования к |
|
|
|
|
|
осаждаемой форме |
|
|
|
|
5.2 |
Произведение растворимости. Расчѐт |
Лекции |
12 |
Основы весового анализа. Выбор и |
|
|
растворимости. Солевой эффект. |
36, 37, 38 |
|
расчет объема раствора осадителя. |
|
|
Ионная сила раствора, активные |
|
|
Условия осаждения. |
|
|
концентрации. Факторы, влияющие на |
|
|
ЛР-13 «Определение содержания бария |
|
|
растворимость осадков |
|
|
методом гравиметрии: а) установление |
|
|
|
|
|
массы тигля, б) приготовление |
|
|
|
|
|
растворов, в) осаждение» (4 часа) |
|
|
|
|
|
|
|
5.3 |
Механизм процесса осаждения. Условия |
Лекции |
13 |
Расчеты в весовом анализе. Выбор |
|
|
осаждения кристаллических и |
39, 40 |
|
промывной жидкости. Решение задач. |
|
|
аморфных осадков. Загрязнение |
|
|
ЛР-13 «Определение содержания бария |
|
|
осадков. Фильтрование и промывание |
|
|
методом гравиметрии (продолжение): |
|
|
осадков. Выбор промывной жидкости |
|
|
г) декантация, д) промывание осадка, |
|
|
|
|
|
е) высушивание осадка, ж) |
|
|
|
|
|
обугливание осадка» (4 часа) |
|
5.6 |
Получение весовой (гравиметрической) |
Лекции |
14 |
ЛР-13 «Определение содержания бария |
РК 4 |
|
формы. Расчеты в гравиметрическом |
41, 42 |
|
«Комплексонометрическое |
|
|
|
методом гравиметрии (продолжение): |
|||
|
анализе. Фактор пересчета. Расчет |
|
|
титрование. Гравиметрический |
|
|
|
|
з) доведение осадка до постоянной |
||
|
результатов весового анализа |
|
|
(весовой) анализ. Теория и |
|
|
|
|
массы». Решение задач (4 часа) |
||
|
|
|
|
расчеты (контрольные вопросы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 - 45)» (2 часа) |